单片机原理与接口技术范例6篇

单片机原理与接口技术

单片机原理与接口技术范文1

【关键词】单片机;接口技术;教学实验

单片机实验在单片机理论教学中,具有非常重要的实践作用。我们通过单片机教学实验,可以很好的提升学生动手能力,让学生在动手的过程中认识到其工作的特性和原理,对理论知识有一个非常直观、系统的认识和了解;除此之外,还可以加深学生对理论知识的印象和解读能力,使得学生在实践的过程中掌握单片机的关键理论知识和相关技术。

一、现有实验教学方式的不足

1、内容的系统性存在缺陷。实验课程的学时在课程总学时当中受到非常明显的遏制,假如说在原有的计划上安排了10个学时的实验课程,但是这些实验学时对单片机实验教学的实践需求是远远不够的。为了在有限的时间内把单片机的实验内容最大化讲解,实验课程的环节中穿插了非常多的论证性实验,并且教师会给出一定的程序步骤。在实验的时候,学生都是被动跟着教师进行,对于实验内容的认识依然停留在书本知识方面,缺少新器件和电路应用方面的实际操作训练。虽然说这么做加快了实验的周期时间,但是本着实验课程锻炼学生的实践操作能力和思维能力的目标依然没有实现。虽然说部分学生对于知识是一知半解,但是完全依照书本操作步骤进行,也可以完成相关的实验,但是这样的情况依然无法满足学生训练单片机内容的实践操作要求。

2、时间的灵活性非常古板。因为实验成绩是课程总成绩的少部分,因此当课堂教学内容全部结束的时候,所有的实验教学课程都要结束,要不然会影响到学校安排考试和成绩测评的安排,鉴于这样的原因,实验周期时间短和相对集中就成为了主要问题。在这部分时间内,实验室出现高负荷情况,每个班级的实验时间都安排的很集中,经常会出现下组学生等待上组学生做完实验等实验设备的情况,灵活的时间因此受到非常大的限制,并且影响到学生实验课程的教学质量。

3、综合性实验无法开展。因为单片机的价格非常低廉,体积还很小,相应的功能也在不断的完善,成为现代工业技术中非常理想的一种微控单元核心构件,尤其实在工业过程控制和智能仪器仪表方面应用非常广泛。单片机实例应用是非常容易就可以被利用在实验教学过程中的,因为这样不单单可以让学生建立一个非常系统的单片机知识系统,还能够让学生体验到单片机在实际应用中的价值。但是因为现实教学情况的限制,如此综合性的教学实验并没有被安排实验教学中,只是作为小部分的选修内容。

二、单片机实验教学的有效改革

1、专门开设单片机实验教学课程。真正意义上掌握单片机的理论知识,必要的实践操作是不能缺少的。现在的学生普遍感觉到单片机的理论知识很难把握,最主要的一个原因就是实践操作程度的不深刻,所以在改革单片机原理和接口技术实验课程的时候,必须把理论教育和实践操作一分为二。把传统课本知识中的实验内容全部分离开来,重新进行规划和分类,并且为此专门编纂特定的实验教材,从根本地位方面改变实验教学的存在价值。如此一来,实验课时得到了充分的保证,并且在实验内容的安排方面更加全面和具体,可以让学生在程序编写、通讯方式、存储器结构和系统综合应用方面得到全方位的训练和提升。目的是培养学生正确地思维方法和健康的学习态度。

2、柔和化的实验教学时间。单片机课程被设置为单独的实验课程之后,就不会依附于传统的理论知识教育,所以说在时间的安排方面非常充裕,基本上实现了实验时间的真正开放。实验时间贯穿于整个学期,每个小组之间可以进行不同类别的实验,随后进行对比和交流。实验时间不再依照传统理论课程时间的安排,而是全天都在实验,目的是确保不同层次的学生有充分的消化知识时间。实验课程的时间占据总课时的50%,学生可以自身学习的需要选择实验的类型。对于选修课程,不再要求学生在一个单元课时内完成,一个实验可以分成若干个小实验进行,留给学生充分思考的时间。

3、层次分明的实验内容。单片机实验教学的内容可以大致分为三部分,就是①基础实验部分,②设计实验部分,③系统试验部分。基础实验就是说对单片机基本知识的理解和学习,让学生根据指导书中的步骤设计进行,教师编写非常系统的实验步骤,使得学生在完成基础实验之后,具备一定的总结和编程能力。设计实验就是说对某一个单独的方面进行深入化的研究分析,只是针对一个知识点进行认真讨论,要求学生自己动手设计路线、编写程序、自行调试、发现问题和修改等。系统试验就是对毕业设计内容和专业领域设计内容,采用应用系统设计方式。

4、虚拟仿真技术和实践操作技术的完美结合。Proteus是现在最好的电路仿真实验软件,其中具备非常优秀的数字电路、模拟电路和电路系统,支持AVR和51系列等主流单片机系统和不同样的调试环境。比如说Keil C51 uVision2 软件,就是一款很好的单片机仿真实验软件。所以说在单片机实验课程改革过程中,我们将Proteus融入到单片机实验教学当中,要求学生在掌握基础知识之上,对于一些综合性的实验,学会使用Proteus软件进行设计和修正,然后再把自己做实验的内容移植到实验室硬件电路当中。很好的减小了原材料的损耗,也达到了训练学生操作能力的目的。

5、改良实验课程的测评方式。完善测评方式不单单是对学生所掌握知识的一个客观评价、对学生实践操作能力的肯定,更是成为激励学生努力学习的手段。测评的方式要具有一定的公平性和公正性。学生进行的每一项实验记录都占据一定的分值,学校不再需要进行单独的实验测验,而是对学生整个实验过程进行综合评价,尽可能规避偶然性和片面性情况的出现。

总结:单片机原理和接口技术的实验教学,最终目的是锻炼学生的动手解决问题的能力,所以在掌握理论知识的前提下,学习和熟练应用实验方法是非常关键的。因为单片机实验教育是一项漫长久远的任务目标,所有我们在只有单片机实验教学的基础上,融入科学发展观的理念,才可以更好的建立一套实验教学综合体系,顺应时展的要求。

参考文献:

[1]丁保华、陈军、张有忠. 单片机原理独立实验教学体系的改革与探索[J]. 实验室科学. 2010,(11):120-123.

