序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇接口技術(shù)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

MSP430超低功耗微處理器是TI公司推出的一種新型單片機(jī)。它具有16位精簡指令結(jié)構(gòu)，內(nèi)含12位快速ADC/SlopeADC,內(nèi)含60K字節(jié)FLASHROM，2K字節(jié)RAM，片內(nèi)資源豐富，有ADC、PWM、若干TIME、串行口、WATCHDOG、比較器、模擬信號，有多種省電模式，功耗特別小，一顆電池可工作10年。開發(fā)簡單，仿真器價格低廉，不需昂貴的編程器。

MSP430其特點有：1.8V～3.6V低電壓供電；高效16位RISCCPU可以確保任務(wù)的快速執(zhí)行，縮短了工作時間，大多數(shù)指令可以在一個時鐘周期里完成；6微秒的快速啟動時間可以延長待機(jī)時間并使啟動更加迅速，降低了電池的功耗。MSP430產(chǎn)品系列可以提供多種存儲器選擇，簡化了各類應(yīng)用中MSP430的設(shè)計；ESD保護(hù)，抗干擾力特強(qiáng)。與其它微控制器相比，帶Flash的微控制器可以將功耗降低為原來1/5，既縮小了線路板空間又降低了系統(tǒng)成本。

MSP430具有如此多的優(yōu)點，可以預(yù)測在今后會有廣泛的應(yīng)用。但是目前仍有許多5V電池的邏輯器件和數(shù)字器件在使用，因此在許多設(shè)計中3V（含3.3V）邏輯系統(tǒng)和5V邏輯系統(tǒng)共存，而且不同的電源電壓在同一電路板中混用。隨著更低電壓標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn)，不同電源電壓邏輯器件間的接口問題會在很長一段時間內(nèi)存在。本文討論MSP430與單片機(jī)中最常用的LSTTL電路、CMOS電路及計算機(jī)HCMOS電路的3V和5V系統(tǒng)中邏輯器件間的接口方法。理解這些方法可避免不同電壓的邏輯器件接口時出現(xiàn)問題，保證所設(shè)計的電路數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1邏輯電平不同，接口時出現(xiàn)的問題

在混合電壓系統(tǒng)中，不同電源電壓的邏輯器件相互接口時會存在三個主要問題：第一是加到輸入和輸出引腳上的最大允許電壓的限制問題；第二是兩個電源間電流的互串問題；第三是必須滿足的輸入轉(zhuǎn)換門限電平問題。器件對加到輸入腳或輸出腳的電壓通常是有限制的。這些引腳有二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過高，電流將會通過二極管或分離元件流向電源。例如3V器件的輸入端接上5V信號，則5V電源將會向3V電源充電，持續(xù)的電流將會損壞二極管和電路元件。在等待或掉電方式時，3V電源降落到0V，大電流將流到地，這使總線上的高電平電壓被下拉到地。這些情況將引起數(shù)據(jù)丟失和元件損壞。必須注意的：不管是在3V的工作狀態(tài)或是0V的等狀態(tài)都不允許電流直接流向Vcc。另外用5V的器件來驅(qū)動3V的器件有很多不同情況，各種電路間的轉(zhuǎn)換電平也存在不同情況。驅(qū)動器必須滿足接收器的輸入轉(zhuǎn)換電平，并要有足夠的容限保證不損壞電路元件。

2可用5V容限輸入的3V邏輯器件

3V的邏輯器件可以有5V輸入容限的器件有LVC、LVT、ALVT、LCX、LVX、LPT和FCT3等系列。此外，還有不帶總線保持輸入的飛利浦ALVC也是5V容限。

2.1ESD保護(hù)電路

3V器件可以有5V的輸入容限。一般數(shù)字電路的輸入端都有一個靜電放電（ESD）保護(hù)電路。如圖1（a）所示，傳統(tǒng)的CMOS電路通過接地的二極管D1、D2對負(fù)向高電壓限幅實現(xiàn)保護(hù)，正向高是則由二極管D3箝位。這種電路為了防止電流流向Vcc電源，最大輸入電壓被限制在Vcc+0.5V。對Vcc為3V的器件來說，當(dāng)輸入端直接與大多數(shù)5V器件輸出端接口時允許的輸入電壓太低大多數(shù)3V系統(tǒng)加到輸入端的電壓可達(dá)3.6V以上。有些3V系統(tǒng)可以使用兩個MOS場效應(yīng)管或晶體管T1、T2代替二極管D1、D2，如圖1（b）所示。T1、T2的作用相當(dāng)于快速劑納二極管對高電壓限幅。由于去掉了接到Vcc的二極管D3，因此最大輸入電壓不受Vcc的限制。典型情況下，這種電路的擊穿電壓在7～10V之間，因此可以適合任何5V系統(tǒng)的輸入電壓。

