《微机系统与接口》（理论与实践）课程教学大纲

《微机系统与接口》（理论与实践）课程教学大纲《微机系统与接口》（理论与实践）课程教学大纲（课程编号0885309学分-学时-上机3-48-2）东南大学自动化学院一、课程的性质与目的本课程为自动化专业必修的的一门主要的专业基础课，也是电子信息与电气大类专业校级平台课程。课程有较强的工程实践性，教学目的是使学生通过本课程的学习，在已学数字逻辑、电子线路和程序设计的基础上,深入掌握微处理器和基本接口的结构与工作原理,学会用汇编语言编程、调试和硬件控制基本方法,正确建立微型计算机系统的整体概念，具备计算机硬件应用分析问题和解决问题的初步能力，以便为今后嵌入式系统、单片机、DSP原理、检测、控制等后续课程学习以及计算机硬软件应用系统设计和科研打下必要的计算机原理与接口技术基础。二、课程内容的教学要求概念与基本知识：理解计算机中的信息表示和码制变换，理解基本编码方法；掌握计算机系统的组成和各部分的作用，形成微机系统的概念；理解指令、程序的概念以及执行过程与微机系统之间的关系；了解现代微机系统的主要性能指标和分类。微处理器与系统结构:了解i8086处理器的编程结构，总线接口部件(BIU)和执行部件（EU）的功能及特点;掌握8086的寄存器结构;了解8086MPU各个引脚的含义，掌握主要引脚的特性,理解8086的复位电路和功能；理解i8088与i8086区别，掌握最小和最大工作模式的特点与区别，.掌握典型连接电路；理解处理器总线，分类及总线周期的概念,以及与指令周期、机器周期的关系；掌握总线读/写操作时序与典型电路对应关系；初步了解存储器、I/O操作时序,掌握存储器组织结构和存储器访问操作，8086/8088存储器分段的概念、物理地址和逻辑地址的概念；理解IA-16和IA-32系列微处理器结构特点,了解微控制器和嵌入式处理器的概念和特点。Intel80X86/Pentium指令系统掌握了解8086指令基本格式；掌握8086寻址方式及寻址过程,掌握8086段基地址、偏移地址与物理地址之间的关系，分析了解典型指令尤其是数据传递指令对应的总线操作；掌握常用指令及功能应用,包括基本算术逻辑运算,；输入/输出指令及应用;掌握程序流和系统控制指令,掌握堆栈的基本概念;了解80X86/Pentium增强指令和扩充指令,一般了解80X86/Pentium特殊处理指令。8086／8088汇编程序设计掌握汇编语言与程序设计基本概念，包括CPU指令、伪指令、宏、汇编过程、汇编程序的关系；重点掌握汇编语言程序结构和常用伪指令语法；理解MS-DOS环境下汇编程序框架；通过例程学习掌握基本程序设计方法（数据结构表示、典型程序流控制、高级语言接口）；简单掌握BIOS与DOS功能调用及使用方法（重点在实验课讲授）。存储器系统掌握存储器特点及基本分类；了解随机读写存储器(SRAM和DRAM)基本电路，理解片内译码概念；了解只读存储器ROM,UV-EPROM,EEPROM和闪存FlashRom；重点掌握存贮器三种常用片选译码方法;重点掌握微机系统中的存储器连接与扩充方法；了解存储器集成与虚拟存储器概念。基本输入输出与中断技术理解I/O总线及规范，I/O芯片片选译码电路；（重点在实验课讲授）;掌握输入输出基本接口及主要问题；重点掌握简单输入输出方法及典型程序；重点掌握中断基本原理和组成要素,掌握中断响应及中断处理过程；；了解8259A中断控制器原理与应用,掌握中断软件结构(举例)。掌握直接存储器访问DMA的基本特点和过程。常用数字接口芯片(重点在实验课讲授)掌握并行接口的概念，了解可编程并行接口芯片i8255A的基本功能和典型用法；掌握定时／计数器的概念，了解i8253基本功能和典型用法；掌握串行接口与通信的概念，了解NSC8250/i8251串行通信接口基本功能和典型用法；了解8237DMAC接口的基本功能和典型用法；常用模拟接口芯片(重点在实验课讲授)理解模数转换器DAC原理;掌握典型DAC芯片及其接口应用理解数模转换器ADC原理掌握典型ADC芯片及其接口应用掌握模拟通道（多路转换器MUX，采样保持器S/H）掌握简单应用处理程序32位微型计算机（IA-32）系统及应用掌握IA-32微处理器硬件结构;掌握32位微机虚地址保护模式与存储器段页管理机制;了解掌握IA-32保护模式下的特权保护机制、门机制和中断机制了解i80386指令系统；掌握理解32位汇编语言程序设计方法；理解多任务多用户操作系统与32位微机的应用关系微机总线技术的发展(重点在实验课讲授)。