[2]杨金泉、郝志华、张国旭、田红霞、田丽欣. 单片机原理及应用实验教学改革研究与实践[J]. 黑龙江科技信息. 2011,(23):150-155.

[3]饶伟、周俊. 关于高职院校的单片机课程教改的研究[J]. 黑龙江科技信息. 2012,(29):200-205.

单片机原理与接口技术范文2

关键词:单片机;教学做一体化;实践教学

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)41-0145-03

《单片机原理及接口技术》是高校电气类专业的一门专业必修课,具有很强的实践性。该课程的教学目的不仅要求学生掌握单片机的结构原理和汇编语言源程序的编写,更重要的是培养学生单片机的实际应用能力和系统综合开发能力。传统的教学模式是以教师为中心,以教科书为依据。教学内容上基本都是单片机的基本概念、硬件结构、指令系统、汇编语言、中断系统、定时/计数器、串行口、存储器的扩展、人机接口以及应用系统设计。学生在学习专业理论知识时,由于对单片机内部结构不了解,缺乏必要的感性认识,对抽象的理论知识只能死记硬背。学生在理论知识学习结束后仍然不了解单片机开发的完整过程,甚至不清楚编程器和仿真器的概念,很难做到对系统的深入理解和充分掌握。理论教学与实践教学相分离,造成学生的专业兴趣得不到激发,学习积极性难以调动,结果是越学越乏味,从而产生厌学情绪。为了提高学生的学习积极性,提升学生的综合应用及系统开发能力,我院在机电类专业的《单片机原理及接口技术》课程教学上尝试了“教、学、做”一体化教学模式的研究与实践,取得了较好的效果。

一、教、学、做一体化教学模式特点

“教、学、做”一体化教学是指在同一空间和时间内同步进行的教学,理论和实践交替进行,直观和抽象交错出现,没有固定的先实后理或先理后实顺序,而是教师的教和学生的学有机结合,边教边做,边学边做,这就是“教、学、做”一体化概念。一体化教学符合学生的认知规律,能够把复杂的知识直观化,项目化。这种教学模式可使理论知识的学习与实际操作的训练紧密结合,使教学内容更具有针对性,使学生真正做到知行合一。“教、学、做”一体化教学模式可以较好地激发学生的学习兴趣,增强学生的动手能力,同时也使教学内容更具有针对性,使学生真正做到知行合一,对于学生零距离就业有极大的好处。“教、学、做”一体化教学方法具有以下特点:①实践性。在真实或仿真的环境下利用实物、模型或仿真视频,在“做”的过程中“教”,在“做”的过程中“学”,整个过程在实践中进行。②实用性。教学做一体化教学内容可根据职业岗位能力需求设定,即学即用。③自主性。学生能自主、自由地学习,激发了学生的学习兴趣,促进了学生自主创新能力的发展。④注重综合素质的培养。在教学实施过程中,可以最大限度地培养学生的思维能力、观察能力和动手能力,同时形成良好的职业素养。

二、“教、学、做”一体化教学模式实施方案

1.以项目为载体,以实训为手段,融“教、学、做”为一体。将项目驱动法引入单片机教学,就是要结合具体项目,把所要讲授的各项理论知识和实践技能按由浅入深、现学现用的原则分解到一个个具有明确应用目标的任务中。让学生在理论知识的学习中,时刻联系自己的项目所需要的知识点,学习的目的性更加明确,学习更加积极主动。教师选择项目要以理论知识为依据,注重实用性、创新性和前瞻性,既能进一步巩固理论知识,又能训练学生的实践操作,增强学生解决实际问题的能力。引导学生掌握提出问题、分析问题和解决问题的方法,最终让学生通过自己的努力和教师的指导,完成任务。在传统的单片机实验室即可进行单片机项目教学,还可以构建基于Proteus和Keil软件的虚拟单片机实验室,不需额外增加大量的硬件设备。项目教学可分以下几个环节:①分配任务,收集资料阶段。在学期初始,将项目的难易等级分为A、B、C三级,保证每个学生都能真正参与到项目中,并有所收获,如银行自动取款机、交通灯、电子万年等。学生可根据自己的能力差异和兴趣爱好,加入不同等级的项目团队,并到任课老师处填写项目任务书,领取项目。学生根据领取的项目查阅相关资料,选取合适的单片机型号和相关部件。如智能交通灯,硬件包括单片机、发光二极管、数码管或液晶显示器等,选择硬件材料考虑的诸多因素由学生自行解决。②硬件电路搭建。整个项目进程要求学生本着“先硬后软”的思想,先搭建硬件电路图。根据普通教材的教学内容安排,第二章将讲授单片机的内部结构、外部引脚以及构成小型控制系统的设计方法。这一时期引导学生进行硬件电路搭建。③软件编程。当教材内容进入汇编语言指令和编程阶段,具体的软件指令被学生熟知并应用。项目组应进行相应的主功能程序设计。之后是中断、定时计数等内容,再进行相应的辅助功能程序设计。随后进入软件编程。④完成设计进行虚拟仿真。虚拟仿真阶段要利用Proteus和Keil两个仿真软件。在硬件与软件设计过程结束后,先用Proteus软件画出项目原理图,再用Keil C51编写项目驱动源程序并进行编译,产生一个扩展名为.hex的可执行文件。最后把该可执行文件嵌入Proteus软件中的虚拟单片机中去,学生就可以进行仿真调试,从而形成一个基于Proteus和Keil的虚拟单片机实验室。⑤实验室软硬件调试验证。最后重要环节是在实验室进行软硬件调试验证。根据Proteus软件仿真通过的项目电路,在单片机实验箱或实验平台上进行实物连接,并利用下载器或仿真器验证器件功能。若出现故障,小组讨论、查找并排除。实际操作使学生熟悉各种器件的规格、型号及性能,并提高了学生的动手能力。

