《微機(jī)系統(tǒng)與接口》（理論與實(shí)踐）課程教學(xué)大綱

《微機(jī)系統(tǒng)與接口》（理論與實(shí)踐）課程教學(xué)大綱《微機(jī)系統(tǒng)與接口》（理論與實(shí)踐）課程教學(xué)大綱（課程編號0885309學(xué)分-學(xué)時(shí)-上機(jī)3-48-2）東南大學(xué)自動化學(xué)院一、課程的性質(zhì)與目的本課程為自動化專業(yè)必修的的一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是電子信息與電氣大類專業(yè)校級平臺課程。課程有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性，教學(xué)目的是使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，在已學(xué)數(shù)字邏輯、電子線路和程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,深入掌握微處理器和基本接口的結(jié)構(gòu)與工作原理,學(xué)會用匯編語言編程、調(diào)試和硬件控制基本方法,正確建立微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，具備計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用分析問題和解決問題的初步能力，以便為今后嵌入式系統(tǒng)、單片機(jī)、DSP原理、檢測、控制等后續(xù)課程學(xué)習(xí)以及計(jì)算機(jī)硬軟件應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和科研打下必要的計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)基礎(chǔ)。二、課程內(nèi)容的教學(xué)要求概念與基本知識：理解計(jì)算機(jī)中的信息表示和碼制變換，理解基本編碼方法；掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成和各部分的作用，形成微機(jī)系統(tǒng)的概念；理解指令、程序的概念以及執(zhí)行過程與微機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系；了解現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)和分類。微處理器與系統(tǒng)結(jié)構(gòu):了解i8086處理器的編程結(jié)構(gòu)，總線接口部件(BIU)和執(zhí)行部件（EU）的功能及特點(diǎn);掌握8086的寄存器結(jié)構(gòu);了解8086MPU各個(gè)引腳的含義，掌握主要引腳的特性,理解8086的復(fù)位電路和功能；理解i8088與i8086區(qū)別，掌握最小和最大工作模式的特點(diǎn)與區(qū)別，.掌握典型連接電路；理解處理器總線，分類及總線周期的概念,以及與指令周期、機(jī)器周期的關(guān)系；掌握總線讀/寫操作時(shí)序與典型電路對應(yīng)關(guān)系；初步了解存儲器、I/O操作時(shí)序,掌握存儲器組織結(jié)構(gòu)和存儲器訪問操作，8086/8088存儲器分段的概念、物理地址和邏輯地址的概念；理解IA-16和IA-32系列微處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn),了解微控制器和嵌入式處理器的概念和特點(diǎn)。Intel80X86/Pentium指令系統(tǒng)掌握了解8086指令基本格式；掌握8086尋址方式及尋址過程,掌握8086段基地址、偏移地址與物理地址之間的關(guān)系，分析了解典型指令尤其是數(shù)據(jù)傳遞指令對應(yīng)的總線操作；掌握常用指令及功能應(yīng)用,包括基本算術(shù)邏輯運(yùn)算,；輸入/輸出指令及應(yīng)用;掌握程序流和系統(tǒng)控制指令,掌握堆棧的基本概念;了解80X86/Pentium增強(qiáng)指令和擴(kuò)充指令,一般了解80X86/Pentium特殊處理指令。8086／8088匯編程序設(shè)計(jì)掌握匯編語言與程序設(shè)計(jì)基本概念，包括CPU指令、偽指令、宏、匯編過程、匯編程序的關(guān)系；重點(diǎn)掌握匯編語言程序結(jié)構(gòu)和常用偽指令語法；理解MS-DOS環(huán)境下匯編程序框架；通過例程學(xué)習(xí)掌握基本程序設(shè)計(jì)方法（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示、典型程序流控制、高級語言接口）；簡單掌握BIOS與DOS功能調(diào)用及使用方法（重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)課講授）。存儲器系統(tǒng)掌握存儲器特點(diǎn)及基本分類；了解隨機(jī)讀寫存儲器(SRAM和DRAM)基本電路，理解片內(nèi)譯碼概念；了解只讀存儲器ROM,UV-EPROM,EEPROM和閃存FlashRom；重點(diǎn)掌握存貯器三種常用片選譯碼方法;重點(diǎn)掌握微機(jī)系統(tǒng)中的存儲器連接與擴(kuò)充方法；了解存儲器集成與虛擬存儲器概念。基本輸入輸出與中斷技術(shù)理解I/O總線及規(guī)范，I/O芯片片選譯碼電路；（重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)課講授）;掌握輸入輸出基本接口及主要問題；重點(diǎn)掌握簡單輸入輸出方法及典型程序；重點(diǎn)掌握中斷基本原理和組成要素,掌握中斷響應(yīng)及中斷處理過程；；了解8259A中斷控制器原理與應(yīng)用,掌握中斷軟件結(jié)構(gòu)(舉例)。掌握直接存儲器訪問DMA的基本特點(diǎn)和過程。