劉 娟，黃 忠

（安慶師范大學(xué)物理與電氣工程學(xué)院，安徽安慶246133）

“微機原理與接口技術(shù)”是我校物理與電氣工程學(xué)院的自動化、電信、機械和微電子學(xué)等專業(yè)的必修課程，該課程要求學(xué)生掌握微機系統(tǒng)的基本工作原理、匯編語言編程方法和各種可編程接口芯片的應(yīng)用，具有很強的理論性和實踐性[1]。該課程既能培養(yǎng)學(xué)生微機軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用能力及工程素養(yǎng)，又為學(xué)生今后從事智能控制和微機開發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。課程重點內(nèi)容包括微型計算機組成及工作原理、尋址方式、指令和偽指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計、存儲器結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)輸入輸出、總線操作和時序、中斷控制方式和很多接口芯片使用方法。這些內(nèi)容大多枯燥乏味、抽象難懂。通過實驗可以使學(xué)生對所學(xué)理論知識進行鞏固和加深理解，但我校物電學(xué)院只有4次上機實驗，上機實驗的數(shù)量明顯不足。同時硬件接口電路的控制實驗，由于實驗設(shè)備高度集成，實驗內(nèi)容更多側(cè)重于驗證性實驗，缺少綜合設(shè)計和創(chuàng)新實驗，實驗的進行受到時間和空間的限制[2]。針對課程教學(xué)現(xiàn)狀和鑒于該課程具有應(yīng)用性、操作性和綜合性強的特征，將課程中的內(nèi)容融于到項目的設(shè)計中。挑選具有代表性、綜合性和趣味性的項目用于課程驅(qū)動，指導(dǎo)學(xué)生進行有效學(xué)習(xí)。

1 項目驅(qū)動的教學(xué)任務(wù)

項目教學(xué)是針對教學(xué)內(nèi)容設(shè)計項目，將所要學(xué)的知識、技能轉(zhuǎn)化為若干個典型項目，以學(xué)生為主體，教師僅僅是引導(dǎo)者，當(dāng)項目完成時，學(xué)生能理解課程相關(guān)理論知識、獲得相應(yīng)技能。項目化教學(xué)方式對教師和學(xué)生各有任務(wù)與要求，教師的任務(wù)是根據(jù)課程的教學(xué)大綱設(shè)計若干個綜合性的項目，在項目設(shè)計時扣住一個“重心”（即CPU內(nèi)部架構(gòu)和工作原理），兩個“基本點”（即CPU與存儲器和CPU與外設(shè)進行信息交換），由簡單到復(fù)雜，逐步理解本課程的知識體系，同時在完成項目的過程中培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和實踐能力，要求項目內(nèi)容不僅包含微機技術(shù)知識點，也可以包含電傳動與控制、電工電子學(xué)專業(yè)必修課程的知識點。學(xué)生的任務(wù)是自行組隊完成項目、設(shè)計、開發(fā)、仿真微機控制系統(tǒng)，達到項目要求并撰寫報告，鍛煉學(xué)生靈活應(yīng)用微機知識處理復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力及實際動手能力。

2 項目驅(qū)動的教學(xué)方案設(shè)計

2.1 基本項目設(shè)計

微機原理與接口技術(shù)知識結(jié)構(gòu)如圖1所示，選取基本項目來串聯(lián)課程基本知識點，以引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，選擇的基本項目應(yīng)當(dāng)覆蓋課程核心內(nèi)容，難度適中、易于理解[3]。鑒于此，選擇“基于8086CPU的十字路口交通燈系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)”作為貫穿本課程的基本項目。為了引發(fā)學(xué)生的求知欲望和讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的，教師在第一次課就安排基本項目。

圖1 微機原理與接口技術(shù)知識結(jié)構(gòu)框圖

利用8086 CPU芯片以及可編程并行接口芯片8255A、可編程的定時器/計數(shù)器芯片8253、可編程的中斷控制器芯片8259A及數(shù)碼管等輔助硬件電路，進行數(shù)碼管顯示倒計時的設(shè)計。本設(shè)計系統(tǒng)不僅包含基本的交通燈功能如8255A I/O口擴展系統(tǒng)、交通信號燈狀態(tài)顯示系統(tǒng)和LED數(shù)碼顯示時間系統(tǒng)，還包括倒計時、緊急情況處理等功能。為了讓基本項目串接整個教材知識體系，把基本項目分為9個子項目，如圖2所示。

