《微机原理》课程设计的教学探讨

    《微机原理》是国家教育部规定的计算机专业、电子信息专业、自动化专业、机电一体化等工科专业的专业基础必修课程。该课程以Intelx86为主线，系统介绍了计算机的工作原理、硬件组成、汇编语言和接口技术及其应用等方面的内容，重点培养学生对计算机系统的整体认识及硬件与软件的分析设计能力。该课程内容比较抽象，课程内容“软硬结合”，实践性强，我们在教学过程中开设了汇编语言设计及微机接口技术等实验，使学生初步掌握微型计算机的结构原理和软硬件设计的工作流程。为进一步提高学生综合运用基础知识，加强微机硬件系统的设计和软件编程调试能力，我们为该专业课增设了“数字电子钟及钟控显示系统”的课程设计。该课程设计涉及了x86CPU 的指令系统、汇编语言及程序设计，存储器组成，8259A 中断控制器以及8253可编程定时计数器的编程与应用等内容，是将《微机原理》课程中的多个知识点融会贯通的实践性教学环节。

    利用西安唐都教学仪器厂研制的实验设备TDS-MD微机实验系统设计数字电子钟及钟控显示系统，在液晶显示器上以格式AM（或PM）XX：XX：XX（时：分：秒）显示时间，且系统每5秒钟循环点亮8个发光二极管。为了实现上述功能，对学生提出了5项设计要求：①设计8086CPU在最小工作方式构成的微机系统原理图，存储器选择6264；②设计8086CPU与可编程并行接口芯片8255的接口电路，用A口输出驱动8个发光二极管；③设计8086CPU与可编程定时/计数器8253的接口电路；④设计8086CPU与可编程中断控制器芯片8259的接口电路；⑤设计完整的数字钟及钟控显示系统程序。

    系统以8086微处理器作为CPU，6264作为存储器，8253做定时计数器产生时钟脉冲，8255做可编程并行接口驱动8个发光二极管的显示，8259做中断控制器产生中断。系统框图如图1所示。

    8253的功能是定时，采用其计数器0，工作于方式2，8253计数器0的输出端OUT0与8259的中断请求输入IR0相连。设定8253的计时时间为20ms，计时满后，8259产生一次中断，中断服务程序对中断次数进行累计，当累计到50次后，改变秒，分，时的值。8253的时钟脉冲频率为1.19MHZ，为了使输出的负脉冲的周期为20ms，则计数器的初值应设为：1.19MHZ*20ms=23800，转换为16进制数为5CF8。主程序显示完时分秒后，判断秒是否为5的倍数，若是则用8255的A口作为输出口，依次点亮8个发光二极管。

    课程设计的时间为1周，学生分组进行。若实验设备条件允许，可让学生2人一组，这样既有利于学生相互之间进行讨论，又能防止由于分组人数过多而使得有的学生偷懒不做的问题。课程设计的进度安排如下：第一天，指导教师讲解系统的工作原理，基本的设计思想，提出参考书目，布置学生查阅相关资料；第二天，绘制硬件原理图；第三天，设计系统实验程序；第四天，系统软硬件调试；第五天：完成全部课程设计，教师检验实验结果，抽查学生让其谈谈课程设计的心得体会等。

    《微机原理》课程设计应用能力的培养不同于课堂上的理论教学，它需要在一定的硬件设备元器件知识及软件编程的基础上，由指导教师投入足够多的精力，设计出学生在一定时间内可完成又需要一定努力才能完成的综合性设计题目，并指导学生完成课程设计，解决学生在完成课程设计中所遇到的技术问题。因此，教师在此过程中应当起到如下作用：①对学生进行合理分组，分组之前教师应当在学生中搞一个摸底调查，摸清学生偏好硬件或软件的情况，在分组时尽量将偏好硬件和软件的人搭配在一起，以保证课程设计能顺利完成；②在课程设计中贯穿启发式，引导式的指导，对学生在课程设计中遇到的问题，指导教师可以指出引起问题的若干可能原因，提示排除故障的方法但不作具体解答，以培养学生分析问题和解决问题的能力；③教会学生如何充分利用软件调试手段调试，课程设计中会有许多意想不到的情况发生，有可能因编错一条程序语句甚至一个数字而影响到最终的结果，教师可提示学生通过设置断点，单步运行等调试方法去排查问题。