由上述分析可知，改進(jìn)后具有ESD保護(hù)電路的3V系統(tǒng)的輸入端可以與5V系統(tǒng)的輸出端接口。

2.2總線保護(hù)電路

總線保護(hù)電路就是有一個MOS場效應(yīng)管用作上拉或下拉器件，在輸入端浮空（高阻）的情況下保護(hù)輸入端處于最后有效的邏輯電平。圖2（a）中的電路為一LVC器件總線保護(hù)電路，采取改進(jìn)措施而使其輸入端具有5V的容限。其基本原理如下：P溝道MOS場效應(yīng)管具有一個內(nèi)在的寄生二極管，它連接在漏極和襯底之間，通常源極與襯底是連在一起的，這就限制了輸入電壓不能高于Vcc+0.5V?，F(xiàn)在的措施是用常閉接點S1將源極與襯底相連，當(dāng)輸入端電壓比Vcc高0.5V時，比較器使S2閉合，S1斷開，輸入端電流不會通過二極管流向Vcc而使輸入具有5V的容限。圖2（b）是LVT和LAVT器件總線保持電路的例子。這種電路用了一個串聯(lián)的肖特基二極管D，消除了從輸入到Vcc的電流通路，從而可以承受5V輸入電壓。對于3V的總體保持LVC、LVT和ALVT系列器件可以承受5V的輸入電壓。但對于3V的ALVC、VCX等系列器件則不能，它們的輸入電壓被限制在Vcc+0.5V。

圖3是用于3VCMOS器件輸出電路的簡化形式。當(dāng)輸出端電壓高于Vcc+0.5V（二極管壓降）時，P溝道MOS場效應(yīng)管的內(nèi)部二極管會形成一條從輸出端到Vcc的電流通路。這種電路在與5V器件相接時需要加保護(hù)電路。

圖4是一種帶保護(hù)電路的CMOS器件輸出電路。當(dāng)輸出端電壓高于Vcc時，比較器使S1開路，S2閉合，電流通路消失。這樣在三態(tài)方式時就能與5V器件相接。

2.3biCMOS輸出電路

LVT和ALVT器件的biCMOS輸出電路如圖5所示。它用雙極NPN晶體管和CMOS場效應(yīng)管來獲得輸出電壓擺幅達(dá)到電源電壓的要求。電流不會通過NPN雙極晶體管回流到Vcc，但在P溝道MOS場效應(yīng)管中的內(nèi)在二極管仍然會形成一條從輸出端到Vcc的電流通路（為了簡化，圖5中沒有畫出該二極管）。因此這種電路不能接高于Vcc的電壓。

對圖5電路所加的保護(hù)電路如圖6所示。增加了反向偏置的肖特基二極管，用以防止電流從輸出端流到Vcc。圖6中的輸出端與5V驅(qū)動器共用一條總線。在三態(tài)方式時，電路可以得到保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)總線爭奪即兩個驅(qū)動器都以高電平驅(qū)動總線時，比較器將P溝道MOS場效應(yīng)管斷開。當(dāng)3V器件處于等待方式而3V電源為0時，比較器和肖特基二極管可以起保護(hù)作用。

3接口電路的有關(guān)參數(shù)

了解了3V器件為什么具有5V容限后，在MSP430與LSTTL、HCMOS、CMOS電路實現(xiàn)相互聯(lián)接之間，要先了解各種電路和器件的參數(shù)，如表1所示。

表1各種電路和器件參數(shù)

參數(shù)

電路電源電壓范圍輸入電平輸出電平

V（V）VIH（V）VIL（V）VOH（V）VOL（V）

LSTTL4.5～5.520.82.70.4

CMOS3～18（取Vcc=5）3.51.54.50.5

HCMOS2～63.515.20.4

MSP4301.83.60.8Vcc0.2VccVcc-0.60.6

ALVT系列3.3或2.51.70.82.00.2～0.55

LVC系列1.65～5.50.7Vcc0.3Vcc2.7～5.50.1～0.55

4接口實現(xiàn)

不同電源電壓的邏輯器件相互接口時存在的主要問題是邏輯信號電平的配合問題，就是前級電路輸出的電平要滿足后級電路對輸入電平的要求。此外還有負(fù)載電流的配合問題，即前級電路的輸出電流應(yīng)大于后級電路對輸入電流的要求，同時不應(yīng)造成器件損壞。還有就是在高速或有嚴(yán)重干擾的場合，必須考慮接口對系統(tǒng)和抗干擾性能帶來的不良影響。這里主要討論邏輯信號電平的配合問題。因為對于負(fù)載電流配合問題只是一個帶負(fù)載能力。而抗干擾問題則用本文中提到的方法都可以忽略。

4.1LSTTL-MSP430

如表1所示，LSTTL電路的高電平輸出電壓VOH約為2.7V，MSP430的高電平輸入約為0.8VCC，LSTTL電路的低電平輸出電壓VOL約為0.4V，MSP430的低電平輸入電壓VIL的0.2VCC。如果0.8Vcc小于2.7V且0.2Vcc大于0.4V時，不存在邏輯信號電平的配合問題，可以直接連接。如果0.8Vcc大于2.7V或0.2Vcc小于0.4V時，就出現(xiàn)了邏輯信號電平的配合問題。為了增大LSTTL電路的輸出高電平，利用TI公司的LVC系列。從表1中可以看到LVC系列產(chǎn)品的高電平輸出電壓和低電平輸出電壓都符合要求。

4.2CMOS-MSP430

在接口時使CMOS和MSP430使用同一電源，例如3V電源可以直接驅(qū)動。如果實際情況不允許，則根據(jù)1表，通過ALVT系列的器件就可以實現(xiàn)CMOS驅(qū)動MSP430。

