《微機(jī)原理與接口技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《微機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)大綱課程名稱：微機(jī)原理與接口技術(shù)英文名稱：MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology課程編號：F088122251學(xué)分：4總學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時(shí)：72/24課程性質(zhì)：必修課程開課單位：信息與電氣工程學(xué)院通信工程系適應(yīng)對象：醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)（四年制本科）一、課程簡介微機(jī)原理與接口技術(shù)是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課。本課程圍繞微型計(jì)算機(jī)原理和應(yīng)用主題，以Intel86CPU為主線，系統(tǒng)介紹微型計(jì)算機(jī)的基本知識、基本組成、體系結(jié)構(gòu)和工作模式等，從而使學(xué)生能較清楚的了解微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作流程，建立起系統(tǒng)的概念。同時(shí)，配以適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，通過系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)鍛煉，使學(xué)生具有一定的軟硬件開發(fā)能力，為未來的工作和后繼課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。本課程內(nèi)容主要包括三大部分：8086CPU結(jié)構(gòu)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、外圍模塊及芯片。8086CPU結(jié)構(gòu)主要介紹8086CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳、工作模式、存儲器和時(shí)序等基本知識；匯編語言程序設(shè)計(jì)介紹匯編語言的基本知識、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、程序分析基礎(chǔ)等；外圍模塊及芯片包括存儲器和常用的I/O模塊。教學(xué)方法采用啟發(fā)式、案例式及多媒體輔助的方法，并在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念上融入課程思政元素。考核方法采用平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末成績相結(jié)合的方式。二、課程目標(biāo)目標(biāo)1：掌握串行接口、并行接口、可編程中斷控制器、DMA控制器等人機(jī)接口；注重科學(xué)思維方法訓(xùn)練，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和精益求精的工匠精神。通過常用接口的設(shè)計(jì)及初始化編程以及存儲器接口能發(fā)現(xiàn)問題解決問題，能夠借助文獻(xiàn)研究針對具體問題獲得有效結(jié)論。目標(biāo)2：能夠綜合運(yùn)用所學(xué)的微機(jī)原理、接口技術(shù)等知識，針對實(shí)際工程中的具體問題設(shè)計(jì)合理的技術(shù)路線或?qū)嶒?yàn)方案。目標(biāo)3:注重科學(xué)態(tài)度和人文精神的培養(yǎng)，提高學(xué)生科學(xué)解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，具有自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的能力。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況如表1所示：表1：課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：1-④2畢業(yè)要求2：2-?3畢業(yè)要求3：3-①②⑤⑦1四、課程教學(xué)安排課程共有7項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)小計(jì)1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述建設(shè)世界科技強(qiáng)國的時(shí)代使命感222微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)團(tuán)體意識22280X86微處理器嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和精益求精的工匠精神，居安思危，增強(qiáng)責(zé)任感663尋址方式與指令系統(tǒng)884匯編語言程序設(shè)計(jì)愛國情懷，樹立技術(shù)創(chuàng)新意識610165半導(dǎo)體存儲器安全問題，文明上網(wǎng)226輸入/輸出技術(shù)培養(yǎng)家國情懷，對自己國家一種高度認(rèn)同感和歸屬感、責(zé)任感和使命感。84127常用接口芯片樹立正確的人生觀和價(jià)值觀，激發(fā)愛國情懷141026合計(jì)482472第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述教學(xué)要求：了解計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)程，掌握數(shù)制及編碼，定數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)，無符號數(shù)和帶符號數(shù)。