《微机原理与接口技术》课程教学大纲

《微机原理与接口技术》教学大纲课程名称：微机原理与接口技术英文名称：MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology课程编号：F088122251学分：4总学时/课内实践学时：72/24课程性质：必修课程开课单位：信息与电气工程学院通信工程系适应对象：医学影像技术专业（四年制本科）一、课程简介微机原理与接口技术是医学影像技术专业的一门专业课。本课程围绕微型计算机原理和应用主题，以Intel86CPU为主线，系统介绍微型计算机的基本知识、基本组成、体系结构和工作模式等，从而使学生能较清楚的了解微型计算机的结构与工作流程，建立起系统的概念。同时，配以适当的实验教学培养学生的独立分析问题和解决问题的能力，通过系统的实践教学锻炼，使学生具有一定的软硬件开发能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。本课程内容主要包括三大部分：8086CPU结构、汇编语言程序设计、外围模块及芯片。8086CPU结构主要介绍8086CPU的内部结构、引脚、工作模式、存储器和时序等基本知识；汇编语言程序设计介绍汇编语言的基本知识、程序设计基础、程序分析基础等；外围模块及芯片包括存储器和常用的I/O模块。教学方法采用启发式、案例式及多媒体辅助的方法，并在教学内容、教学理念上融入课程思政元素。考核方法采用平时成绩、实验成绩和期末成绩相结合的方式。二、课程目标目标1：掌握串行接口、并行接口、可编程中断控制器、DMA控制器等人机接口；注重科学思维方法训练，培养严谨的科学态度和精益求精的工匠精神。通过常用接口的设计及初始化编程以及存储器接口能发现问题解决问题，能够借助文献研究针对具体问题获得有效结论。目标2：能够综合运用所学的微机原理、接口技术等知识，针对实际工程中的具体问题设计合理的技术路线或实验方案。目标3:注重科学态度和人文精神的培养，提高学生科学解决问题的能力，激发学生的创新精神，具有自主学习、终身学习的能力。三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对医学影像技术专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1：课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：1-④2毕业要求2：2-⑬3毕业要求3：3-①②⑤⑦1四、课程教学安排课程共有7项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验教学学时学时小计1计算机系统概述建设世界科技强国的时代使命感222微型计算机系统基础团体意识22280X86微处理器严谨的科学态度和精益求精的工匠精神，居安思危，增强责任感663寻址方式与指令系统884汇编语言程序设计爱国情怀，树立技术创新意识610165半导体存储器安全问题，文明上网226输入/输出技术培养家国情怀，对自己国家一种高度认同感和归属感、责任感和使命感。84127常用接口芯片树立正确的人生观和价值观，激发爱国情怀141026合计482472第1章计算机系统概述教学要求：了解计算机发展进程，掌握数制及编码，定数与浮点数，无符号数和带符号数。教学内容：1.1概述1.2数据表示与编码1.3微型计算机基本结构与工作原理重点难点：数制及编码，定数与浮点数，无符号数和带符号数，微型计算机基本结构与工作原理。思政元素：通过学生微机和接口技术案例资料，让学生逐步认识我国当前计算机领域面临的“卡脖子”难题，引导学生将自我价值实现与服务国家重大战略需求、建设世界科技强国的时代使命结合，为民族复兴贡献力量。第2章微型计算机系统基础教学要求：了解指令系统，了解微型计算机系统结构，了解输入输出系统，了解微处理器的发展教学内容：2.1指令系统2.2微型计算机系统基础2.3输入输出系统2.4微处理器的发展思政要素：通过讲解系统要整体协调工作，引导学生建立团体意识第3章80x86微处理器教学要求：了解8086微处理器的基本组成单元，掌握引脚与工作模式，掌握存储器与I/O端口的组织方法。