4.3HCMOS-MSP430

同上述CMOS分析一樣，同樣選用ALVT來驅(qū)動MSP430。

4.4MSP430驅(qū)動LSTTL、CMOS和HCMOS

MSP430的輸出引腳（P0.x、P1.x、P2.x、P3.x、P4.x、Oy）都有規(guī)定的外接電阻。外接電阻的大小取決于電源電壓Vcc的大小。如果輸出電流比規(guī)定的要大，就需要輸出驅(qū)動器。圖7所示為限制MSP430輸出電流的電阻最小值。設(shè)計以Vcc=3V，通過這些器件可以驅(qū)動需要大電流的LSTTL、HCMOS和CMOS電路接口。

5兩種電平移位器件

5.1雙電源電平移位器74LVC4245

74LC4245是一種雙電源的電平移位器，如圖8所示。5V端用5V電源作為Vcc(A)，而3V端則用3V作為Vcc(B)。它的功能類似于常用的收發(fā)器74LVC245，所不同的是用兩個電源而不是一個電源。74LVS4245的電平移位在其內(nèi)部進(jìn)行。雙電源能保證兩邊端口的輸出擺幅都能達(dá)到滿電源幅值，并且有很好的噪聲抑制性能。因此該器件用來驅(qū)動5VCMOS器件是很理想的。缺點是增加了功耗。

篇（2）

1引言

《計算機(jī)接口技術(shù)》課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，是大學(xué)本科生掌握計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識和常用接口技術(shù)的入門課程[1]。課程由微型計算機(jī)工作原理和微處理器、匯編語言程序設(shè)計、常用接口技術(shù)三個部分組成。該課程目的使學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí)，掌握計算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成，建立起整機(jī)概念，并培養(yǎng)學(xué)生具有一定的獨(dú)立分析和解決問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及將來的工作奠定堅實的基礎(chǔ)。但由于本門課程是一門實踐性很強(qiáng)的課程，并且具有知識點多、概念抽象、理論性強(qiáng)等特點，學(xué)生掌握起來并非易事，就以往學(xué)生的反應(yīng)，此門課程學(xué)習(xí)難度大，知識不易理解，普遍存在“重軟件、輕硬件”的現(xiàn)象，大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，動手實踐能力的培養(yǎng)也受到很大的限制，如何能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，是需要解決的問題，筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗和教學(xué)實踐，在實驗教學(xué)過程中進(jìn)行了一些教學(xué)改革的初步探索。

2引用

proteus仿真軟件Proteus嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺是英國labcenterelec⁃tronics公司開發(fā)，是目前世界上最先進(jìn)、最完整的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與仿真平臺。它包括原理圖編輯與仿真軟件包isis和布線編輯軟件包ares兩部分組成。Proteus7.5SP3及其以上版本新增對8086CPU及其相關(guān)接口芯片的仿真。硬件實驗設(shè)備由于結(jié)構(gòu)固定、資源有限且成本高、損耗大以及壽命低等缺點，pro⁃teus的引用對于改善教學(xué)實驗環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識的求知欲，以及學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，是一個不錯的選擇，此外，學(xué)生只要在自己的電腦上安裝proteus軟件后，可以不受時間和空間的限制，進(jìn)行設(shè)計仿真操作，既節(jié)約了成本，又能充分發(fā)揮學(xué)生自己的思維和想象，對實驗教學(xué)來說是一個課堂的延伸[2]。對于8086來說，將其編寫好的源程序可通過外加EMU8086編譯器生成.exe文件，然后在proteus上進(jìn)行仿真，達(dá)到教學(xué)目的。Proteus的引用不僅可在實驗教學(xué)上使用，也可在理論教學(xué)中使用，教師可以在課堂上邊講理論知識，邊進(jìn)行教學(xué)演示，直觀形象，使學(xué)生對生澀難懂的知識進(jìn)行有效的消化、吸收，是教學(xué)的有力的輔助工具。實踐證明，引用proteus，達(dá)到了提高教學(xué)效果的目的，更加利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。Proteus是教學(xué)的一個有利的補(bǔ)充，但它只是一個仿真軟件，不能完全代替實物實踐，仿真實驗和實驗箱上的實驗還是有區(qū)別的，由于實際電路運(yùn)行時表現(xiàn)的各種電氣特性等，使在proteus上調(diào)通的，在硬件上不一定能夠成功的實現(xiàn)，基于以上認(rèn)知，采取proteus仿真實驗和實物實驗相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)。要求學(xué)生先課下通過proteus軟件進(jìn)行仿真，模擬實驗效果，再到實驗室進(jìn)行實際硬件電路的操作，查看實驗效果，這種教學(xué)搭配，充分利用proteus仿真軟件的形象直觀性，增強(qiáng)學(xué)生好奇心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，同時提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