教學(xué)內(nèi)容：1.1概述1.2數(shù)據(jù)表示與編碼1.3微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理重點(diǎn)難點(diǎn)：數(shù)制及編碼，定數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)，無符號數(shù)和帶符號數(shù)，微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理。思政元素：通過學(xué)生微機(jī)和接口技術(shù)案例資料，讓學(xué)生逐步認(rèn)識我國當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域面臨的“卡脖子”難題，引導(dǎo)學(xué)生將自我價(jià)值實(shí)現(xiàn)與服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求、建設(shè)世界科技強(qiáng)國的時(shí)代使命結(jié)合，為民族復(fù)興貢獻(xiàn)力量。第2章微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)教學(xué)要求：了解指令系統(tǒng)，了解微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解輸入輸出系統(tǒng)，了解微處理器的發(fā)展教學(xué)內(nèi)容：2.1指令系統(tǒng)2.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)2.3輸入輸出系統(tǒng)2.4微處理器的發(fā)展思政要素：通過講解系統(tǒng)要整體協(xié)調(diào)工作，引導(dǎo)學(xué)生建立團(tuán)體意識第3章80x86微處理器教學(xué)要求：了解8086微處理器的基本組成單元，掌握引腳與工作模式，掌握存儲器與I/O端口的組織方法。教學(xué)內(nèi)容：3.18086微處理器3.28086的存儲器組織3.38086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.48086總線的工作周期3.58086中斷系統(tǒng)3.68086微處理器外部基本引腳與工作模式重點(diǎn)難點(diǎn)：8086微處理器的基本組成單元、引腳、周期與工作模式，8086微處理器的引腳。思政元素:在講解微處理器結(jié)構(gòu)時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生準(zhǔn)確的表達(dá)能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和精益求精的工匠精神。主要通過講授目前在高性能芯片領(lǐng)域，被高通、聯(lián)發(fā)科、海思、三星及蘋果五家爭霸所占領(lǐng)的局面，引出華為的麒麟芯片，讓學(xué)生了解我國微處理器目前的狀況，居安思危，激發(fā)學(xué)生的斗志，提高新時(shí)代大學(xué)生的國家危機(jī)意識，增強(qiáng)使用國產(chǎn)芯片的榮譽(yù)感。第4章尋址方式與指令系統(tǒng)教學(xué)要求：熟練掌握數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、移位控制指令和CPU控制命令，掌握尋址方式。教學(xué)內(nèi)容：4.1指令系統(tǒng)概述4.28086尋址方式4.38086指令系統(tǒng)重點(diǎn)難點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、移位控制指令，尋址方式。第5章匯編語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)要求：了解匯編語言源程序格式的組成元素，掌握偽指令與指令的區(qū)別，熟練掌握宏指令、匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本方法。教學(xué)內(nèi)容：5.1匯編語言程序基本格式5.2匯編語言中的數(shù)據(jù)5.3運(yùn)算符與表達(dá)式5.4偽指令5.5系統(tǒng)功能調(diào)用5.7匯編語言程序設(shè)計(jì)舉例重點(diǎn)難點(diǎn)：指令與偽指令的基本組成要素，程序設(shè)計(jì)的基本方法。思政元素：讓學(xué)生了解歐美發(fā)達(dá)國家在技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域?qū)ξ覈膰范陆?，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，讓學(xué)生清楚地認(rèn)識到，真正的技術(shù)是創(chuàng)新出來的。第6章半導(dǎo)體存儲器教學(xué)要求：：了解存儲器工作原理，掌握微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存儲器的構(gòu)成及與CPU的連接方法。教學(xué)內(nèi)容：6.1存儲器概述6.2隨機(jī)讀寫存儲器6.3只讀存儲器重點(diǎn)難點(diǎn)：微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存儲器的構(gòu)成及與CPU的連接方法，存儲器與CPU的連接方法。思政元素：從信息存儲和相關(guān)研究人員泄密案例的角度出發(fā)，讓學(xué)生能夠遵紀(jì)守法，文明上網(wǎng)。第7章輸入輸出技術(shù)教學(xué)要求：輸入/輸出接口的功能和基本結(jié)構(gòu)，輸入/輸出的基本方式，掌握微機(jī)系統(tǒng)的中斷功能及實(shí)現(xiàn)，中斷控制器的工作。