常用數(shù)字接口芯片(重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)課講授)掌握并行接口的概念，了解可編程并行接口芯片i8255A的基本功能和典型用法；掌握定時(shí)／計(jì)數(shù)器的概念，了解i8253基本功能和典型用法；掌握串行接口與通信的概念，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；常用模擬接口芯片(重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)課講授)理解模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC原理;掌握典型DAC芯片及其接口應(yīng)用理解數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC原理掌握典型ADC芯片及其接口應(yīng)用掌握模擬通道（多路轉(zhuǎn)換器MUX，采樣保持器S/H）掌握簡單應(yīng)用處理程序32位微型計(jì)算機(jī)（IA-32）系統(tǒng)及應(yīng)用掌握IA-32微處理器硬件結(jié)構(gòu);掌握32位微機(jī)虛地址保護(hù)模式與存儲器段頁管理機(jī)制;了解掌握IA-32保護(hù)模式下的特權(quán)保護(hù)機(jī)制、門機(jī)制和中斷機(jī)制了解i80386指令系統(tǒng)；掌握理解32位匯編語言程序設(shè)計(jì)方法；理解多任務(wù)多用戶操作系統(tǒng)與32位微機(jī)的應(yīng)用關(guān)系微機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展(重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)課講授)。三、上機(jī)實(shí)習(xí)（實(shí)驗(yàn)部分）要求課程上機(jī)實(shí)驗(yàn)部分是本課程相對獨(dú)立的內(nèi)容，采取單獨(dú)考核方式，也可單獨(dú)設(shè)課考核實(shí)施，除安排少量針對技術(shù)背景、硬軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試工具、實(shí)驗(yàn)平臺、具體接口芯片、電路等內(nèi)容的理論教學(xué)外，具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用分兩個(gè)層次教學(xué)：基本單元實(shí)驗(yàn)(基本內(nèi)容)和系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)(可選內(nèi)容)。單元實(shí)驗(yàn)包括典型環(huán)境、典型接口芯片、典型單元控制方法，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)掌握微機(jī)硬件基本知識、基本操作技能，熟悉理解匯編語言編程、硬件I/O控制、實(shí)時(shí)系統(tǒng)基本概念，培養(yǎng)基本的硬件動手能力和目標(biāo)代碼級軟件調(diào)試能力。綜合測試實(shí)驗(yàn)僅給出了設(shè)計(jì)要求（各類應(yīng)用系統(tǒng)的原型）與設(shè)計(jì)提示，每種測試分別規(guī)定基本要求和提高性要求部分，主要用于測試和鍛煉提高學(xué)生的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力，要求學(xué)生在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)選擇軟、硬件實(shí)現(xiàn)方案。詳見《微機(jī)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。為便于學(xué)生自學(xué)掌握指令功能，理論課還可安排2-4學(xué)時(shí)輔助試驗(yàn)（先上課后上機(jī)及課外）。四、能力培養(yǎng)的要求1.數(shù)據(jù)手冊學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)：主要是對IA-16/32微處理器、半導(dǎo)體存儲器和I/O接口等典型芯片數(shù)據(jù)手冊的閱讀，實(shí)現(xiàn)技術(shù)性應(yīng)用、設(shè)計(jì)、調(diào)試和測試方法的能力培養(yǎng)。2.典型接口硬件電路分析設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)：要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，具備對典型總線環(huán)境下微機(jī)系統(tǒng)電路原理圖、時(shí)序圖的讀圖理解、分析能力，以及典型匯編程序的閱讀理解、分析能力，初步具有簡單的硬件和匯編語言軟件設(shè)計(jì)能力。3.自學(xué)能力的培養(yǎng)：通過本課程的教學(xué)，要培養(yǎng)和提高學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行整理、概括、消化吸收的能力，以及圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容，閱讀參考書籍和數(shù)據(jù)手冊，自我擴(kuò)充知識領(lǐng)域的能力。5.創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、深入鉆研問題的習(xí)慣，尤其在微機(jī)硬軟件相關(guān)設(shè)計(jì)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)中；課程與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中詳略得當(dāng)，循序漸進(jìn)，交叉重復(fù)，適當(dāng)留部分內(nèi)容給學(xué)生自學(xué)或復(fù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、邏輯分析設(shè)計(jì)能力和綜合運(yùn)用知識能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。