3課時安排

計算機(jī)接口技術(shù)課程主要分為微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計和接口技術(shù)三大模塊，共64學(xué)時，為兼顧各個模塊之間的承上啟下以及知識的連續(xù)性，主要分配學(xué)時如下表1：微機(jī)原理主要講授微機(jī)基本知識，如微處理器、微型計算機(jī)、微機(jī)系統(tǒng)的概念以及微機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理、時序知識、指令系統(tǒng)等，匯編語言程序設(shè)計涉及內(nèi)容有匯編語言源程序的格式、變量屬性、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和子程序設(shè)計，接口技術(shù)涉及內(nèi)容有存儲器、輸入輸出接口、常用I/O接口芯片等。實踐教學(xué)在整個課程中起著重要作用，通過實踐，對理論知識進(jìn)行消化和理解，同時學(xué)生的動手能力能夠得到很好的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力，做到理論與實踐有效的結(jié)合，實踐教學(xué)總學(xué)時16學(xué)時，具體分配如下表2，其中匯編語言程序設(shè)計部分安排4學(xué)時，由于此部分上機(jī)實踐只需計算機(jī)即可，不需其他硬件，學(xué)生在課上學(xué)習(xí)好程序的設(shè)計和調(diào)試方法后，可以利用課下時間在圖書館或宿舍完成作業(yè)和上機(jī)實踐，節(jié)約課上學(xué)時，為其他內(nèi)容的講授提供充足的時間。接口技術(shù)實驗共分為6次實驗，分別為proteus的使用、8259中斷控制器、8255并行接口芯片、8253定時計數(shù)器以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換。每次實驗安排2學(xué)時，要求學(xué)生課下提前預(yù)習(xí)，為下次實驗做充分的準(zhǔn)備，保證每次實驗順利地進(jìn)行，完成相應(yīng)的實驗任務(wù)。其中proteus的使用這一實驗安排1次，是因為在本門課程學(xué)習(xí)之先，學(xué)生已學(xué)習(xí)過《電路制圖與仿真》這門課程，此門課程主要介紹proteus軟件的使用，因此在proteus的實驗主要介紹EMU8086編譯器的使用，學(xué)會使用proteus進(jìn)行8086的仿真。常用接口芯片部分的5次實驗均設(shè)置了基本實驗部分和提高部分兩個層次，其中基本部分要求每一個學(xué)生必須完成，按照電路原理圖進(jìn)行連線，編寫實驗程序，完成實驗效果。提高部分要求學(xué)生在完成基本部分后，有余力的學(xué)生可對電路進(jìn)行設(shè)計并編寫相應(yīng)的程序改善接口的性能。每一個層次的實驗，要求學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場演示。

4實驗考核

實驗評分標(biāo)準(zhǔn)分為實驗操作部分、現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)以及實驗報告三個部分組成。學(xué)生抽簽決定實驗考核內(nèi)容，并進(jìn)行現(xiàn)場演示，教師根據(jù)學(xué)生實驗操作過程、結(jié)果以及對現(xiàn)場的提問回答情況等形式進(jìn)行現(xiàn)場評分，以激勵學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，達(dá)到教學(xué)目的。實驗操作部分占實驗總成績的比例為50%，現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)所占比例為30%，實驗報告占20%，其中實驗報告要求學(xué)生重點報告在實驗過程中遇到什么問題，以及解決此問題的思路和方法以及實驗的心得體會，避免抄襲和實驗報告的形式化。

5充分利用多媒體

在進(jìn)行實驗教學(xué)過程中，充分利用多媒體，提升教學(xué)效果。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，對于在實驗過程中難懂的知識點，可以采用動畫進(jìn)行直觀形象的演示，使學(xué)生更加能夠領(lǐng)會實驗的內(nèi)容和目的，便于理解和記憶。

6結(jié)論

《計算機(jī)接口技術(shù)》是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程，對于此門課程的教學(xué)也是一個不斷學(xué)習(xí)和探索的過程。對于本門課程的改革實踐，實驗教學(xué)效果有了很大改善，學(xué)生主動性、學(xué)習(xí)熱情有所提高。此課程是一門公認(rèn)的教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程[3]。隨著時代的發(fā)展，計算機(jī)接口技術(shù)課程也應(yīng)與時俱進(jìn)，需要不斷完善教學(xué)體系，更新教學(xué)內(nèi)容，尋求新的教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高學(xué)生的綜合能力、科學(xué)素質(zhì)，為社會培養(yǎng)更多高素質(zhì)的復(fù)合型人才。本課程的改革是一項長期艱巨的任務(wù)，需要不斷探索和完善。

作者:鄢艷紅 單位:廣州中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院

參考文獻(xiàn)：

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首先，機(jī)電接口被應(yīng)用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中能夠作為模擬信號的輸入接口而存在，通常在機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，對于機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號的傳遞是由傳感器或者變送器負(fù)責(zé)，而接收并且模擬機(jī)械系統(tǒng)的輸出信號的則是機(jī)電接口。其原因是由于運(yùn)行狀態(tài)的信號多為模擬的電壓或者電流信號，而電子系統(tǒng)對這些信號無法做到有效的識別和控制，只有通過機(jī)電接口對這些信號進(jìn)行接收以及模擬，才能通過電子系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行有效的分辨，達(dá)到將機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)兩者有效結(jié)合形成一個整體的目的。其次，機(jī)電接口被應(yīng)用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中能夠作為模擬信號的輸出接口而存在，在機(jī)電一體化系統(tǒng)的正常運(yùn)行過程中，不僅電子系統(tǒng)對于機(jī)械系統(tǒng)的輸出信號無法有效的識別和控制，機(jī)械系統(tǒng)對于直接由電子系統(tǒng)的輸出信號也無法做到有效的識別和控制，智能有機(jī)電接口來實現(xiàn)兩者之間的有效連接，機(jī)電接口能夠?qū)τ嬎銠C(jī)的輸出信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械系統(tǒng)能夠識別的模擬電壓信號或者模擬電流信號，幫助電子系統(tǒng)實現(xiàn)對機(jī)械系統(tǒng)的智能化和信息化控制，完成機(jī)電一體化系統(tǒng)正常運(yùn)行的目的。最后，機(jī)電接口能夠作為機(jī)電一體化系統(tǒng)中的開關(guān)信號通道接口而存在。在機(jī)電一體化系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不僅要對機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的實時連接做好接口設(shè)置工作，還有許多需要需要處理的開關(guān)閉合和斷開信號、指示燈的顯示與熄滅信號、繼電器和接觸器的吸合與釋放信號等等需要處理，這些信號的模擬、輸入以及輸出同樣需要用到機(jī)電接口。因此機(jī)電接口也能夠作為保證機(jī)電一體化系統(tǒng)中的開關(guān)信號的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的開關(guān)信號通道接口而存在。