教学内容：3.18086微处理器3.28086的存储器组织3.38086微处理器的内部结构3.48086总线的工作周期3.58086中断系统3.68086微处理器外部基本引脚与工作模式重点难点：8086微处理器的基本组成单元、引脚、周期与工作模式，8086微处理器的引脚。思政元素:在讲解微处理器结构时，培养学生准确的表达能力、严谨的科学态度和精益求精的工匠精神。主要通过讲授目前在高性能芯片领域，被高通、联发科、海思、三星及苹果五家争霸所占领的局面，引出华为的麒麟芯片，让学生了解我国微处理器目前的状况，居安思危，激发学生的斗志，提高新时代大学生的国家危机意识，增强使用国产芯片的荣誉感。第4章寻址方式与指令系统教学要求：熟练掌握数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位控制指令和CPU控制命令，掌握寻址方式。教学内容：4.1指令系统概述4.28086寻址方式4.38086指令系统重点难点：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位控制指令，寻址方式。第5章汇编语言程序设计教学要求：了解汇编语言源程序格式的组成元素，掌握伪指令与指令的区别，熟练掌握宏指令、汇编语言程序设计的基本方法。教学内容：5.1汇编语言程序基本格式5.2汇编语言中的数据5.3运算符与表达式5.4伪指令5.5系统功能调用5.7汇编语言程序设计举例重点难点：指令与伪指令的基本组成要素，程序设计的基本方法。思政元素：让学生了解欧美发达国家在技术创新领域对我国的围追堵截，进而激发学生的爱国情怀，让学生清楚地认识到，真正的技术是创新出来的。第6章半导体存储器教学要求：：了解存储器工作原理，掌握微机系统内存储器的构成及与CPU的连接方法。教学内容：6.1存储器概述6.2随机读写存储器6.3只读存储器重点难点：微机系统内存储器的构成及与CPU的连接方法，存储器与CPU的连接方法。思政元素：从信息存储和相关研究人员泄密案例的角度出发，让学生能够遵纪守法，文明上网。第7章输入输出技术教学要求：输入/输出接口的功能和基本结构，输入/输出的基本方式，掌握微机系统的中断功能及实现，中断控制器的工作。教学内容：7.1输入输出技术概述7.2程序控制方式7.3中断方式重点难点：输入/输出的基本方式，微机系统的中断功能及实现，中断控制器的工作。微机系统的中断功能及实现，中断控制器的工作。思政元素：通过中断技术在黑客技术方面的应用，培养学生树立正确的人生观和价值观。第8章常用接口芯片教学要求：了解A/D与D/A转换芯片的使用，掌握可编程串行接口8251、可编程定时器/计数器芯片8253的应用和并行接口芯片8255的初始化操作以及控制应用。教学内容：8.1可编程并行接口82558.2可编程定时计数器82538.3可编程串行接口82518.4模拟IO接口重点难点：可编程定时器/计数器芯片8253的应用和并行接口芯片8255的初始化操作以及控制应用。可编程定时器/计数器芯片8253的应用和并行接口芯片8255的初始化操作以及控制应用。思政元素：通过接口技术的应用，引导学生要学会运用科学、辩证的观点和思想全面观察事物和分析问题。在新冠肺炎疫情中，使用了大量的医疗监护仪，而编程计数器/定时器8253可在医疗监护仪中广泛应用，但国产的医疗器械太少，90%的大医院中90%的大设备，基本上都依赖于国外的技术。迈瑞公司作为可以在高端医疗器械领域与外国同行一较高下的中国企业，通过一步一步地把产品打入国际高端市场，做中国制造为中国人做事。五、课内实践教学内容及要求表3：课内实践教学内容及要求序号教学类型教学内容教学要求1实验（2学时）（1）学习8086的指令系统，输入简单的指令，观察各寄存器、内存相关单元以及处理器标志位的变化（数据传送类指令，算术运算类指令，逻辑运算类指令，标志处理和CPU控制类指令，移位和循环移位指令，处理器控制类指令等，要求每类指令至少一个用例。具体用例自行设计，可参考教材用例）;（2）编写一个简单的程序：将“ThisismyfirstASMprogram-姓名（汉语拼音各人的姓名）放在存储器单元中，最后将该字符串通过DOS功能调用显示在屏幕上。（1）学习EMU8086仿真开发环境的使用，理解掌握汇编语言编程的基本步骤；（2）熟悉8086指令系统；（3）熟悉变量、常量及伪指令的使用；（4）熟悉内存单元的存储结构以及简单编程。（5）熟悉并掌握EMU8086汇编语言调试环境;（3）学习汇编语言程序设计的基本步骤和方法；2实验（2学时）学习8086的指令系统，编写顺序结构的程序。