2.利用课程设计,进一步提高学生的系统开发能力和综合应用能力。课程设计是一种课程形式,也是一种教学方法,其基本教学目的是加深学生对课程基础理论和基本知识的理解与掌握,培养学生综合运用基础理论和技能分析与解决实际问题的实践能力以及勇于探索的创新精神。课程设计内容的设立应与时俱进,注重先进性和开放性,并与学科的前沿技术相结合。突出学生的自主性、主动性,激发学生的创新意识,注重学生设计能力的培养和工程能力的训练。在课程设计的综合性、设计性环节给予学生更多的选择。选题没有固定的要求,只是给出一些提示,学生可以根据自己的设想进行硬件选择、软件设计,达到自己的设计目标。极大地发挥了学生的主观能动性和创新性。

3.以电子设计竞赛为契机开设第二课堂。为了培养学生独立工作能力和实践能力,在人力、物力上积极支持学生开展课外科技活动。实验室开放是开设第二课堂的前提条件。将学校现有的实验室在管理制度上开放,为学生自主实验提供场所及设备。第二课堂的开设以学生的兴趣为出发点,以电子设计竞赛为目标,将第二课堂分为日常活动及竞赛准备两种。日常活动鼓励学生自主设计一些小发明小制作,自行制作印刷电路板。引导学生申请大学生创新项目(UIT)立项,自己找方向、写材料、定方案、开展项目研究。鼓励学生积极参与各种电子设计竞赛,提高创新能力。电子设计竞赛准备阶段要专门抽调教师进行专业指导,以减少学生的盲目性,提高学生的体系化、目标化及竞赛能力,在赛前还组织了参赛队员的集训。

4.与企业建立紧密合作关系,共建实习基地。建设校内生产性实训基地,由学校提供场地和管理,企业提供设备、技术和师资支持,以企业为主组织实训,构建校企联盟,实现学校培养目标与企业需求对接,全面提高学生综合技术应用能力。对某些小型产品,可以带到学校进行组装,既加强学生应用技能的培养,又可为学生勤工俭学创造条件。此外,学院在师资选择方面,突破传统的全职教师模式,广纳社会精英,积极引进企业有经验的“双师型”教师,现任课教师中“双师型”教师已超过20%。单片机原理及应用课程就聘请了某研究所的高级工程师来承担,不仅传授给学生许多实用知识与实践技能,还帮、带、教出了一批中青年教师,极大地提升了这些专职教师的专业技术能力。

5.通过“预就业”,使学生提前进入生产现场。“预就业”培养模式是一种与就业相结合,校企联合培养的开放式教育模式。近年来,学院与山西本省及一些外省企业建立了广泛的合作关系。学生前两年半在学校学习基础课、专业基础课及部分专业课,从第六学期以“预就业”的形式分批进入用人单位,边学习边实习,同时接受学校教师的网上授课与考查。学校的专业课教师借助网络平台,给“预就业”学生提供专业学习指导与考核。经过几年的摸索与实践,现已形成一种较为成熟的培养模式,并且与众多企业建立了紧密合作关系。目前,我院毕业生除了在山西省的企业广泛就业,还有很多学生进人到上海、北京、江苏、内蒙古等多家大型企业。

三、建立综合评价机制

在“教、学、做”一体化教学模式下,需改变传统考核方式,建立综合评价机制,构建能力评价体系。对学生的考核,从注重分数转变成注重能力。期末总成绩由理论考试成绩、实验实训成绩、项目设计完成情况成绩等几个方面共同组成。理论考核仍采用试卷考试形式,但考试内容应体现以能力为本的理念,题型以灵活的选择、判断题为主。不同的实训内容制订不同的考核评价方案。实验实训考核在实训内容的基础之上模仿企业的真实情况进行模拟情景练习,注重过程,按步骤打分。项目设计及完成情况重在除考核个人能力和团队协作能力。

四、结论

“教、学、做”一体化教学模式符合学生的认知规律,能够把复杂的知识直观化、项目化。实践证明,近几年在学校开展项目教学法、第二课堂,改革课程设计的内容和形式,融“教、学、做”三个环节为一体,不仅极大地激发了学生的学习兴趣,缩短了理论教学与实际应用之间的差距,同时也提高学生的综合应用能力和单片机系统开发能力,为学生实现零距离就业创造了良好的条件。

参考文献:

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[2]胡敬朋,王聪.单片机项目教学研究及实践[J].电气电子教学学报,2009,(10):82-84.

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[4]金文,张惠群,陈曦,刘迎澍.微机原理课程设计的改革与实践[J].中国大学教学,2012,(10):49-50.

[5]刘艳莉,孙雨耕,葛宝臻,等.符合工程专业人才培养模式实验教学体系的构建[J].中国大学教学,2010,(4):75-77.

[6]张翠英,温卫中.地方院校应用型人才培养模式研究与实践[J].黑龙江高教研究,2013,(2):154-156.

