《微機(jī)原理與接口技術(shù)》第3版 教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱 牟琦

45-《微機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)大綱英文名稱：MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)類專業(yè)、自動(dòng)化類專業(yè)、電子信息類專業(yè)教材：牟琦.微機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版）.[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018一、課程的性質(zhì)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是計(jì)算機(jī)類、電子信息類、自動(dòng)化類等相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。課程內(nèi)容主要包括微型機(jī)硬件系統(tǒng)的組成、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、以及接口技術(shù)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬軟件協(xié)同工作原理，建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體概念；培養(yǎng)硬件思維方式，提高計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)應(yīng)用能力，提高硬軟件協(xié)同開發(fā)能力；對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)，培養(yǎng)分析、解決復(fù)雜工程問題的能力具有重要意義。二、課程學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)理解微型機(jī)硬件系統(tǒng)的組成及工作原理，了解微處理器的分類和發(fā)展；掌握8086CPU結(jié)構(gòu)及工作原理，了解常用的總線標(biāo)準(zhǔn)；了解80X86系列CPU的發(fā)展和特點(diǎn)；理解8086CPU指令系統(tǒng)，掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法；理解I/O系統(tǒng)工作原理，掌握主要工作方式；理解常用可編程接口芯片的工作原理，掌握其應(yīng)用方法；2.能力目標(biāo)能夠熟練編寫匯編語(yǔ)言程序；能夠編寫程序?qū)ΤＳ每删幊探涌谛酒M(jìn)行應(yīng)用；具備微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)應(yīng)用能力；具備硬軟件協(xié)同開發(fā)能力。三、教學(xué)內(nèi)容及基本要求1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述介紹計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示與編碼，微型計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)字邏輯電路，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理等內(nèi)容。使學(xué)生能從總體上對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)初步的了解，為后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。(1)教學(xué)內(nèi)容計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)與數(shù)制；二/十進(jìn)制數(shù)的表示范圍、編碼及其運(yùn)算；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的字符編碼；邏輯電路基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類與發(fā)展；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。(2)教學(xué)重點(diǎn)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示與編碼，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理。(3)教學(xué)難點(diǎn)補(bǔ)碼的運(yùn)算和溢出判斷方法。2.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)本章主要介紹微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，包括指令系統(tǒng)、處理器體系結(jié)構(gòu)、微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理、輸入輸出技術(shù)等內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)工作過程有一個(gè)全面的概括的理解。(1)教學(xué)內(nèi)容指令系統(tǒng)和處理器體系結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器與地址分配方法I/O信息交換方式程序中斷技術(shù)概念微處理器的發(fā)展和分類微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用的先進(jìn)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和發(fā)展(2)教學(xué)重點(diǎn)微處理器中主要寄存器；存儲(chǔ)器地址分配；I/O信息交換方式，程序中斷技術(shù)(3)教學(xué)難點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器地址分配，程序中斷處理過程3.80X86微處理器本章以8086為例，介紹了微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部基本引腳、工作方式、總線和時(shí)序，以及8086的存儲(chǔ)器組織、中斷系統(tǒng)等內(nèi)容。為學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和接口應(yīng)用技術(shù)打下基礎(chǔ)。(1)教學(xué)內(nèi)容8086微處理器的存儲(chǔ)器組織；8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；8086總線工作周期8086的中斷系統(tǒng)8086微處理器外部總線及工作模式；8086微處理器的工作時(shí)序。(2)教學(xué)重點(diǎn)8086微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理；存儲(chǔ)器的地址組織；中斷處理過程；8086工作模式及總線周期。(3)教學(xué)難點(diǎn)8086系統(tǒng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)；20位物理地址的形成過程；最小和最大工作模式；中斷向量和中斷處理過程。4.尋址方式與指令系統(tǒng)學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)中主要指令的功能、格式以及使用的方法是學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言的基礎(chǔ)。本章主要介紹8086CPU匯編語(yǔ)言格式、尋址方式、以及8086指令系統(tǒng)中主要指令及其使用方法，通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生鞥個(gè)編寫出簡(jiǎn)單功能的指令段。