    《微机原理》实验课是教学中不可缺少的一部分。这门课程的实验课，原开设实验6-10个，基本上都是验证性实验。学生做实验时按照实验指导书上写好的实验步骤和参考程序，在实验平台上验证一下实验的结果而已。多数学生反映做完实验后没得到硬件设计和软件编程能力的训练，从而使得在后续的微机原理课程设计中，不能对教师给出的课程设计题目，进行独立的方案设计、编程和调试。因此，为了加强学生的硬件和软件设计能力，需改变单纯的验证性实验，而采用“验证+设计”的方法来安排实验项目。但是在大多数的高等院校中，实验课和理论课的教学都是分开进行的。理论课教师只负责相关的理论教学内容，很少涉及到实验内容的讲解。大部分的学生在做实验前，并不清楚本门课程的实验涉及到哪些内容，因此上实验课时，他们很难在短短的2课时时间内独立完成实验，从而使得实验课失去了应有的锻炼学生动手能力的作用。

    为了避免理论课和实验课的脱节，《微机原理》的理论课教师可在理论教学中，结合实验教学内容，把实验教学内容融合进理论教学中。重庆工学院的《微机原理》实验内容包括3类，第1类为验证性实验，包括DEBUG调试实验、数码转换程序实验、运算类编程实验等；第2类为综合性实验，软件编程部分包括分支程序设计，循环程序设计、排序程序设计、子程序设计等；接口部分包括声-光报警器接口，直流电机、音乐发生器接口、波特率时钟发生器等实验；第3类为设计性实验，如步进电机控制综合设计。下面就结合具体的实验内容，谈谈理论课和实验课整合的一些具体做法。

    1）课堂授课时加强实践环节

    教师在课堂教学时，可将教学中的知识点与实验内容结合起来进行教学。比如为使学生熟悉DEBUG调试工具，教师在讲解指令系统时，可用DEBUG调试工具来演示指令系统中各条指令的功能，指令使用时需注意的一些语法规定等，这样做不仅会使学生在课堂中逐步熟悉该工具的使用，还加深了学生对指令系统的理解。笔者在教授指令系统时，就引入了DEBUG工具的使用，学生普遍反映他们不仅掌握了指令的功能，而且对汇编语言的兴趣也激发出来了。

    2）课堂讨论时加强实践环节

    在某些章节的教学内容完成后，教师可开展一次讨论课，以实验环节中的某个实验项目为中心内容，引导学生完成硬件电路的设计和软件部分的编程。比如在讲完可编程接口芯片8255后，可以声-光报警器接口实验为例，在虚拟实验平台上让学生完成硬件电路的设计和控制程序的编写和调试等，使学生对微机原理和扩展接口芯片的工作原理有一个更深的理解。

    《微机原理与接口技术》课程设计通过对一个实际问题的分析，设计与实现，将理论与应用结合起来，使学生学会如何把书本上学到的知识用于解决实际问题。实践证明，在教学环节中引入一些实践环节的内容，让学生自己分析解决问题，不但可以激发学生的学习积极性，为后续的课程设计打下良好的基础，还能使学生分析和解决实际问题的能力得到更为实际、更加全面的训练，增强了学生的工程应用能力。

    [1] 赵贺.《微机原理与接口技术》课程教学的改革与探索[J].科技创新导报，2008，07

    [2] 傅娟. 电子信息类专业《微机原理及应用》实践教学探讨[J].教改研究，2006.04

    [3] 韩志军.《微机原理》课程的教学改革与实践[J]. 南京工程学院学报（社会科学版），2003.12

    [4] 王伟，王东宏.“计算机控制技术”课程设计的实践[J]. 江苏大学学报（高教研究版），2003.10

    [5] 王付山. 汇编语言程序设计教学初探[J].福建电脑，2005.12

    [6] 邝涛，潘红. 微机原理和汇编语言的课程改革[J].平原大学学报，2005.12

    资助情况：本论文获重庆市高等教育教学改革研究项目资助，项目名称：信息技术学习环境下高等学校新型教学结构及相应课程体系改革的研究与实践。项目编号0836113。

    作者简介：王培容（1973-），女，重庆人，副教授，在读博士，研究方向为信息获取和处理、模式识别与智能系统；黄丽雯（1967-），女，副教授，硕士。