单片机原理与接口技术范文3

【关键词】微机原理 教学方法

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)36-0204-02

一、引言

随着计算机技术、微电子技术的发展,单片机技术在智能仪器仪表、智能传感器、数据采集与处理、家电和计算机控制系统[1]等领域被广泛应用,工程类专业尤其是计算机应用、电子信息工程、自动化、测控技术与仪表、机电一体化等专业的学生学习和掌握单片机应用技术是十分必要的。在现行的教学体系下,“微机原理与接口技术”课程教学偏重于单片机原理及系统各部件的介绍[2],在系统性方面存在一定的缺陷,使得学生在后续课程学习和毕业设计中应用单片机知识的能力显得比较薄弱[3]。因此,如何激发学生的学习兴趣,培养学生的单片机应用能力,掌握单片机应用技术,就成了当前“微机原理与接口技术”课程教学中亟待解决的问题。

在这几年的“微机原理与接口技术”课程教学实践中,运用系统论的观点,将理论教学和实践教学的改革统筹考虑,不断改进教学方法,实现了课程教学效果的显著提高。

二、教学现状与分析

传统的教学模式中,“微机原理与接口技术”课程按照 “结构”、“指令”、“编程”、“接口应用”的体系进行授课。由于目标不明确,学生普遍反映课程内容庞杂、头绪纷乱、枯燥无味、无所适从,无法形成单片机应用系统的完整概念。另外,“微机原理与接口技术”作为一门综合性、实践性强的课程,课程教学分为理论教学与实践教学两部分,理论教学基本上以讲授方式为主,概念多、内容抽象,并且各部分知识衔接紧密;实践教学多为验证性实验,学生在实验中被动地输入程序、验证结果,其实践能力和创新思维能力不可能得到有效的锻炼,不能达到实验的目的。在课时有限的情况下,教学效果不理想,学生普遍感到难学。

三、课程教学方法探究

针对以上教学中存在的问题,结合学校实际,改进 “微机原理与接口”课程的教学法:以单片机应用为中心,注重培养学生的应用能力,把学习理论与知识应用、实践需求紧密结合起来。

1. 采用计算机辅助教学(CAI)

“微机原理与接口”是一门理论抽象并且实践性强的课程,采用计算机辅助教学(CAI)极大地增加了知识的传授量,并改变了学生获取知识的手段和方法。比如将难理解的芯片内部结构图和时序图用多媒体课件讲解,可以使学生更深刻地领会;单片机系统硬件连接可以利用PROTEL电路CAD绘图软件,教会学生自己绘制原理图并输出PCB电路板,可以调动学生的学习热情,为今后实验课和课程设计打下了基础。实践证明采用丰富多样的计算机辅助教学方式可以激发学生的学习兴趣,让他们体会到单片机应用的方法套路,从而取得好的教学效果。

2.培养和激发学生学习兴趣。

“微机原理与接口”课程对初学者来说比较难学,在教学中利用各种教学手段培养和激发学生的学习兴趣会收到事半功倍的效果。在教学中可经常向学生展示或分析一些我们身边单片机产品,通过剖析系统的结构功能并与授课内容联系起来以培养学生的兴趣。比如分析教学楼的大屏幕显示系统讲解单片机LED显示;分析超市收款机来讲解单片机的液晶显示和事务处理功能等等;此外还可有意识地把一些单片机相关科研项目展示给学生,并鼓励他们参与其中的工作。当然兴趣的培养是一个长期的过程,为此在教学中还可通过组织单片机兴趣学习小组,开展学习竞赛,进行单片机小制作等方式激励学生保持对单片机的持久钻研精神。

3.因材施教,加强师生互动

单片机的知识和技能的掌握不仅需要教师耐心地授课和讲解,更重要的是师生之间的互动学习交流,这样不仅能培养学生的兴趣而且能巩固教学效果。由于学生的基础和接受能力不同,在教学中应因材施教,进行多层次教学。根据学生的能力差异,制定不同的目标,在知识点的难度和深度上进行调整。比如章节授课结束时,要求每个学生提出三个以上的问题反馈给教师,让教师及时了解学生的具体学习状况。对于不同层次不同基础的学生,利用指导和个别辅导的机会,提出不同的要求,提供不同难度的题目,使学生的能力持续提高。教师应密切注意学生在教学活动中的表现,及时对学生做出评价,不断调整,重新分层,以充分挖掘不同层次学生的潜力,这是取得良好教学效果的保证。

4. 培养学生基本的科研能力与创新精神

“微机原理与接口”作为电类和其他相关专业的重要专业基础课,不仅要求注重学习单片机基础知识,而且更要注重培养学生的实践能力、综合应用知识的能力、创造能力。教学过程中,在学生之间组成科研兴趣小组,讲授科研工作如何开展,鼓励学生培养自己甘于吃苦、敢于创新、勇于献身科学的精神。教会学生解决困难的三个办法:首先靠自己去解决,比如到图书馆查阅相关资料、到期刊网查阅文章、上网搜索问题等等;其次到单片机网站、单片机论坛发问题贴等待高手答复;最后实在不行才去请教教师。这样可以培养自己独立解决问题的能力。

三、结束语

通过改进教学方法,不仅提高了学生对单片机的学习兴趣,调动了学生学习的主^能动性,而且丰富了教学手段,提高了教学效果。不少学生反应通过课程学习不仅学到了单片机的知识,更重要的是学到了如何学习钻研的方法,提高了自己的知识应用能力和科研能力。

参考文献:

[1] 陈刚.高职单片机教学的新思路[J].广州交通职业技术学院学报,2006.