三、上机实习（实验部分）要求课程上机实验部分是本课程相对独立的内容，采取单独考核方式，也可单独设课考核实施，除安排少量针对技术背景、硬软件设计、调试工具、实验平台、具体接口芯片、电路等内容的理论教学外，具体实验教学采用分两个层次教学：基本单元实验(基本内容)和系统综合设计(可选内容)。单元实验包括典型环境、典型接口芯片、典型单元控制方法，使学生通过实验和设计掌握微机硬件基本知识、基本操作技能，熟悉理解汇编语言编程、硬件I/O控制、实时系统基本概念，培养基本的硬件动手能力和目标代码级软件调试能力。综合测试实验仅给出了设计要求（各类应用系统的原型）与设计提示，每种测试分别规定基本要求和提高性要求部分，主要用于测试和锻炼提高学生的设计与创新能力，要求学生在现有实验平台基础上自行设计选择软、硬件实现方案。详见《微机实验及课程设计》实验教学大纲。为便于学生自学掌握指令功能，理论课还可安排2-4学时辅助试验（先上课后上机及课外）。四、能力培养的要求1.数据手册学习能力的培养：主要是对IA-16/32微处理器、半导体存储器和I/O接口等典型芯片数据手册的阅读，实现技术性应用、设计、调试和测试方法的能力培养。2.典型接口硬件电路分析设计能力的培养：要求学生通过本课程的学习，具备对典型总线环境下微机系统电路原理图、时序图的读图理解、分析能力，以及典型汇编程序的阅读理解、分析能力，初步具有简单的硬件和汇编语言软件设计能力。3.自学能力的培养：通过本课程的教学，要培养和提高学生对所学知识进行整理、概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容，阅读参考书籍和数据手册，自我扩充知识领域的能力。5.创新能力的培养：培养学生独立思考、深入钻研问题的习惯，尤其在微机硬软件相关设计作业和实验中；课程与实验教学中详略得当，循序渐进，交叉重复，适当留部分内容给学生自学或复习，培养学生的自学能力、逻辑分析设计能力和综合运用知识能力，启发学生的创造性思维。五、建议学时分配课程内容讲课习题课或课堂讨论实验实验理论绪论与基础知识1微处理器与系统结构4Intel80X86/Pentium指令系统5（2+2）*28086／8088汇编程序设计6（2）4*2存储器系统41基本输入输出与中断技术8（2）3常用数字接口芯片68常用模拟接口芯片4332位微型计算机系统及应用83*2课程设计10（注：48学时实验课课程设计为下学期20学时）六、考核方式总评成绩=平时成绩+作业测验成绩+期末考试成绩平时成绩（包括出勤、上课提问、答疑情况）占10%作业测验（7次作业、小测验、习题课）占15％期末考试占75％实验独立考核：课程成绩=基础单元实验成绩+课程设计验收成绩+课程设计报告成绩基础单元实验（抽查、实验报告）成绩占40%课程设计演示验收成绩占30%课程设计报告成绩30%。注：如理论实验课合一（4学分），则实验部分成绩占25%。实验部分必须及格方可参加理论考试，否则必须全课程重修）七、教材及参考书杨素行.微型计算机系统原理及应用（第3版）.清华大学出版社，2010吴宁，马旭东主编.《80X86/Pentium微型计算机原理及应用》（第3版）.电子工业出版社,2011年谢瑞和等.32位微型计算机原理与接口技术.高等教育出版社，2004.钱晓捷·汇编语言程序设计·电子工业出版社，2003年.微机系统与接口实验及课程设计教程（第3版，讲义）.东南大学课程组，2010戴先中等.微机硬件应用实践——原理与接口.