2人機(jī)接口在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運(yùn)用

人機(jī)接口在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用主要是負(fù)責(zé)將技術(shù)人員的指令翻譯成相關(guān)的信號輸送到機(jī)電系統(tǒng)中，進(jìn)行控制指令與動作指令之間的信息交換，保證機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠在工作人員的控制和管理下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此人機(jī)接口在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運(yùn)用主要是作為拔盤輸入接口、鍵盤輸入接口以及鍵盤輸出接口而存在。其中撥盤輸入接口的功能主要是負(fù)責(zé)機(jī)電一體化系統(tǒng)中系統(tǒng)參數(shù)的修正與控制作用，能夠幫助工作人員對機(jī)電一體化系統(tǒng)中的諸多參數(shù)信息完成相關(guān)的調(diào)整工作，而鍵盤輸入接口則是作為向電子技系統(tǒng)中的計算機(jī)鍵盤輸入和輸出接口而存在，其能夠幫助電子系統(tǒng)中計算機(jī)與鍵盤之間的有效連接，其中電子系統(tǒng)的鍵盤又可以分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤，兩者分別具有不同的優(yōu)勢和劣勢，然而總體都能夠滿足電子系統(tǒng)中計算機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的諸多功能上的要求。

篇（4）

2軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)處理接口模塊的軟件主要由硬件初始化、自測試程序、周期數(shù)據(jù)收發(fā)和命令響應(yīng)四大功能組成。其中周期數(shù)據(jù)的收發(fā)包含消息層和數(shù)據(jù)層兩個層次。消息層負(fù)責(zé)命令的辨識和數(shù)據(jù)的組織搬運(yùn)，數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)協(xié)議的執(zhí)行和發(fā)送接收等底層任務(wù)。數(shù)據(jù)層基本數(shù)據(jù)幀的格式見圖4所示。這里的同步字、數(shù)據(jù)長度、校驗方式由主機(jī)在初始化時確定。其中校驗方式可選擇兩種，若采用和校驗，則檢驗位占用1字節(jié)；若使用CRC校驗，校驗位占2字節(jié)。在周期數(shù)據(jù)收發(fā)的數(shù)據(jù)層中，RS422鏈路分為測控鏈路和任務(wù)鏈路兩部分。測控鏈路用于檢測設(shè)備的連通性和硬件的正確性，任務(wù)鏈路用于任務(wù)系統(tǒng)之間的通信。因此，將用于測控通信的鏈路設(shè)計為無鏈接協(xié)議鏈路，將用于任務(wù)通信的鏈路設(shè)計為有鏈接協(xié)議鏈路。有鏈接協(xié)議的任務(wù)鏈路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見圖5所示。任務(wù)鏈路的工作原理是：上電后首先進(jìn)行通信測試，主端首先發(fā)送LTST，若從端回復(fù)ALTST為正常，測試完成后，轉(zhuǎn)入空閑工作狀態(tài)；空閑狀態(tài)時主從定期進(jìn)行握手操作，當(dāng)主機(jī)存在發(fā)送命令時，轉(zhuǎn)入消息發(fā)送狀態(tài)，當(dāng)從端發(fā)來數(shù)據(jù)幀前導(dǎo)碼LHDR時主端轉(zhuǎn)入消息接收狀態(tài)；消息發(fā)送完成后會進(jìn)行發(fā)送檢查，如果從接收無誤會發(fā)來ACK握手信號，當(dāng)出現(xiàn)超時或從發(fā)來NACK信號時進(jìn)行重新發(fā)送狀態(tài)，重試超過門限進(jìn)入通信測試狀態(tài)；消息接收狀態(tài)時若消息正確則進(jìn)入空閑狀態(tài)，若接收超時或消息錯誤時發(fā)送NACK通知主端重新發(fā)送，當(dāng)錯誤次數(shù)超門限時進(jìn)入通信測試狀態(tài)。