教學(xué)內(nèi)容：7.1輸入輸出技術(shù)概述7.2程序控制方式7.3中斷方式重點(diǎn)難點(diǎn)：輸入/輸出的基本方式，微機(jī)系統(tǒng)的中斷功能及實(shí)現(xiàn)，中斷控制器的工作。微機(jī)系統(tǒng)的中斷功能及實(shí)現(xiàn)，中斷控制器的工作。思政元素：通過中斷技術(shù)在黑客技術(shù)方面的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。第8章常用接口芯片教學(xué)要求：了解A/D與D/A轉(zhuǎn)換芯片的使用，掌握可編程串行接口8251、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8253的應(yīng)用和并行接口芯片8255的初始化操作以及控制應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容：8.1可編程并行接口82558.2可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器82538.3可編程串行接口82518.4模擬IO接口重點(diǎn)難點(diǎn)：可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8253的應(yīng)用和并行接口芯片8255的初始化操作以及控制應(yīng)用。可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片8253的應(yīng)用和并行接口芯片8255的初始化操作以及控制應(yīng)用。思政元素：通過接口技術(shù)的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生要學(xué)會運(yùn)用科學(xué)、辯證的觀點(diǎn)和思想全面觀察事物和分析問題。在新冠肺炎疫情中，使用了大量的醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀，而編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253可在醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀中廣泛應(yīng)用，但國產(chǎn)的醫(yī)療器械太少，90%的大醫(yī)院中90%的大設(shè)備，基本上都依賴于國外的技術(shù)。邁瑞公司作為可以在高端醫(yī)療器械領(lǐng)域與外國同行一較高下的中國企業(yè)，通過一步一步地把產(chǎn)品打入國際高端市場，做中國制造為中國人做事。五、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求表3：課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號教學(xué)類型教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求1實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）（1）學(xué)習(xí)8086的指令系統(tǒng)，輸入簡單的指令，觀察各寄存器、內(nèi)存相關(guān)單元以及處理器標(biāo)志位的變化（數(shù)據(jù)傳送類指令，算術(shù)運(yùn)算類指令，邏輯運(yùn)算類指令，標(biāo)志處理和CPU控制類指令，移位和循環(huán)移位指令，處理器控制類指令等，要求每類指令至少一個(gè)用例。具體用例自行設(shè)計(jì)，可參考教材用例）;（2）編寫一個(gè)簡單的程序：將“ThisismyfirstASMprogram-姓名（漢語拼音各人的姓名）放在存儲器單元中，最后將該字符串通過DOS功能調(diào)用顯示在屏幕上。（1）學(xué)習(xí)EMU8086仿真開發(fā)環(huán)境的使用，理解掌握匯編語言編程的基本步驟；（2）熟悉8086指令系統(tǒng)；（3）熟悉變量、常量及偽指令的使用；（4）熟悉內(nèi)存單元的存儲結(jié)構(gòu)以及簡單編程。（5）熟悉并掌握EMU8086匯編語言調(diào)試環(huán)境;（3）學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本步驟和方法；2實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)8086的指令系統(tǒng)，編寫順序結(jié)構(gòu)的程序。（1）自然數(shù)0~15的平方表，存在內(nèi)存TABLE開始的連續(xù)16個(gè)單元中，現(xiàn)XAD單元存有任意一自然數(shù)（0X<15），查表求X的平方，存入YAD單元中，最后將該字符通過DOS功能調(diào)用顯示在屏幕上。（2）求兩個(gè)數(shù)的平均值。這兩個(gè)數(shù)分別放在x單元和y單元中，而平均值放在z單元中，最后將該字符串通過DOS功能調(diào)用顯示在屏幕上。（1）學(xué)習(xí)EMU8086仿真開發(fā)環(huán)境的使用，理解掌握匯編語言編程的基本步驟；（2）熟悉8086指令系統(tǒng)；（3）熟悉變量、常量及偽指令的使用；（4）熟悉內(nèi)存單元的存儲結(jié)構(gòu)以及簡單編程。（5）熟悉并掌握EMU8086匯編語言調(diào)試環(huán)境;（6）學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本步驟和方法；（7）掌握順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的基本方法。3實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)8086的指令系統(tǒng)，編寫分支結(jié)構(gòu)的程序。