（1）自然数0~15的平方表，存在内存TABLE开始的连续16个单元中，现XAD单元存有任意一自然数（0X<15），查表求X的平方，存入YAD单元中，最后将该字符通过DOS功能调用显示在屏幕上。（2）求两个数的平均值。这两个数分别放在x单元和y单元中，而平均值放在z单元中，最后将该字符串通过DOS功能调用显示在屏幕上。（1）学习EMU8086仿真开发环境的使用，理解掌握汇编语言编程的基本步骤；（2）熟悉8086指令系统；（3）熟悉变量、常量及伪指令的使用；（4）熟悉内存单元的存储结构以及简单编程。（5）熟悉并掌握EMU8086汇编语言调试环境;（6）学习汇编语言程序设计的基本步骤和方法；（7）掌握顺序结构程序设计的基本方法。3实验（2学时）学习8086的指令系统，编写分支结构的程序。计算下面函数值的程序（x,y的值在-128~+127之间），输出数据为x、y,输出数据为a。按提示输入数据，在屏幕显示的运行结果中查看结果是否正确。输入不同的数据，可得到不同的结果。（1）学习EMU8086仿真开发环境的使用，理解掌握汇编语言编程的基本步骤；（2）熟悉8086指令系统；（3）熟悉变量、常量及伪指令的使用；（4）熟悉内存单元的存储结构以及综合编程。（5）熟悉并掌握EMU8086汇编语言调试环境;（6）学习汇编语言程序设计的步骤和方法；（7）掌握分支结构程序设计的方法。4实验（2学时）求某数据区内负数的个数。设在以BUF为首址的字存储区输入n个有符号二进制数，统计的负数个数放在存储单位R中。并显示结果。（1）学习EMU8086仿真开发环境的使用，理解掌握汇编语言编程的基本步骤；（2）熟悉8086指令系统；（3）熟悉变量、常量及伪指令的使用；（4）熟悉内存单元的存储结构以及综合编程。（5）熟悉并掌握EMU8086汇编语言调试环境;（6）学习汇编语言程序设计的步骤和方法；（7）掌握循环结构程序设计的方法。5实验（2学时）学习8086的指令系统，编写子程序。在以BUF为首址的字节存储区存放有n个无符号数，求该序列中的最大值和最小值（此部分编写成子程序）。按提示输入数据，在屏幕显示的运行结果中查看max、min结果是否正确。输入不同的数据，可得到不同的结果。（1）学习EMU8086仿真开发环境的使用，理解掌握汇编语言编程的基本步骤；（2）熟悉8086指令系统；（3）熟悉变量、常量及伪指令的使用；（4）熟悉内存单元的存储结构以及综合编程。（5）熟悉并掌握EMU8086汇编语言调试环境;（6）学习汇编语言程序设计的步骤和方法；（7）掌握子程序的定义和调用方法。（8）掌握子程序、子程序的嵌套、递归子程序的结构。（9）掌握子程序的程序设计、编制及调用。6实验（4学时）（1）连接电路，直接用手动产单脉冲作为中断请求信号(只需连接一根导线)。要求每按一次开关产生一次中断，在屏幕上显示一次“TPCAInterrupt!”，中断10次后程序退出。（2）连接电路，采用查询方式。编制程序，没按一次单脉冲进行一次中断，屏幕上显示相应的中断请求号。（1）学习构造连接实验电路的方法；（2）掌握PC机中断处理系统的基本原理。（3）学会编写中断服务程序。（4）掌握中断控制8259A管理。（5）掌握扩展中断查询方法。7实验（4学时）（1）搭建实验电路，8255C口接逻辑电平开关K0～K7，A口接LED显示电路L0～L7；编程从8255C口输入数据，再从A口输出。（2）搭建实验电路，8255B口PB2---PB0接逻辑电平开关K2～K0，8255A口接LED显示电路L0～L7,PC2(/STBB)与单脉冲的负脉冲端相连。编程按下单脉冲按键产生一个负脉冲，输入到PC2，用发光二极管LEDi亮，显示K2---K0开关的状态。（1）学习构造连接实验电路的方法；（2）掌握可编程并行通信接口8255A基本方式；（3）掌握8255工作于方式1选通模式的编程控制方法。（4）掌握8255工作方式１时的使用及编程。（5）掌握程序控制硬件的方法。8实验（2学时）连接电路，将计数器0设置为方式0，计数器初值为N(N≤0FH)，用手动逐个输入单脉冲，编程使计数值在屏幕上显示，并同时用逻辑笔观察OUT0电平变化(当输入N+1个脉冲后OUT0变高电平)。（1）学习构造连接实验电路的方法；（2）掌握8254的基本工作原理和编程方法，用示波器观察不同方式下的波形。9实验（2学时）连接电路,其