3低功耗設(shè)計

簡易無人機(jī)攜帶燃料有限，而實際任務(wù)中往往又要求其盡可能長時間的滯空，這就要求各類設(shè)備盡可能地以較小的功耗完成較多的功能。因此本文從硬件軟件等不同層面設(shè)計來降低模塊的功耗。降低功耗總的來說有關(guān)閉無用功能、減少無用操作和合理器件選型三個方法。在不使用DSP內(nèi)部的AD、eCAN、SCI等資源時，可將對應(yīng)的資源的時鐘HSPCLK和LSPCLK關(guān)閉，同時不使能這些資源，以達(dá)到降低功耗的目的。作為降壓型線性電源，TPS74401芯片的耗散功率PD＝（VIN－VOUT）×IOUT，即電源的轉(zhuǎn)換效率取決于輸入輸出電壓差的大小，因此在電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計上應(yīng)在滿足電源芯片的最小dropoutvoltage的情況下盡量減小LDO器件輸入輸出電壓差，可提高轉(zhuǎn)換效率減少發(fā)熱功耗，本文中1．8V電源由最接近1．8V電壓的3．3V電源轉(zhuǎn)換而來。為保持較好的信號完整性，模塊上的印制板走線阻抗均按照單端50Ω差分100Ω控制。在RS422的發(fā)送端和接收端進(jìn)行阻抗匹配以優(yōu)化信號質(zhì)量。在發(fā)送端使用33Ω串聯(lián)匹配方式，接收端采用120Ω并聯(lián)匹配方式，由于正常工作時差分電平約±5V，為降低直流功耗在并聯(lián)匹配電阻處串接一10pF電容，這樣既滿足瞬態(tài)的信號完整性要求，也可在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到隔離直流，減小匹配電阻上直流功耗的目的。詳見圖6所示。在軟件設(shè)計方面，采用定時查詢和中斷接收相結(jié)合的方式，減少DSP對外設(shè)的多余操作，避免不必要的輪詢操作所產(chǎn)生的功率消耗。本文介紹的串行數(shù)據(jù)接口板在今后的改進(jìn)設(shè)計中，可以注意合理的器件選型，以達(dá)到降低功耗的目的。例如：現(xiàn)設(shè)計中1．8V電源轉(zhuǎn)換效率為54％，今后可結(jié)合實際電流消耗狀況選用合適的開關(guān)電源代替線性電源［4］，并使開關(guān)電源工作在中等或較重負(fù)載狀態(tài)，可提高電源效率至80％左右；現(xiàn)有設(shè)計中CPLD動態(tài)功耗約為0．7W，由于該模塊中邏輯占用資源并不多，因此后期可考慮用更小功耗的中小規(guī)模可編程邏輯器件替換。目前現(xiàn)有設(shè)計中未考慮模塊的睡眠喚醒功能，今后可結(jié)合主機(jī)實際的需求，添加相應(yīng)功能的電路，以降低待機(jī)功耗。

篇（5）

微機(jī)原理與接口技術(shù)是電子信息類理工科的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。內(nèi)容涵蓋微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計及微機(jī)接口技術(shù)，兼顧硬件和軟件2個方面，該課程的特點是概念抽象，實踐性強(qiáng)。實踐教學(xué)對于學(xué)生理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生動手能力是十分重要的。

二、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)現(xiàn)狀

隨著高等教育正在由知識型教育向能力培養(yǎng)為中心的教育進(jìn)行轉(zhuǎn)變，電子信息類課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)都大大加強(qiáng)。但由于受到硬件實驗環(huán)境與實驗內(nèi)容制約，特別是《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)只發(fā)生了量變而非質(zhì)變，仍處于滯后的位置。

在目前的教學(xué)中，《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)存在以下幾個方面的問題：

（1）實驗內(nèi)容固定陳舊，大都是些傳統(tǒng)接口芯片功能的驗證實驗，由于實驗臺上的芯片資源有限，不具備進(jìn)行多芯片組合的綜合型實驗的條件。大部分學(xué)校進(jìn)行的還都是8位接口芯片的實驗，而現(xiàn)在常用的大部分是32位64位的接口，實驗內(nèi)容過時。同時一些多核處理器，pci—express總線，sata接口技術(shù)等一些新技術(shù)根本沒有涉及[1]。

（2）實驗平臺落后，實驗平臺芯片資源少，擴(kuò)展性差，只能進(jìn)行一些簡單的功能驗證實驗，實驗內(nèi)容也因芯片種類和實驗臺架構(gòu)固定而不易調(diào)整，不能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力。平臺外設(shè)簡單，無法激發(fā)學(xué)生的興趣。

（3）實驗技術(shù)落后，很多學(xué)校還采用的是搭積木式的設(shè)計方法進(jìn)行教學(xué)[2]，學(xué)生的實驗靈活性小，大都是按圖連線，下載程序的操作，限制了學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。WWW.133229.cOm實驗簡單抽象，大都是些芯片功能上的驗證，啟發(fā)性小。

（4）重軟輕硬，實驗重點大都集中在匯編語言的編寫，學(xué)生很少能自主的設(shè)計電路，也無法了解芯片的結(jié)構(gòu)以及時序，更不能自己設(shè)計芯片，大大限制了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)[3]。

微機(jī)接口技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電子信息各個領(lǐng)域，因此《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)達(dá)到在掌握理論的基礎(chǔ)上，能運(yùn)用所學(xué)知識解決一些實際問題的能力。但因為在實踐教學(xué)中存在以上問題，學(xué)生在學(xué)完這門課程后，大都停留在了解幾個常用接口芯片的常用工作方式的層面上。這和高等教育“培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的目標(biāo)是不相符的。