(1)教學(xué)內(nèi)容指令格式；8086數(shù)據(jù)尋址方式及指令尋址方式；數(shù)據(jù)傳送指令算術(shù)運(yùn)算指令邏輯運(yùn)算指令移位指令串操作指令程序控制指令處理器控制指令(2)教學(xué)重點(diǎn)數(shù)據(jù)尋址方式，指令尋址方式、8086指令系統(tǒng)中主要指令。(3)教學(xué)難點(diǎn)數(shù)據(jù)尋址方式，指令尋址方式。5.匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)本章主要介紹匯編語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)、基本語(yǔ)法、系統(tǒng)功能調(diào)用等內(nèi)容，使學(xué)生掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基本方法，能夠運(yùn)用匯編語(yǔ)言寫出完整的程序，實(shí)現(xiàn)指定的功能，并且能夠運(yùn)用DEBUG對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。(1)教學(xué)內(nèi)容匯編語(yǔ)言程序的基本語(yǔ)法；常用偽指令；系統(tǒng)功能調(diào)用；匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法；宏指令；動(dòng)態(tài)調(diào)試程序DEBUG(2)教學(xué)重點(diǎn)匯編程序的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法；DOS系統(tǒng)功能調(diào)用(21H)方法；匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法。(3)教學(xué)難點(diǎn)選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；指令與偽指令的應(yīng)用；動(dòng)態(tài)調(diào)試程序DEBUG的使用；宏與子程序的應(yīng)用。6.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器本章主要介紹半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類和工作原理，微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)器的構(gòu)成及與CPU的連接方法、虛擬存儲(chǔ)器、80X86內(nèi)存管理模式等內(nèi)容。使學(xué)生能夠根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，合理選擇半導(dǎo)體存儲(chǔ)器類型，設(shè)計(jì)CPU與內(nèi)存儲(chǔ)器的連接方案。(1)教學(xué)內(nèi)容內(nèi)存儲(chǔ)器基本概念、分類和主要技術(shù)指標(biāo)；存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)，CACHE的基本原理；典型存儲(chǔ)芯片結(jié)構(gòu)與應(yīng)用；存儲(chǔ)器的字位擴(kuò)展技術(shù)；全地址譯碼和部分地址譯碼的概念及應(yīng)用方法；虛擬存儲(chǔ)器工作原理；80x86內(nèi)存管理模式。(2)教學(xué)重點(diǎn)地址譯碼電路設(shè)計(jì)；內(nèi)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)；存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)。(3)教學(xué)難點(diǎn)地址譯碼電路設(shè)計(jì)；內(nèi)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展技術(shù)；虛擬存儲(chǔ)器原理；80x86內(nèi)存管理模式。7.輸入和輸出技術(shù)本章介紹輸入/輸出接口的功能和基本結(jié)構(gòu)，輸入/輸出的基本方式，中斷控制器8259的工作要求及其編程，DMA方式的原理，DMA控制器8237工作過程和應(yīng)用。通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠分析不同輸入/輸出方式的優(yōu)缺點(diǎn)，正確設(shè)計(jì)I/O系統(tǒng)方案；能夠?qū)?259A、8237編程，完成指定的功能。(1)教學(xué)內(nèi)容I/O接口的概念、功能、編址方式；無條件程序控制方式、有條件程序控制方式；中斷優(yōu)先級(jí)及判優(yōu)方式；可編程中斷控制器8259A的外部特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、以及方式控制字DMA的工作原理；DAMC8237的工作原理(2)教學(xué)重點(diǎn)中斷技術(shù)基本原理及其應(yīng)用；DMA工作過程；中斷傳送和DMA傳送的區(qū)別。(3)教學(xué)難點(diǎn)8259A的初始化編程和應(yīng)用。8.常用接口芯片本章主要介紹并行通信和串行通信接口的基本原理，微機(jī)常用串行接口、并行接口、定時(shí)器的可編程接口芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部特性，以及其硬件連接和初始化編程、操作編程等。通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠根據(jù)具體應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)出串行接口、并行接口、定時(shí)器可編程接口芯片與CPU連接方案，并能夠?qū)懗龀跏蓟?、操作程序等?1)教學(xué)內(nèi)容可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器8253的外部引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理；8253的六種工作方式；串行接口技術(shù)基本概念、工作方式、數(shù)據(jù)格式和校驗(yàn)；可編程串行接口電路8251的工作原理、與CPU的連接及初始化編程；并行接口技術(shù)基本概念、工作方式、數(shù)據(jù)格式；可編程并行接口電路8255的外部引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和工作方式；8255的初始化編程和C口的操作；模擬量、開關(guān)量接口技術(shù)的基本概念和其輸入、輸出通道的組成；.D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理和控制方式，以及DAC0832和系統(tǒng)總線的連接。(2)教學(xué)重點(diǎn)可編程接口芯片8253、8251、8255與CPU的連接；8253的初始化編程；8251工作原理；8255工作原理以及3種工作方式。(3)教學(xué)難點(diǎn)可編程接口芯片8253的初值計(jì)算；接口芯片8251、8255的初始化編程和應(yīng)用。四、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)、上機(jī)、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：參見教材第9章實(shí)驗(yàn)。五、學(xué)時(shí)分配及說明表1學(xué)時(shí)分配表序號(hào)知識(shí)點(diǎn)課內(nèi)講授教學(xué)各環(huán)節(jié)備注上機(jī)自學(xué)1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述222微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)42380X86微處理器644尋址方式與指令系統(tǒng)865匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)8686半導(dǎo)體存儲(chǔ)器4247輸入和輸出技術(shù)6248常用接口芯片1066合計(jì)481636總計(jì)48課內(nèi)學(xué)時(shí)+16實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)+36自學(xué)學(xué)時(shí)六、教學(xué)方法與教學(xué)手段教學(xué)方法：課堂講授為主，同時(shí)重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，并要求學(xué)生完成規(guī)定的課外自學(xué)內(nèi)容。