单片机原理与接口技术范文4

摘 要:在分析汇编语言和接口技术课程内容与主流机型脱节的基础上,根据目前32位环境下微机技术的教学特点,提出专业基础教学仍应侧重基础原理方面的观点。结合接口技术课程实验多年的教学经验,引导学生建立对微机系统底层探索的兴趣,实践表明,这种方式在汇编语言编程与接口技术实验方面取得了很好的效果。

关键词:汇编语言;接口技术;专业基础;学习能力

作者简介:孙丹岭,女,工程师,研究方向为计算机专业实验教学;蒋方炎,男,高级工程师,研究方向为计算机专业实验教学。

微机技术飞跃发展,制造工艺水平飞速提高,计算机新技术日新月异。因此,学生要在学校的课程中学到所有微机的最新技术和知识是不现实的,对此,大学的一些课程内容主要定位在学习基础原理上。汇编语言和接口技术课程是一门专业基础课程,它对微机系统底层的探究是最直接的。本文就如何把握好基本原理与新技术之间的关系、如何使学生打好基础又掌握深入学习能力、既实现知识更新又提高应用能力等问题进行探讨。

1 实验方向的选择思路

微机技术的快速发展,80×86系列的接口芯片已难觅踪影。以80×86系列为背景的接口原理课程与当前32位的微机环境严重脱节,课程内容不能满足学生要求。但是,应该明确的是接口原理课程基础课程的学习内容应是原理性的,是专业课程学习的基础。如何使经典的基础原理与日益发展的芯片技术协调配合,正是当前该课程教学面临的困难和任务。实验课程的学习是对微机系统底层知识最直接的探究过程,要想对系统有更高更深的掌握,就必须学习和掌握好汇编语言和接口技术。因此,我们仍然以最基本的接口原理技术入手,由浅入深,逐步引导学生学会和掌握系统的基本原理,通过编程实现对系统的控制,感性地理解微机硬件系统的工作原理。

1.1 突出基本原理

注重原理的普遍性。目前的高校学生已很少有人愿意学习20世纪80年代陈旧的MS-DOS 体系结构、命令和传统的命令行或文本画面操作,随着传统16 位微机原理已为支持多任务、多用户的32 位原理所代替,16 位ISA 总线已从市场淘汰,32/ 64 位PCI 总线作为主要的接口总线代替了ISA总线,进入32 位接口方式。现在,PC 微机对外部设备扩展的接口主要是PCI总线和USB 总线接口, 所以在32 位微机实验教学中进行有关PCI总线和USB 总线接口扩展应用的教学内容是必要的。兼顾教学需要,我们在教学大纲和教学内容中引入32 位微机基础理论,实验部分保留易于理解掌握的16 位总线系统。怎样通过PCI、USB总线挂接设备, 就成为微机接口技术实验教学的高级部分,如PCI总线的资源如何获取、如何打开通道等。

在8086/8088 CPU系统中,为了说明基本原理需要一个依托、一个平台,我们需要针对原理性课程的需要设计实验内容。如并行端口可以是一个设定地址的寄存器,也可以是一个专用芯片,以便从端口原理的角度去理解它的硬件设计及编程驱动方法;又如中断是微机原理中的重要概念,但在不同系统中的中断机制是不完全相同的,需要根据系统的中断向量和返回方式的进行处理。

另外,从具体实验效果看,实验教学从16 位微机系统与接口技术过渡到32 位,可以使学生既了解当代操作系统的底层原理,也可以使实践教学内容贴近当前微机发展的实际内容,这样做不仅提高了教学层次,还可以提高师生科研和开发水平,为日后解决现代微机应用开发中存在的关键技术问题打下了坚实的基础。

1.2 培养学习和创新能力

接口技术课程是一门动手性及实践性很强的计算机课程。在科学技术日益发展的今天,社会需要很多既具备软件编程能力,又了解硬件知识的复合型人才。学好这门课程, 将会为学生后续计算机开发应用打下坚实基础。因此,我们要充分重视学习过程中的实验环节, 只有经过实践才能加深对理论课的学习和理解, 提高分析问题和解决问题的能力。对此,我们应在以下三个方面进行努力。

1) 引导学生学习。实验安排由浅入深、循序渐进。编程初始,训练学生掌握汇编语言的格式,逐步熟练汇编语言编程的技巧和方法。在实验开始前,先讲解解读硬件的实验设计思想以及芯片初始化和驱动的方法,用最直接的DEBUG监控命令练习基本的输入输出指令,以得到感性的理解,由此学习一般的硬件设计思想。通过多个芯片的多次讲解,使学生逐步掌握硬件系统的设计思路,并使能力强的学生掌握在遇到新的电路系统时,凭借手册等资料就能设计编程的能力。

2) 提高分析研究的能力。汇编语言的调试相对于高级语言要困难得多,调试工具较少,手段较低,许多程序要在监控命令下调试完成。但我们鼓励学生尽量在监控下进行调试,因为通过监控命令能全面地掌握系统的运行状态,遇到问题时用单步指令运行的方式,能精准地发现问题所在,进而找到解决问题的方法,并能更深刻地掌握汇编语言和硬件的性能,同时培养分析研究和解决问题的能力。如中断程序的调试,在Windows 环境下的中断实验比起DOS 环境下要复杂得多,由于中断控制芯片8259是系统相关的,不能在系统的保护模式下运行,调试最为困难,稍有错误就可能死机,要重新启动,费时费力。我们引导学生将问题分步解决。首先完成最基本的中断程序框架,在此基础上逐步增加其他的功能,分步调试,将问题细分解决。如果问题比较复杂,需要用单指令运行来监控程序状态,而硬件中断级别较高,不支持单指令中断,此时可将中断程序暂时设置成子程序,以子程序调用的方式来进行单步监控分析。在指导学生实验的过程中,引导学生积极思考,努力提高学生的分析研究能力。

3) 培养创新能力。在掌握基础实验的基础上,设计一些有具体要求的小系统实验。学生可以按老师的设计实验,也可以按自己的设计来完成实验,这样做既发挥了学生的创新能力,激发了学生的学习兴趣和主动性,又使得实验课程不再乏味。

2 实验的设计

我们的实验教学安排是与“汇编语言与微机接口技术”课程的教学进程相配合的,即根据课程的进度安排实验。课堂知识是实验讲解必要的基础,它也能使学生真正理解和掌握课堂上学的理论知识。课程前期教学是汇编语言,后部分是接口技术。因此,我们在实验前期安排了一些与系统接口有关的、有趣的汇编语言编程小实验,如最基本的键盘输入输出实验、屏幕的字符显示、全屏显示控制、PC机的发声控制,等等,以此让学生体会汇编语言的细致之处,使学生逐步掌握和熟悉汇编语言,掌握相关的DOS及BIOS的调用方法。对于目前习惯于高级语言的学生来说,这需要一个过程。