以周荷琴等編著的《微型計算機原理與接口技術(shù)（第5版）》為例，子項目一涉及第1章緒論中計算機中數(shù)的表示方法，子項目二涉及第2章8086CPU，子項目三涉及第3章8086的尋址方式和指令系統(tǒng)以及第4章匯編語言程序設(shè)計兩章內(nèi)容，子項目四涉及第5章存儲器，子項目五、六、七涉及第6章I/O接口和并行接口芯片8255A，子項目八涉及第7章可編程計數(shù)器/定時器8253/8254及其應(yīng)用，子項目九涉及第8章中斷和可編程中斷控制器8259A。該課程的核心內(nèi)容融合于各子項目中，并通過子項目將它們串聯(lián)起來。規(guī)模較大是項目課題的顯著特點，對學(xué)生分組，考慮到項目主要包括硬件與軟件兩個部分，因此每個小組最多3～5名學(xué)生，否則多余的學(xué)生基本得不到相應(yīng)的鍛煉，選一名同學(xué)作為組長。1～2人主要負責(zé)硬件設(shè)計與調(diào)試等工作，另2～3人主要進行相關(guān)軟件設(shè)計與仿真調(diào)試。

圖2 基本項目的9個子項目劃分

2.2 拓展項目設(shè)計

拓展項目的選擇側(cè)重于常用接口芯片和外圍設(shè)備的運用，包括整體設(shè)計項目方案的提出、硬件電路設(shè)計、軟件編程實現(xiàn)、系統(tǒng)的仿真與調(diào)試等一系列步驟。拓展項目的設(shè)計能夠訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散思維和設(shè)計思路，充分調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性，增強他們的創(chuàng)造成就感和創(chuàng)新意識，進而提升他們的實踐技能和創(chuàng)新能力[4]。拓展項目選題如下：(1)無刷直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速測量與調(diào)節(jié)；（2）汽車玻璃總成工裝控制系統(tǒng)設(shè)計；（3）液晶顯示器與鍵盤系統(tǒng)；（4）數(shù)字溫度傳感器測溫顯示系統(tǒng)；（5）步進電機控制系統(tǒng)；（6）教室人數(shù)統(tǒng)計系統(tǒng)；（7）智能電動百葉窗；（8）LED點陣廣告牌設(shè)計；（9）多功能電子鬧鐘；（10）遠程運算器設(shè)計；（11）電子賀卡設(shè)計；（12）火災(zāi)報警器。

3 Proteus軟件仿真項目

“微機原理與接口技術(shù)”知識內(nèi)容理論性過強，可以通過實踐將該課程中理論知識由感性認識上升到理性認識，加深到理論知識的理解，因此必須重視不可或缺的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[5]。鑒于以上在實驗箱上進行硬件接口電路實驗的缺陷，在項目實施過程中，將Proteus軟件仿真引入到該課程實踐教學(xué)中。項目仿真電路圖的繪制要求學(xué)生自己參與整個電路的設(shè)計，要求學(xué)生對芯片的工作原理和結(jié)構(gòu)有充分的了解。Proteus軟件能夠輕易地模擬器件運行，演示芯片引腳電平和信號時序改變等，從而明確指令執(zhí)行過程對硬件電路的影響，因此讓抽象、復(fù)雜的計算機工作原理形象化、簡單化[6]。學(xué)生能夠在自己計算機上進行仿真實驗，突破了以往硬件電路實驗開設(shè)的時間和空間限制。

4 結(jié)束語

通過項目驅(qū)動式教學(xué)方法的實施，項目由簡到繁引導(dǎo)學(xué)生參與設(shè)計實施的全過程，首先激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，進而充分提高他們學(xué)習(xí)的自覺性；其次，提高學(xué)生微機系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和綜合開發(fā)能力；最后，增強了他們運用微機軟硬件知識進行控制系統(tǒng)設(shè)計的信心，為學(xué)生后期課程如“單片機原理及應(yīng)用”和“嵌入式系統(tǒng)”提供良好的基礎(chǔ)。