五、建議學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容講課習(xí)題課或課堂討論實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)理論緒論與基礎(chǔ)知識1微處理器與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4Intel80X86/Pentium指令系統(tǒng)5（2+2）*28086／8088匯編程序設(shè)計(jì)6（2）4*2存儲器系統(tǒng)41基本輸入輸出與中斷技術(shù)8（2）3常用數(shù)字接口芯片68常用模擬接口芯片4332位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用83*2課程設(shè)計(jì)10（注：48學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課課程設(shè)計(jì)為下學(xué)期20學(xué)時(shí)）六、考核方式總評成績=平時(shí)成績+作業(yè)測驗(yàn)成績+期末考試成績平時(shí)成績（包括出勤、上課提問、答疑情況）占10%作業(yè)測驗(yàn)（7次作業(yè)、小測驗(yàn)、習(xí)題課）占15％期末考試占75％實(shí)驗(yàn)獨(dú)立考核：課程成績=基礎(chǔ)單元實(shí)驗(yàn)成績+課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收成績+課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績基礎(chǔ)單元實(shí)驗(yàn)（抽查、實(shí)驗(yàn)報(bào)告）成績占40%課程設(shè)計(jì)演示驗(yàn)收成績占30%課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績30%。注：如理論實(shí)驗(yàn)課合一（4學(xué)分），則實(shí)驗(yàn)部分成績占25%。實(shí)驗(yàn)部分必須及格方可參加理論考試，否則必須全課程重修）七、教材及參考書楊素行.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第3版）.清華大學(xué)出版社，2010吳寧，馬旭東主編.《80X86/Pentium微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》（第3版）.電子工業(yè)出版社,2011年謝瑞和等.32位微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).高等教育出版社，2004.錢曉捷·匯編語言程序設(shè)計(jì)·電子工業(yè)出版社，2003年.微機(jī)系統(tǒng)與接口實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)教程（第3版，講義）.東南大學(xué)課程組，2010戴先中等.微機(jī)硬件應(yīng)用實(shí)踐——原理與接口.東南大學(xué)出版社，1999.8清華科教儀器廠.TPC-2003A32位微機(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程(講義).2004課程名稱：微機(jī)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)/《微機(jī)系統(tǒng)與接口》實(shí)驗(yàn)部分英文名稱：MicrocomputerExperimentsandProjects課程編號：0883317面向?qū)I(yè)：自動化學(xué)時(shí)學(xué)分：32/1.0本大綱主撰人：馬旭東（Tel：83795360，E-mail：xdma@）本實(shí)驗(yàn)課程（在人才培養(yǎng)中的）作用和具體目標(biāo)與理論課程教學(xué)講授緊密結(jié)合，要求學(xué)生通過盡可能多的上機(jī)練習(xí)加深課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和基本訓(xùn)練，并通過單元教學(xué)實(shí)驗(yàn)、綜合測試作業(yè)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化教學(xué)效果，學(xué)會綜合設(shè)計(jì)與解決問題的方法。本實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的和要求是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)手段掌握微型計(jì)算機(jī)基本原理、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成、接口技術(shù)及其應(yīng)用編程方法，也使學(xué)生系統(tǒng)科學(xué)地接受相關(guān)的分析問題和解決問題的訓(xùn)練。具體要求：（1）掌握微處理器和基本接口的結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）學(xué)會使用匯編語言編程和動態(tài)調(diào)試；（3）熟悉實(shí)驗(yàn)儀基本電路原理；（4）理解和合理選用存貯器和接口芯片；（4）理解掌握主要接口方法、芯片特性和典型應(yīng)用方法;（5）理解和掌握包括中斷技術(shù)在內(nèi)的三類輸入輸出方法和實(shí)現(xiàn)；（6）理解掌握現(xiàn)代高級微處理器的基本原理以及編程控制方法；（7）通過小型綜合實(shí)驗(yàn)作業(yè),掌握系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試小型微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配與組織序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱內(nèi)容提要實(shí)驗(yàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)類型學(xué)時(shí)分配每組人數(shù)備注1匯編語言程序設(shè)計(jì)與調(diào)試指令、宏匯編、鏈接，調(diào)試工具，程序框架和典型運(yùn)算程序?qū)I(yè)基礎(chǔ)基本型41必做2微機(jī)總線與簡單輸入輸出實(shí)驗(yàn)裝置，輸入輸出指令/命令操作，基本鍵盤顯示程序設(shè)計(jì)專業(yè)