东南大学出版社，1999.8清华科教仪器厂.TPC-2003A32位微机接口技术实验教程(讲义).2004课程名称：微机实验及课程设计/《微机系统与接口》实验部分英文名称：MicrocomputerExperimentsandProjects课程编号：0883317面向专业：自动化学时学分：32/1.0本大纲主撰人：马旭东（Tel：83795360，E-mail：xdma@）本实验课程（在人才培养中的）作用和具体目标与理论课程教学讲授紧密结合，要求学生通过尽可能多的上机练习加深课堂教学内容的理解和基本训练，并通过单元教学实验、综合测试作业实验强化教学效果，学会综合设计与解决问题的方法。本实验课程的教学目的和要求是使学生通过实验手段掌握微型计算机基本原理、实现技术、计算机系统构成、接口技术及其应用编程方法，也使学生系统科学地接受相关的分析问题和解决问题的训练。具体要求：（1）掌握微处理器和基本接口的结构和工作原理；（2）学会使用汇编语言编程和动态调试；（3）熟悉实验仪基本电路原理；（4）理解和合理选用存贮器和接口芯片；（4）理解掌握主要接口方法、芯片特性和典型应用方法;（5）理解和掌握包括中断技术在内的三类输入输出方法和实现；（6）理解掌握现代高级微处理器的基本原理以及编程控制方法；（7）通过小型综合实验作业,掌握系统分析、设计和调试小型微机应用系统软硬件的基本方法。二、实验课程内容、学时分配与组织序号实验项目名称内容提要实验性质实验类型学时分配每组人数备注1汇编语言程序设计与调试指令、宏汇编、链接，调试工具，程序框架和典型运算程序专业基础基本型41必做2微机总线与简单输入输出实验装置，输入输出指令/命令操作，基本键盘显示程序设计专业基础基本型（应用性）21必做3存储器与扩展存储器读写时序理解、扩展原理，程序验证专业基础基本型11必做4可编程接并行口芯片82558255的工作方式、使用与硬件接口方法，编程，键盘显示应用专业基础提高型(设计应用)31必做+选做5可编程定时／计数器82538253工作方式,编程方法,计数/定时模式典型应用编程专业基础提高型(设计应用)2（3）1必做+选做6中断环境与控制器8259应用中断环境,8259原理和编程,中断处理程序与多任务应用专业基础提高型(设计应用)1（2）1必做+选做7串行通信接口芯片8250/8251N8250/i8251串行通信控制器原理与编程方法；典型程序编制。专业基础提高型(设计应用)31必做+选做8模数转换(A/D)数模转换(D/A)A/D、D/A转换器与微机接口,典型转换性能和编程方法,处理专业基础提高型(设计应用)31必做+选做9DMA控制器与数据传送DMA控制器与DMA传送,i8237编程,典型DMA应用(波形发生)专业基础提高型(设计应用)（3）1选做1032位微机编程调试基础认识IA-32实模式和保护模式应用、开发环境（工具）专业基础基本型31必做1132位微机系统编程调试设计、实现基于实验设备的32位应用系统框架专业基础提高型（应用性）（3）1选做12综合设计与测试综合设计一小型微机硬件应用系统。在10余个测试题(乒乓球比赛、移动靶射击比赛、反应测试仪等)选一完成设计、编程、调试和报告。专业基础研究创新型101~2必做注：课程中要求学生掌握基本的硬件和底层软件设计、调试方法，学会分析、排除硬件故障和底层软件缺陷的基本动手能力；每个实验项目的要求都分为基本部分和提高部分，以满足不同层次的学生的需要，鼓励学生进行自创性研究实验，基本部分实验内容必做，提高部分选做。要求学生在预习准备中，认真分析实验电路原理和样例程序原理，通过基本的验证+提高应用实验（硬软件和经验）积累为综合设计打下良好基础；要强化理论教学效果，培养学生较强的创新能力与实践能力，既需要基本验证性实验，也需要提高应用和综合设计性内容。本课程在理论课结束后安排了设计性实验内容，完成情况作为实验课的主要考核标准。每个综合设计需要综合应用多种微机接口与其它单元电路(3部分以上),编制相应的应用软件来构成一个小的微机应用系统,并要求学生获得全面的硬软件及设备使用训练和创新思维、设计报告、总结写作能力培养。三、教学管理模式与注意事项教学管理模式：基本验证+提高应用实验过程采用非开放模式，由专门教师和助教指导，并不断规范学生实验操作和分析解决问题的科学方法,安排2-3次（现场或课堂）实验理论指导。综合设计测试部分可根据实验室条件采取半开放或全开放形式，允许学生灵活安排时间，同时根据需要安排基础性指导。实验课学时合计32学时；课内外学时比1：1