計(jì)算下面函數(shù)值的程序（x,y的值在-128~+127之間），輸出數(shù)據(jù)為x、y,輸出數(shù)據(jù)為a。按提示輸入數(shù)據(jù)，在屏幕顯示的運(yùn)行結(jié)果中查看結(jié)果是否正確。輸入不同的數(shù)據(jù)，可得到不同的結(jié)果。（1）學(xué)習(xí)EMU8086仿真開發(fā)環(huán)境的使用，理解掌握匯編語言編程的基本步驟；（2）熟悉8086指令系統(tǒng)；（3）熟悉變量、常量及偽指令的使用；（4）熟悉內(nèi)存單元的存儲結(jié)構(gòu)以及綜合編程。（5）熟悉并掌握EMU8086匯編語言調(diào)試環(huán)境;（6）學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)的步驟和方法；（7）掌握分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的方法。4實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）求某數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)負(fù)數(shù)的個(gè)數(shù)。設(shè)在以BUF為首址的字存儲區(qū)輸入n個(gè)有符號二進(jìn)制數(shù)，統(tǒng)計(jì)的負(fù)數(shù)個(gè)數(shù)放在存儲單位R中。并顯示結(jié)果。（1）學(xué)習(xí)EMU8086仿真開發(fā)環(huán)境的使用，理解掌握匯編語言編程的基本步驟；（2）熟悉8086指令系統(tǒng)；（3）熟悉變量、常量及偽指令的使用；（4）熟悉內(nèi)存單元的存儲結(jié)構(gòu)以及綜合編程。（5）熟悉并掌握EMU8086匯編語言調(diào)試環(huán)境;（6）學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)的步驟和方法；（7）掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的方法。5實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)8086的指令系統(tǒng)，編寫子程序。在以BUF為首址的字節(jié)存儲區(qū)存放有n個(gè)無符號數(shù)，求該序列中的最大值和最小值（此部分編寫成子程序）。按提示輸入數(shù)據(jù)，在屏幕顯示的運(yùn)行結(jié)果中查看max、min結(jié)果是否正確。輸入不同的數(shù)據(jù)，可得到不同的結(jié)果。（1）學(xué)習(xí)EMU8086仿真開發(fā)環(huán)境的使用，理解掌握匯編語言編程的基本步驟；（2）熟悉8086指令系統(tǒng)；（3）熟悉變量、常量及偽指令的使用；（4）熟悉內(nèi)存單元的存儲結(jié)構(gòu)以及綜合編程。（5）熟悉并掌握EMU8086匯編語言調(diào)試環(huán)境;（6）學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)的步驟和方法；（7）掌握子程序的定義和調(diào)用方法。（8）掌握子程序、子程序的嵌套、遞歸子程序的結(jié)構(gòu)。（9）掌握子程序的程序設(shè)計(jì)、編制及調(diào)用。6實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）（1）連接電路，直接用手動產(chǎn)單脈沖作為中斷請求信號(只需連接一根導(dǎo)線)。要求每按一次開關(guān)產(chǎn)生一次中斷，在屏幕上顯示一次“TPCAInterrupt!”，中斷10次后程序退出。（2）連接電路，采用查詢方式。編制程序，沒按一次單脈沖進(jìn)行一次中斷，屏幕上顯示相應(yīng)的中斷請求號。（1）學(xué)習(xí)構(gòu)造連接實(shí)驗(yàn)電路的方法；（2）掌握PC機(jī)中斷處理系統(tǒng)的基本原理。（3）學(xué)會編寫中斷服務(wù)程序。（4）掌握中斷控制8259A管理。（5）掌握擴(kuò)展中斷查詢方法。7實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）（1）搭建實(shí)驗(yàn)電路，8255C口接邏輯電平開關(guān)K0～K7，A口接LED顯示電路L0～L7；編程從8255C口輸入數(shù)據(jù)，再從A口輸出。（2）搭建實(shí)驗(yàn)電路，8255B口PB2---PB0接邏輯電平開關(guān)K2～K0，8255A口接LED顯示電路L0～L7,PC2(/STBB)與單脈沖的負(fù)脈沖端相連。編程按下單脈沖按鍵產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，輸入到PC2，用發(fā)光二極管LEDi亮，顯示K2---K0開關(guān)的狀態(tài)。（1）學(xué)習(xí)構(gòu)造連接實(shí)驗(yàn)電路的方法；（2）掌握可編程并行通信接口8255A基本方式；（3）掌握8255工作于方式1選通模式的編程控制方法。（4）掌握8255工作方式１時(shí)的使用及編程。（5）掌握程序控制硬件的方法。8實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）連接電路，將計(jì)數(shù)器0設(shè)置為方式0，計(jì)數(shù)器初值為N(N≤0FH)，用手動逐個(gè)輸入單脈沖，編程使計(jì)數(shù)值在屏幕上顯示，并同時(shí)用邏輯筆觀察OUT0電平變化(當(dāng)輸入N+1個(gè)脈沖后OUT0變高電平)。（1）學(xué)習(xí)構(gòu)造連接實(shí)驗(yàn)電路的方法；（2）掌握8254的基本工作原理和編程方法，用示波器觀察不同方式下的波形。9實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）連接電路,其