我们的接口实验设备是长沙胜西电子有限公司研制的SXL-100接口实验仪,它是由32位PCI总线扩展开发的,通过总线桥电路的控制将总线转换成16位低速总线来驱动接口电路的。因此,我们安排了32位环境下如何获取PCI资源的实验,使学生学会资源通道和端口的使用,同时为后续实验打好基础。对能力较强的学生可引导其进一步深入学习桥电路控制器的意义及其控制原理,以加深对系统的理解。

当理论课进程到接口芯片原理时,我们开始相应的硬件编程实验。

对于接口电路的实验,我们首先设计一些基本的、实现芯片单一功能的小实验。如简单的寄存器并行口、定时器等。讲解是从实验的角度入手,主要是选址设计、选片内寄存器和驱动。实验设计为在输入输出端连接开关或发光管,编程驱动端口时,能直接观察到工作状态,这样做能调动学生的学习兴趣。

课程学完一个芯片,做一个完整的芯片功能验证性实验,如并行口8255芯片。开始调试芯片时,可先借助DEBUG的I/O端口输入输出指令直接控制芯片,观察输入输出状态,确保芯片工作正常。在理解了控制芯片工作的基础上,设计一个开关矩阵组成的并行口键盘,通过对并行端口状态的设置及其状态不断变化的判断,编程完成一个键盘的设计。通过这个实验,能使学生较熟练地掌握并行口的使用。

中断课程讲解后,我们就可利用8255的工作方式1进行实验设计,将A、B端口分别设置成输入输出,并使输入或输出为中断方式来将输入的数据输出。这种方式可使两互传数据的设备不丢失数据,由此使学生学习理解一种可靠的数据传送方式原理。

我们还设计安排多个功能结合的实验,如硬件接口电路实验主要有定时器、并行口、串行口、中断,以及这些器件的应用电路实验,如A/D转换、D/A转换、步进电机、直流电机等。学生可按老师的要求做,也可自行设计完成达到同样要求的实验。如将发声实验与并行口键盘实验结合起来完成一个电子琴实验、并行口键盘与其驱动的步进电机组成一个可控的步进电机实验、并行口显示电路与定时器组成电子钟实验,等等,学生可以自由发挥,可用不同的编程方式,也可以添加或改进各种功能,或完成难度更大、更感兴趣的实验。

事实上,每一届学生进行实验时,我们都会根据当届学生学习的具体情况,对实验进行一些适当的调整,以提高学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,使实验达到最佳效果。如果时间允许,我们在学期的后期,安排少数学生在可编程门阵列FPGA实验台Spartan-3上做一些接口电路的设计实验,如简单的PS2键盘接口设计、简单的LCD显示控制等,尽量满足有能力有兴趣学生的学习需求。

3 结语

接口技术是一个复杂的综合性领域,涉及到多门课程甚至于多项学科的基础知识,只有掌握了宽泛的知识,才能真正学好。它需要教师在教学中积极引导,帮助学生开拓思路,不断探索新方法。微机技术与设备在不断地发展,教师要密切关注当前最新技术,适时补充当前技术中较新的内容,适当更新实验设备,从而培养出适应时展的优秀学生。

参考文献:

[1] 马旭东,顾群,陈正纲,等. 32位环境下微机原理与接口实践教学改革探讨[J]. 电气电子教学学报,2006(8):5-9.

[2] 戴梅萼,史嘉权. 微型计算机技术及应用――从16位到32位[M]. 2版.北京:清华大学出版社,1996.

[3] Barry B.Brey[美]. Intel微处理器全系列:结构、编程与接口[M]. 5版.金惠华,艾明晶,尚利宏,译. 北京:电子工业出版社,2001:639-642,798-844.

[4] 罗云彬. Windows环境下32位汇编语言程序设计[M]. 北京:电子工业出版社,2002.

[5] 夏宇闻. 复杂数字电路与系统的Verilog HDL设计技术[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,1998.

Discussion on Experimental Teaching in Assembly Language and Interface Technology

SUN Danling, JIANG Fangyan

(College of Computer Science, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

单片机原理与接口技术范文5

【关键词】单片机 接口技术 特点 应用设计

接口指的是具有不同特性的部件在一起交互交接的部分。对于单片机来说,它的接口就是CPU与其他电路以及部件来进行交接的。而接口又可以分为软件部分和硬件部分。接口的软件部分指的是为了实现信息的交换而进行设计的程序;解救的硬件部分就是指连接两个实体部件的连线以及逻辑线路。在我国目前所掌握的技术条件下来看,要想实现硬件部分的对接,就一定要得到其相应的软件接口的支持才可。

1 单片机接口技术的特点

由于单片机本身就已经具备了部分常用的功能部件,并且主要面向测控系统,所以,单片机的接口与通用计算机接口技术相比具有以下三方面的特点。

第一,单片机的接口设计更加侧重于测控接口和人机接口。一般常用的危机的人机界面都是用的是标准键盘和显示器,它与单片机的人机接口相比显得更加复杂,但是却又更加多的功能。由于PC机本身的键盘属于一个单片机系统,能够对100多个键同时进行扫描,还有消除抖动以及重键处理等方面的功能。除此以外,一般的通用计算机并不能够面向测控应用,所以不具备测控接口的功能;要想其能够进行测控应用,就必须要增加扩展板。

第二,一般单片机的接口是由用户自己进行设计的,并且一般没有统一的标准和规格。即使是同一种功能的单片机接口也能够采用不同的设计方案。但是一般通用微型计算机的接口都是在之前已经设计好的,用户只能够选择其不同的功能,并不能够根据自己的喜好来进行设计。所以,对于单片机的设计需要加入更多的技巧和经验。