七、考核方法課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課、必修考核方法：考試、閉卷課程成績(jī)?cè)u(píng)分辦法：平時(shí)成績(jī)10%，綜合作業(yè)或期中考試成績(jī)30%，期末考試成績(jī)60%。大綱制訂人：《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)驗(yàn)大綱課程名稱微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)7總學(xué)時(shí)16實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16總學(xué)分開課學(xué)期適用專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)先修課程模擬電路、數(shù)字電路一、實(shí)驗(yàn)課程簡(jiǎn)介以8086CPU為核心的16位微機(jī)系統(tǒng)為載體，設(shè)計(jì)了匯編程序設(shè)計(jì)、RAM擴(kuò)展、可編程中斷控制器8259A、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253、并行接口8255、串行接口8251、D/A變換等驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和2個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)微機(jī)系統(tǒng)工作原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、接口電路芯片及應(yīng)用等知有更深入的理解，掌握各種接口電路芯片的工作原理和應(yīng)用方法，并能夠熟練使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行硬件編程。二、實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的貢獻(xiàn)通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生接受初步的工程實(shí)踐訓(xùn)練，增強(qiáng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析處理工程實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求理解：16位微機(jī)的硬件系統(tǒng)的組成；DOS的基本命令；INTI0H各功能塊的用法；了解總線的工作時(shí)序；掌握：DOS系統(tǒng)功能調(diào)用的常用功能；6264靜態(tài)RAM使用方法，以及PC機(jī)擴(kuò)充外存的手段；中斷控制接口芯片8259的工作原理及應(yīng)用；并行接口8255A的傳輸數(shù)據(jù)的方法及應(yīng)用；定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253的工作原理及應(yīng)用編程；串行接口電路8251的工作方式、硬件接口電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用。表1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與內(nèi)容序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容提要計(jì)劃學(xué)時(shí)每組人數(shù)實(shí)驗(yàn)類別開出要求1匯編語(yǔ)言與調(diào)試環(huán)境熟悉實(shí)驗(yàn)輸入示例匯編源程序，并生成可執(zhí)行文件，利用調(diào)試工具驗(yàn)證運(yùn)行結(jié)果21驗(yàn)證必做2綜合匯編程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)自行設(shè)計(jì)密碼驗(yàn)證程序，要求屏幕輸出字符提示信息，對(duì)鍵盤輸入的密碼字符進(jìn)行驗(yàn)證。41設(shè)計(jì)必做3RAM擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)對(duì)6264RAM芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存操作，在6264中轉(zhuǎn)存預(yù)先放到內(nèi)存中10個(gè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證。21驗(yàn)證必做4可編程中斷控制器8259A實(shí)驗(yàn)在試驗(yàn)箱上對(duì)8259A進(jìn)行硬件連線，并編寫中斷服務(wù)程序，驗(yàn)證中斷響應(yīng)結(jié)果22驗(yàn)證必做5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253實(shí)驗(yàn)根據(jù)輸入頻率計(jì)算初值，并編程，使8253每1秒產(chǎn)生一次中斷信號(hào)。22驗(yàn)證必做6并行接口8255實(shí)驗(yàn)用8255A的B端口和A端口分別接開關(guān)和發(fā)光二極管，編程控制8個(gè)LED發(fā)光二極管的亮和滅。22驗(yàn)證必做7串行接口8251實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的串行輸出，將示波器連入，觀察數(shù)據(jù)波形。22驗(yàn)證選做8D/A變換實(shí)驗(yàn)通過D/A變換實(shí)現(xiàn)鋸齒波形的輸出，并通過示波器進(jìn)行輸出波形觀測(cè)21驗(yàn)證選做9綜合實(shí)驗(yàn)（一）通過A/D轉(zhuǎn)換，用軟件延時(shí)的方式將轉(zhuǎn)換后的實(shí)際電壓值，通過8255送入數(shù)碼管顯示電壓的整數(shù)部分。42設(shè)計(jì)選做10綜合實(shí)驗(yàn)（二）根據(jù)輸入頻率，使得8253每1秒產(chǎn)生一次中斷信號(hào)，使得A/D開始轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的實(shí)際電壓值得整數(shù)部分，通過8255送入數(shù)碼管顯示。要求自行設(shè)計(jì)8253的聯(lián)線方式，并且能寫出中斷控制程序。63設(shè)計(jì)選做注：實(shí)驗(yàn)7、8、9、10選做1項(xiàng)四、實(shí)驗(yàn)課程基本要求1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段和方式實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用課堂講授和學(xué)生動(dòng)手相結(jié)合方式，指導(dǎo)教師先簡(jiǎn)要講解實(shí)驗(yàn)原理和重要注意事項(xiàng)，然后由學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的內(nèi)容和方法步驟進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生遇到難題，教師即時(shí)啟發(fā)幫助學(xué)生解決。2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求在實(shí)驗(yàn)前，要求學(xué)生必須熟練掌握所使用的知識(shí)點(diǎn)，做好接口電路設(shè)計(jì)和源程序準(zhǔn)備工作，認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)，