三、將fpga技術(shù)與《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)相結(jié)合

fpga（現(xiàn)場可編程邏輯陣列）技術(shù)[4，8]，用戶可以通過硬件編程語言重新配置芯片內(nèi)部的電路，同時fpga芯片中有豐富的邏輯單元，可以滿足設(shè)計復(fù)雜電路的需要，用fpga技術(shù)對微機(jī)接口實驗平臺進(jìn)行改進(jìn)，正好彌補(bǔ)了現(xiàn)有平臺，芯片資源少，擴(kuò)展性差，電路設(shè)計受限的缺點。配上usb，sata接口，液晶屏等新型外設(shè)以及相應(yīng)ip核，學(xué)生便可以進(jìn)行一些新的接口技術(shù)的實驗，增強(qiáng)了實驗的趣味性，也加強(qiáng)了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。同時由于fpga技術(shù)的廣泛應(yīng)用，很多大學(xué)也開設(shè)了相關(guān)課程，但大都從硬件語言和sopc(可編程片上系統(tǒng))兩方面作手[5]，知識跨度大，而且學(xué)生缺少復(fù)雜邏輯與接口設(shè)計的實踐機(jī)會，將fpga教學(xué)引入《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)正好彌補(bǔ)了這一空缺。在熟練掌握電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以運(yùn)用微機(jī)接口，組成原理，體系結(jié)構(gòu)，數(shù)字邏輯等知識設(shè)計多模塊的系統(tǒng)，使學(xué)生通過實踐教學(xué)將計算機(jī)多門硬件基礎(chǔ)課程融合成一個有機(jī)的整體。

四、基于fpga的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)方法

1.改進(jìn)實驗硬件環(huán)境

我們學(xué)校《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是一門重要的計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課，多年來一直努力探索實踐教學(xué)的改革方法。我們與xilinx(賽靈思)公司建立了聯(lián)合實驗室，并自主研發(fā)了基于fpga的微機(jī)接口實驗平臺[6]。該平臺采用多模塊“樂高”思想分為：芯片組板、fpga擴(kuò)展板、外設(shè)板等三個部分并且可以靈活組合，便于調(diào)整與維護(hù)。芯片組板可以用來進(jìn)行傳統(tǒng)的接口實驗，fpga板可以用來學(xué)習(xí)硬件編程，同時還有配套的用verilog實現(xiàn)8255，8253，8251接口芯片的邏輯，將其下載到fpga中可以代替相應(yīng)的接口芯片。因為fpga中豐富的邏輯資源，學(xué)生可以在fpga中配置多個接口芯片，并且可以用fpga實現(xiàn)16位、32位接口芯片，從而設(shè)計復(fù)雜的接口電路。fpga中還可以配置多種cpu架構(gòu)如80x86，8051的ip核，可以建立多種系統(tǒng)架構(gòu)。pc機(jī)與實驗平臺是采用fpga邏輯配合橋接芯片實現(xiàn)pci總線接口轉(zhuǎn)isa總線接口，支持硬件在線編程與調(diào)試，同時提供相應(yīng)的實驗供學(xué)生學(xué)習(xí)pci總線接口與isa總線接口。外設(shè)板上在傳統(tǒng)外設(shè)的基礎(chǔ)上還提供了液晶屏，usb接口，ddrⅱ接口，spi接口，傳感器等新型外設(shè)，實驗結(jié)果的驗證方法將更加豐富有

轉(zhuǎn)貼于

趣，大大提供了學(xué)生的興趣，并且可以根據(jù)實驗和開發(fā)的需要，組裝成新的io外設(shè)板。總體上因為fpga技術(shù)與新型外設(shè)的引入大大增強(qiáng)了實驗平臺的擴(kuò)展型，而且實驗平臺功能豐富可用于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計，電了競賽等綜合型實驗中。

2．改進(jìn)實踐教學(xué)的內(nèi)容

在以前的實驗內(nèi)容基礎(chǔ)上，用ise軟件仿真接口芯片，簡化以前芯片功能驗證的實驗，學(xué)生通過軟件仿真可以很清楚的了解接口芯片和總線接口的工作時序，不用硬件連線便可以得到接口芯片各方式下的波形，從而縮短芯片功能驗證實驗的時間，將更多的時間用在接口芯片電路的設(shè)計上。在學(xué)生了解各接口芯片的工作方式后，便可用fpga仿真的接口芯片與板載芯片配合設(shè)計一些多芯片電路，解決一些實際問題，如車輛計數(shù)系統(tǒng)，點歌系統(tǒng)等，可讓學(xué)生自由發(fā)揮，極大發(fā)揮創(chuàng)造性，鍛煉學(xué)生的動手能力。在學(xué)生熟練的掌握硬件編程語言的情況下，學(xué)生可以自己編寫接口邏輯，實現(xiàn)與外設(shè)的通信。增加pci總線接口，isa總線接口，8051架構(gòu)，usb，ddr接口驅(qū)動的實驗，擴(kuò)展學(xué)生的視野，將學(xué)生的知識與現(xiàn)實應(yīng)用緊密聯(lián)系起來。鼓勵有興趣的，學(xué)有余力的學(xué)生充分利用實驗臺上的外設(shè)擴(kuò)展進(jìn)行綜合性實驗，為電子競賽與畢業(yè)設(shè)計打基礎(chǔ)。