第三,一般单片机应用系统的规模相对来说都比较小,并且也没有足够大的存储容量。所以,单片机的应用系统基本不采用大容量的存储器,一般也都只使用静态的存储器,而很少使用动态的存储器。此外,单片机应用系统也较少使用软盘、硬盘之类的外部存储器。但是在通用的微型计算机中,大部分采用的都是大容量的动态存储器,并且使用的外部存储器也都是类似于软盘和硬盘等的大容量存储器。

2 单片机接口技术在PS/2上的应用

PS/2是一个出现比较早的输入接口,其接口技术和开发技术也都比较成熟,可是这种成熟的技术并不是被大众掌握的,而仅仅掌握在一部分的主板开发商以及鼠标键盘的开发商手中。并且我们也很难找到PS/2协议方面的官方参考资料。PS/2鼠标与键盘都需要履行双向同步串行的协议,也就是只要数据线上发出了一个数据,同时在时钟线上打出一个脉冲就能够被PS/2读入。同时,键盘和鼠标既能够把数据发送到主机上,也能够接收到主机发过来的数据,但是在总线上具有优先权的是主机,主机只用把时钟拉低,就能够在任何时候都能够阻断键盘或者鼠标的通讯。并且在数据的传输过程中,时钟一直都是由设备提供的,即使主机想通过设备来发送数据,也需要提前告诉设备,让设备产生一个可以利用的时钟信号。

2.1 PS/2接口硬件结构的基本设计

PS/2的接口能够与单片机进行直接连接,只需要把单片机中的VCC与GND两个接口分别与PS/2中的4号与3号针脚进行连接,就能够实现设备的供电。如果把P2.0与P2.1的接口与PS/2的1号与5号接口进行针脚的连接,就能够数显数据线与时钟线的单片机与PS/2的信号传输。

如果在单片机的引脚上连续按P2.2至P2.7六个键,就能够来模拟鼠标的上下左右移动,也能够模拟鼠标的左右键。用这个模块就能够测试出PS/2接口的基本功能。要想调试和测试其相关的内容,就需要通过P1接口上的八个发光二极管来调试。而通过P3.0至P3.1的接串口模块,就能够实现单片机与PC机接口的通信,也可以用这个模块来进行扩展与测试。

2.2 PS/2接口的软件结构设计

PS/2的接口设备软件主要是由以下六个部分组成,笔者在此介绍每个模块不同的功能。第一,PS/2接口驱动模块能够实现PS/2接口对接的基本操作,能够像PS/2接口发送一个字节的数据,也能够接收一个字节的数据;第二,reset的模式处理模块能够完成reset相关的模式操作;第三,stream的模式处理模块能够完成stream相关的模式操作,并且能够发送一个完整的函数;第四,显示处理模块能够提供调试以及测试方面的显示函数;第五,按键处理模块,能够通过上面的六个按键来模拟鼠标上下左右的移动以及左右键,如果按下了某一个键,就能够产生与之对应的鼠标数据,并且能够通过按键来调用stream模式中的数据函数,然后通过数据包将数据函数发送给主机;第六,主程序模块能够协调接口设备中各类模块的稳定运行。

2.3 PS/2的鼠标接口设备状态的转换

通过对PS/2是鼠标实际应用,我们可以了解到:当鼠标的上电达到一定的时间以后,主机就能够像鼠标发送信号,同时鼠标上的电机也会随即进入到reset模式。在这个模式之下,主机可以对鼠标进行一些配置的检测。当主机进入到了重新启动或者休眠唤醒的状态下时,也能够使鼠标进入到reset模式。而在stream模式之下,设备就能够向主机发送一些鼠标的数据,并且在这个时期,主机可以短暂的抑制鼠标的数据发送。

3 结束语

综上所述,本文总结了单片机接口技术与通用计算机接口技术的不同点,主要包括人机接口、控制接口、是否是用户自行设计、系统的规模与储存容量等方面进行了对比;同时分析了单片机接口技术的硬件结构设计、软件结构设计以及鼠标接口设备的状态转换,通过这些方面对单片接口技术做出了详细的论述,望对广大读者有所帮助。

参考文献

[1]丁保华、张有忠、陈军、孟凡喜.单片机原理与接口技术实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2010(01).

[2]徐丽媛.单片机接口技术概述[J].计算机光盘软件与应用,2011(24).

[3]孙景祥,李欣.单片机接口技术的特点与应用设计[J].科技传播,2011(11).

作者简介

刘爽(1986-),女,汉族,吉林省白山市人,吉林省林业技师学院教师,助理讲师。研究方向:电气工程及其自动化方面教学。

单片机原理与接口技术范文6

【关键词】电网;监控系统;通信;分站;采集器

0.前言

对煤矿来说,任何时刻地突然停电都会危及安全、生产和煤矿的经济效益,科学供电,合理用电就意味着降低生产成本,提高经济效益。特别是井下供电比较复杂,为保证安全供电,各种高压开关装置都装有漏电和短路保护,而一旦出现线路故障,首先引起高压开关掉电,影响生产,况且由于保护设备质量的不完善性,还易发生误掉电。无论如何,掉电后必须由人工送电。由于井下变电所的特殊性,很少有人值守,加之距离较远,当值班人员发现掉电到去送上电,往往需要很长时间。另一方面,为便于供电管理人员的科学管理,实时了解某路负载的电流、电压、功率等参数也是非常重要的。而本文介绍的井下变电所高压供电监控系统就能在实时监测显示各路负载用电参数的同时,实现地面计算机遥控井下变电所高压真空开关分、合闸,即实现地面计算机遥控断、送电,基本上可以解决上述问题,并通过兖矿集团公司科技处的验收。

