45-《微機原理與接口技術》教學大綱英文名稱：MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology適用專業：計算機類專業、自動化類專業、電子信息類專業教材：牟琦.微機原理與接口技術（第3版）.[M].北京：清華大學出版社，2018一、課程的性質“微機原理與接口技術”是計算機類、電子信息類、自動化類等相關專業的一門重要的專業基礎課程。課程內容主要包括微型機硬件系統的組成、匯編語言程序設計、以及接口技術。通過該課程的學習，使學生能夠掌握微型計算機系統的結構，理解計算機系統硬軟件協同工作原理，建立計算機系統的整體概念；培養硬件思維方式，提高計算機硬件系統應用能力，提高硬軟件協同開發能力；對于培養學生工程素養，培養分析、解決復雜工程問題的能力具有重要意義。二、課程學習目標1.知識目標理解微型機硬件系統的組成及工作原理，了解微處理器的分類和發展；掌握8086CPU結構及工作原理，了解常用的總線標準；了解80X86系列CPU的發展和特點；理解8086CPU指令系統，掌握匯編語言程序設計方法；理解I/O系統工作原理，掌握主要工作方式；理解常用可編程接口芯片的工作原理，掌握其應用方法；2.能力目標能夠熟練編寫匯編語言程序；能夠編寫程序對常用可編程接口芯片進行應用；具備微型計算機計算機硬件系統應用能力；具備硬軟件協同開發能力。三、教學內容及基本要求1.計算機系統概述介紹計算機中的數據表示與編碼，微型計算機中常用的數字邏輯電路，以及計算機系統的基本結構與工作原理等內容。使學生能從總體上對計算機系統有一個初步的了解，為后續知識的學習奠定基礎。(1)教學內容計算機系統中的數與數制；二/十進制數的表示范圍、編碼及其運算；計算機系統中的字符編碼；邏輯電路基礎；計算機系統的分類與發展；計算機系統的組成；計算機系統的主要性能指標。(2)教學重點計算機中的數據表示與編碼，計算機系統的組成與工作原理。(3)教學難點補碼的運算和溢出判斷方法。2.微型計算機系統基礎本章主要介紹微型計算機基礎知識，包括指令系統、處理器體系結構、微型計算機基本結構和工作原理、輸入輸出技術等內容，使學生對微型計算機系統有進一步的認識，對計算機工作過程有一個全面的概括的理解。(1)教學內容指令系統和處理器體系結構微型計算機系統結構微型計算機中的存儲器與地址分配方法I/O信息交換方式程序中斷技術概念微處理器的發展和分類微型計算機系統中采用的先進技術嵌入式系統的定義、特點和發展(2)教學重點微處理器中主要寄存器；存儲器地址分配；I/O信息交換方式，程序中斷技術(3)教學難點微型計算機系統結構，存儲器地址分配，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部結構、外部基本引腳、工作方式、總線和時序，以及8086的存儲器組織、中斷系統等內容。為學習匯編語言程序設計和接口應用技術打下基礎。(1)教學內容8086微處理器的存儲器組織；8086微處理器的內部結構；8086總線工作周期8086的中斷系統8086微處理器外部總線及工作模式；8086微處理器的工作時序。(2)教學重點8086微處理器的內部結構及工作原理；存儲器的地址組織；中斷處理過程；8086工作模式及總線周期。(3)教學難點8086系統的存儲器結構；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學習指令系統中主要指令的功能、格式以及使用的方法是學習匯編語言的基礎。本章主要介紹8086CPU匯編語言格式、尋址方式、以及8086指令系統中主要指令及其使用方法，通過本章的學習，使學生鞥個編寫出簡單功能的指令段。(1)教學內容指令格式；8086數據尋址方式及指令尋址方式；數據傳送指令算術運算指令邏輯運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)教學重點數據尋址方式，指令尋址方式、8086指令系統中主要指令。(3)教學難點數據尋址方式，指令尋址方式。5.匯編語言程序設計本章主要介紹匯編語言程序結構、基本語法、系統功能調用等內容，使學生掌握匯編語言程序設計基本方法，能夠運用匯編語言寫出完整的程序，實現指定的功能，并且能夠運用DEBUG對程序進行調試。(1)教學內容匯編語言程序的基本語法；常用偽指令；系統功能調用；匯編語言程序設計方法；宏指令；動態調試程序DEBUG(2)教學重點匯編程序的結構和語法；DOS系統功能調用(21H)方法；匯編語言程序設計方法。(3)教學難點選擇、循環結構的設計；指令與偽指令的應用；動態調試程序DEBUG的使用；宏與子程序的應用。6.半導體存儲器本章主要介紹半導體存儲器的分類和工作原理，微機系統內存儲器的構成及與CPU的連接方法、虛擬存儲器、80X86內存管理模式等內容。使學生能夠根據應用系統的需要，合理選擇半導體存儲器類型，設計CPU與內存儲器的連接方案。(1)教學內容內存儲器基本概念、分類和主要技術指標；存儲器的分級結構，CACHE的基本原理；典型存儲芯片結構與應用；存儲器的字位擴展技術；全地址譯碼和部分地址譯碼的概念及應用方法；虛擬存儲器工作原理；80x86內存管理模式。(2)教學重點地址譯碼電路設計；內存儲器的擴展技術；存儲器的分級結構。(3)教學難點地址譯碼電路設計；內存儲器的擴展技術；虛擬存儲器原理；80x86內存管理模式。7.輸入和輸出技術本章介紹輸入/輸出接口的功能和基本結構，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工作過程和應用。通過本章的學習，使學生能夠分析不同輸入/輸出方式的優缺點，正確設計I/O系統方案；能夠對8259A、8237編程，完成指定的功能。