基礎(chǔ)基本型（應(yīng)用性）21必做3存儲器與擴(kuò)展存儲器讀寫時(shí)序理解、擴(kuò)展原理，程序驗(yàn)證專業(yè)基礎(chǔ)基本型11必做4可編程接并行口芯片82558255的工作方式、使用與硬件接口方法，編程，鍵盤顯示應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)提高型(設(shè)計(jì)應(yīng)用)31必做+選做5可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器82538253工作方式,編程方法,計(jì)數(shù)/定時(shí)模式典型應(yīng)用編程專業(yè)基礎(chǔ)提高型(設(shè)計(jì)應(yīng)用)2（3）1必做+選做6中斷環(huán)境與控制器8259應(yīng)用中斷環(huán)境,8259原理和編程,中斷處理程序與多任務(wù)應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)提高型(設(shè)計(jì)應(yīng)用)1（2）1必做+選做7串行通信接口芯片8250/8251N8250/i8251串行通信控制器原理與編程方法；典型程序編制。專業(yè)基礎(chǔ)提高型(設(shè)計(jì)應(yīng)用)31必做+選做8模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口,典型轉(zhuǎn)換性能和編程方法,處理專業(yè)基礎(chǔ)提高型(設(shè)計(jì)應(yīng)用)31必做+選做9DMA控制器與數(shù)據(jù)傳送DMA控制器與DMA傳送,i8237編程,典型DMA應(yīng)用(波形發(fā)生)專業(yè)基礎(chǔ)提高型(設(shè)計(jì)應(yīng)用)（3）1選做1032位微機(jī)編程調(diào)試基礎(chǔ)認(rèn)識IA-32實(shí)模式和保護(hù)模式應(yīng)用、開發(fā)環(huán)境（工具）專業(yè)基礎(chǔ)基本型31必做1132位微機(jī)系統(tǒng)編程調(diào)試設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)基于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的32位應(yīng)用系統(tǒng)框架專業(yè)基礎(chǔ)提高型（應(yīng)用性）（3）1選做12綜合設(shè)計(jì)與測試綜合設(shè)計(jì)一小型微機(jī)硬件應(yīng)用系統(tǒng)。在10余個(gè)測試題(乒乓球比賽、移動靶射擊比賽、反應(yīng)測試儀等)選一完成設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試和報(bào)告。專業(yè)基礎(chǔ)研究創(chuàng)新型101~2必做注：課程中要求學(xué)生掌握基本的硬件和底層軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試方法，學(xué)會分析、排除硬件故障和底層軟件缺陷的基本動手能力；每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求都分為基本部分和提高部分，以滿足不同層次的學(xué)生的需要，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自創(chuàng)性研究實(shí)驗(yàn)，基本部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必做，提高部分選做。要求學(xué)生在預(yù)習(xí)準(zhǔn)備中，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)電路原理和樣例程序原理，通過基本的驗(yàn)證+提高應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（硬軟件和經(jīng)驗(yàn)）積累為綜合設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)；要強(qiáng)化理論教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，既需要基本驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也需要提高應(yīng)用和綜合設(shè)計(jì)性內(nèi)容。本課程在理論課結(jié)束后安排了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成情況作為實(shí)驗(yàn)課的主要考核標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)綜合設(shè)計(jì)需要綜合應(yīng)用多種微機(jī)接口與其它單元電路(3部分以上),編制相應(yīng)的應(yīng)用軟件來構(gòu)成一個(gè)小的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),并要求學(xué)生獲得全面的硬軟件及設(shè)備使用訓(xùn)練和創(chuàng)新思維、設(shè)計(jì)報(bào)告、總結(jié)寫作能力培養(yǎng)。三、教學(xué)管理模式與注意事項(xiàng)教學(xué)管理模式：基本驗(yàn)證+提高應(yīng)用實(shí)驗(yàn)過程采用非開放模式，由專門教師和助教指導(dǎo)，并不斷規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和分析解決問題的科學(xué)方法,安排2-3次（現(xiàn)場或課堂）實(shí)驗(yàn)理論指導(dǎo)。綜合設(shè)計(jì)測試部分可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件采取半開放或全開放形式，允許學(xué)生靈活安排時(shí)間，同時(shí)根據(jù)需要安排基礎(chǔ)性指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)合計(jì)32學(xué)時(shí)；課內(nèi)外學(xué)時(shí)比1：1