1.系统结构及工作原理

本系统的监控对象就是变电所里的高压真空开关,是相对集中的地方,但变电所之间距离往往相距甚远,所以系统具有集散型的特点,在设计系统时就采用集散型计算机监控系统。系统中心计算机放在地面值班室。井下变电所设一台分站,分站再与被监控高压开关装置内的智能采集器连接,采集器完成对电流、电压、功率等传感器信号的采集和输出控制信号。

系统工作原理:

在系统第一次运行时,系统计算机需根据系统所接分站和每台分站所接各智能采集器进行“系统定义”,即定义计算机共接了几台分站,每台分站的地址号是什么?每台分站连接了多少个智能采集器?且智能采集器的地址编号是什么?计算机的定义必须与实际相连接的设备相符,否则,计算机测不到数据。

定义完了分站和智能采集器以后,再执行“初始化”,在执行初始化成功后,即可进入“实时监控”,计算机运行后台实时通信程序,依次将各分站及各分站所接智能采集器采集到配电开关装置内的电流、电压、功率、开合状态等采集回来显示在系统主画面上,并随时根据需要,对某一配电开关进行人工分、合闸操作。

2.硬件设计

2.1通信接口设计

系统选用了当前技术比较先进,性能比较好,适于工业现场使用的现场总线CAN BUS。CAN现场总线技术是德国BOSCH公司于80年代初为解决现代工业中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发,目前已逐步应用到其它领域的一种符合国际标准的串行数据通信协议。CAN的主要技术特点有:对等网络结构,采用非破坏性总线仲裁技术,每一帧信息都有CRC校验及其它检错措施,通信误码率低,通信距离达10千米(5KB/S),通信速率最高可达1MB/S,节点数目实际可达110个,通信介质采用双绞线,也可用光纤。

2.2分站的设计

分站的作用是提高系统采集数据的速度和缩短系统巡测周期,从而提高系统的整体性能,在整个系统结构中起着承上启下的作用。它还能脱离主机独立工作。

本分站采用双单片机(1)。单片机Ⅰ专用来控制智能采集器(设计容量为16,可以扩展)。单片机Ⅱ专用于同地面计算机通信。两单片机独立工作,双方通过一只双口RAM数据存储器进行数据传递和交换。双口RAM的作用是能允许两只单片机同时对其读写操作,但不允许两单片机同时对同一存储单元进行写操作,这可通过两只单片机连接两根握手线来控制。

单片机Ⅰ与智能采集器的通信方式为485,单片机Ⅱ与地面计算机(经过RS232通信接口)的通信方式为CAN总线。

掉电不丢失EEPROM是用来保存地面计算机对分站的初始化常数,主要是分站所接各智能采集器的个数和地址。

分站工作原理:

单片机Ⅱ上电后先从EEPROM中读取已定义的常数,然后写到双口RAM的特定地方,写完后就等待地面计算机发来的控制指令,按照不同的控制指令对双口RAM进行读写操作。如果单片机读到的常数,经判断后不是计算机定义的一组有规律的数(如分站为第一次上电或更换新的EEPROM),则单片机进入等待状态,等计算机进行初始化操作。当单片机收到计算机定义的常数时,先将其保存到EEPROM中,等待以后上电或复位后使用,然后再写到双口RAM的特定地方。

2.3智能采集器的设计

智能采集器的作用是在高压配电开关内部采集系统需要的电流、电压、有功功率、真空开关的开合状态等电参数。同时执行地面计算机发来的“复位”,“合闸”,“分闸”控制等操作。

电流、电压、有功功率传感器均选用了0~5V的模拟输出方式,电流传感器的输入范围交流0~5A,电压传感器的输入范围交流0~100V ,有功功率传感器选用了三相三线制输入方式,即A、C相电流和A、B、C相电压。A/D转换器我们选用新型具有11路0~5V输入,串行数据输出,分辨率为12位的模数转换器TLC2543。该芯片具有精度高,转换快,操作简单等特点。RS485通信电路是采集器单片机与分站通信接口部分(2),单片机和采集器是相对独立工作的,无论通信电路通不通,或是能否受分站单片机的控制,它都循环不断地采集传感器的输入信号和读真空开关的开、合状态,并放在内部的数据缓冲区,也可由专用显示器显示。

3.系统关键技术

3.1通信

通信是计算机间的相互交换数据。没有数据通信,就构不成计算机应用系统,所以通信在计算机应用系统中是非常重要的部分,尤其在远距离通信系统中,是首先要考虑的部分。通常为了系统工作可靠,往往投入巨资敷设光缆。

3.2智能采集器的设计

设计的智能采集器除了满足系统监测监控的需要外,还必须具有体积小,耗电少,功能强,工作可靠等特点。不仅实现在线监测,还能在线控制,具有远方遥控的功能。它的连线也很关键,必须保证与原有高压真空开关内的综保电路和控制执行机构保持各自独立工作,这是系统设计时的重点考虑内容。控制输入输出接口也都采用了无源接点,在电气上实现了隔离。

3.3系统的分、合闸功能

为实现系统的远距离分、合闸,从计算机操作、通信到采集器执行控制动作进行了综合考虑和设计,采取了密码操作、专线传输、实时监测、定时中断、安全退出等技术措施。

3.4分站的双向通信

分站的主要功能是实现双向通信。目前市场上出现的绝大部分单片机只具有一个串行口,如采用一个串行口实现双向通信,无法满足系统实时监控的需要,如果扩展串行口,会分散或占用单片机过多的工作时间,影响分站或单片机的工作性能,为彻底解决分站双向通信的问题,设计了双单片机结构,并选用一片双口RAM(随机存储器)进行数据暂存和缓冲,两只单片机各自独立工作,互不影响。同时分站将以最快的通信速度把变电所内所有采集器的数据同时传给地面计算机,从实际使用效果来看是非常理想的。

【参考文献】