(1)教學內容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；中斷優先級及判優方式；可編程中斷控制器8259A的外部特性和內部結構、以及方式控制字DMA的工作原理；DAMC8237的工作原理(2)教學重點中斷技術基本原理及其應用；DMA工作過程；中斷傳送和DMA傳送的區別。(3)教學難點8259A的初始化編程和應用。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，微機常用串行接口、并行接口、定時器的可編程接口芯片的內部結構和外部特性，以及其硬件連接和初始化編程、操作編程等。通過本章的學習，使學生能夠根據具體應用要求，設計出串行接口、并行接口、定時器可編程接口芯片與CPU連接方案，并能夠寫出初始化、操作程序等。(1)教學內容可編程定時計數器8253的外部引腳、內部結構和工作原理；8253的六種工作方式；串行接口技術基本概念、工作方式、數據格式和校驗；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；并行接口技術基本概念、工作方式、數據格式；可編程并行接口電路8255的外部引腳、內部結構、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、開關量接口技術的基本概念和其輸入、輸出通道的組成；.D/A、A/D轉換器的工作原理和控制方式，以及DAC0832和系統總線的連接。(2)教學重點可編程接口芯片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)教學難點可編程接口芯片8253的初值計算；接口芯片8251、8255的初始化編程和應用。四、實驗實驗、上機、課程設計內容：參見教材第9章實驗。五、學時分配及說明表1學時分配表序號知識點課內講授教學各環節備注上機自學1計算機系統概述222微型計算機系統基礎42380X86微處理器644尋址方式與指令系統865匯編語言程序設計8686半導體存儲器4247輸入和輸出技術6248常用接口芯片1066合計481636總計48課內學時+16實驗學時+36自學學時六、教學方法與教學手段教學方法：課堂講授為主，同時重視實踐教學環節，并要求學生完成規定的課外自學內容。七、考核方法課程性質：專業基礎課、必修考核方法：考試、閉卷課程成績評分辦法：平時成績10%，綜合作業或期中考試成績30%，期末考試成績60%。大綱制訂人：《微機原理與接口技術》實驗大綱課程名稱微機原理與接口技術實驗項目數7總學時16實驗學時16總學分開課學期適用專業計算機科學與技術先修課程模擬電路、數字電路一、實驗課程簡介以8086CPU為核心的16位微機系統為載體，設計了匯編程序設計、RAM擴展、可編程中斷控制器8259A、定時器/計數器8253、并行接口8255、串行接口8251、D/A變換等驗證型實驗和2個綜合實驗，使學生通過實踐環節，對微機系統工作原理、匯編語言程序設計、接口電路芯片及應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用方法，并能夠熟練使用匯編語言進行硬件編程。二、實驗對實現人才培養目標的貢獻通過實踐教學環節，使學生接受初步的工程實踐訓練，增強綜合運用所學知識分析處理工程實際問題的能力，培養學生實踐能力、設計能力和創新能力。三、實驗內容及要求理解：16位微機的硬件系統的組成；DOS的基本命令；INTI0H各功能塊的用法；了解總線的工作時序；掌握：DOS系統功能調用的常用功能；6264靜態RAM使用方法，以及PC機擴充外存的手段；中斷控制接口芯片8259的工作原理及應用；并行接口8255A的傳輸數據的方法及應用；定時/計數器8253的工作原理及應用編程；串行接口電路8251的工作方式、硬件接口電路設計及應用。表1實驗項目設置與內容序號實驗項目內容提要計劃學時每組人數實驗類別開出要求1匯編語言與調試環境熟悉實驗輸入示例匯編源程序，并生成可執行文件，利用調試工具驗證運行結果21驗證必做2綜合匯編程序設計實驗自行設計密碼驗證程序，要求屏幕輸出字符提示信息，對鍵盤輸入的密碼字符進行驗證。41設計必做3RAM擴展實驗對6264RAM芯片進行數據轉存操作，在6264中轉存預先放到內存中10個數據，并進行結果驗證。21驗證必做4可編程中斷控制器8259A實驗在試驗箱上對8259A進行硬件連線，并編寫中斷服務程序，驗證中斷響應結果22驗證必做5定時器/計數器8253實驗根據輸入頻率計算初值，并編程，使8253每1秒產生一次中斷信號。22驗證必做6并行接口8255實驗用8255A的B端口和A端口分別接開關和發光二極管，編程控制8個LED發光二極管的亮和滅。22驗證必做7串行接口8251實驗數據信號的串行輸出，將示波器連入，觀察數據波形。22驗證選做8D/A變換實驗通過D/A變換實現鋸齒波形的輸出，并通過示波器進行輸出波形觀測21驗證選做9綜合實驗（一）通過A/D轉換，用軟件延時的方式將轉換后的實際電壓值，通過8255送入數碼管顯示電壓的整數部分。42設計選做10綜合實驗（二）根據輸入頻率，使得8253每1秒產生一次中斷信號，使得A/D開始轉換，并將轉換后的實際電壓值得整數部分，通過8255送入數碼管顯示。要求自行設計8253的聯線方式，并且能寫出中斷控制程序。63設計選做注：實驗7、8、9、10選做1項四、實驗課程基本要求1.實驗教學的手段和方式實驗教學采用課堂講授和學生動手相結合方式，指導教師先簡要講解實驗原理和重要注意事項，然后由學生按實驗指導書中的內容和方法步驟進行。實驗過程中學生遇到難題，教師即時啟發幫助學生解決。2.實驗教學的要求在實驗前，要求學生必須熟練掌握所使用的知識點，做好接口電路設計和源程序準備工作，認真完成實驗，