3.新實踐教學(xué)方法的推進(jìn)

在教學(xué)方法的推廣上，采用以點帶面的方式，為有興趣的同學(xué)開展微機(jī)及接口技術(shù)的實訓(xùn)培訓(xùn)，由學(xué)生自愿報名擇優(yōu)參加。由于實驗內(nèi)容貼近應(yīng)用，且有趣新穎，學(xué)生報名踴躍。經(jīng)過兩期實訓(xùn)班，實訓(xùn)成果明顯，已有多名同學(xué)開始自主申請科研項目并獲得校級基金資助（例如正在進(jìn)行的項目有：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源（立項編號：kycx110403z）和基于壓電傳感器和個人計算機(jī)構(gòu)成的體溫信號實時監(jiān)測系統(tǒng)（立項編號：kycx110411z）），同時在期刊上公開發(fā)表科技論文[7,8]。同時教學(xué)中采用“以競賽促學(xué)習(xí)”的模式，在實訓(xùn)班之外成立興趣小組，組織同學(xué)們參加挑戰(zhàn)杯、全國和省級電子設(shè)計大賽、xilinx openhw等相關(guān)比賽，調(diào)動學(xué)生的積極性，在比賽中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊能力，增強(qiáng)同行業(yè)內(nèi)的交流。通過一系列新型實踐教學(xué)方法的運(yùn)用，學(xué)生動手解決問題的能力大大加強(qiáng)，畢業(yè)學(xué)生的能力得到用人單位的認(rèn)可和好評。

篇（6）

1　引言

激光具有波長單一和良好的方向性，所以和傳統(tǒng)的探測方法相比，激光探測具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)等特點，在激光測距、激光雷達(dá)、激光告警、激光制導(dǎo)、目標(biāo)識別等軍事領(lǐng)域，都得到了廣泛應(yīng)用。針對不同武器系統(tǒng)的需求，激光探測系統(tǒng)接口呈現(xiàn)出多樣性。

近年來，隨著應(yīng)用需求和集成化度的增加，激光探測系內(nèi)部、激光探測系統(tǒng)和各武器平臺之間集成了不同廠商的硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)平臺、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，由此帶來的異構(gòu)性給探測系統(tǒng)的互操作性、兼容性及平滑升級能力帶來了問題。

對激光探測系統(tǒng)而言，接口技術(shù)的設(shè)計是整個系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)。一個激光探測系統(tǒng)的設(shè)計、實施，有很大的工作量是在接口的處理上，好的接口設(shè)計可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、運(yùn)行效率、升級能力等，本文以激光探測系統(tǒng)接口技術(shù)為研究對象，著重分析其接口技術(shù)類型、設(shè)計考慮因素和驗證方法。

2　激光探測系統(tǒng)幾種主要接口技術(shù)

接口是多要素或多系統(tǒng)之間的公共邊界部分，對激光探測系統(tǒng)的接口包括機(jī)械接口、電氣接口、電子接口、軟件接口等，本文著重討論電子接口。按物理電氣特性劃分，常用的激光探測系統(tǒng)接口類型可分為以下幾類：

1　TTL電平接口：最通用的接口類型，常用做系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間接口信號標(biāo)準(zhǔn)。驅(qū)動能力一般為幾毫安到幾十毫安，在激光探測系統(tǒng)中主要應(yīng)用是作為長距離的總線數(shù)據(jù)和控制信號的傳輸

2　CMOS電平接口：速度范圍與TTL相仿，驅(qū)動能力要弱一些。

3　ECL電平接口：為高速電氣接口，速率可達(dá)幾百兆，但相應(yīng)功耗較大，電磁輻射與干擾與較大。

4　LVDS電平接口：在標(biāo)準(zhǔn)中推薦的最大操作速率是655Mbps，電流驅(qū)動模式，信號的噪聲和EMI都較小。

5　GTL接口電平：低電壓，低擺幅，常用作背板總線型信號的傳輸，雖然使用頻率一般在100MHz以下，但上升沿一般都比較陡，特別是對沿敏感的信號，如時鐘信號。

6　RS-232電平接口：為低速串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，電平為±12V，用于DTE與DCE之間的連接。RS-232接口采用不平衡傳輸方式，收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地的電平而言，其共模抑制能力低，傳輸距離近，多用于點對點接口通訊。

7　RS-422/RS-485接口：采用平衡方式傳輸，采用差分方式，使其在通訊速率、抗干擾性和傳輸距離較RS-232接口有較大改善。多用于多點接口通迅。RS485電平接口可驅(qū)動32個負(fù)載，忍受-7V到12V共模干擾。

9　光隔離接口：能實現(xiàn)電氣隔離，更高速率的器件價格較昂貴。

10　線圈耦合接口：電氣隔離特性好，但允許信號帶寬有限

11　以太網(wǎng)：經(jīng)常采用的是10Base-T和100Base-T兩種主流標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用激光探測系統(tǒng)和分系統(tǒng)之間的接口通訊和數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)接口具有性價比高、數(shù)據(jù)傳輸速率高、資源共享能力強(qiáng)和廣泛的技術(shù)支持等眾多優(yōu)點。

12　USB接口：USB總線接口是一種基于令牌的接口，USB主控制器廣播令牌，總線上的設(shè)備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過發(fā)送和接收數(shù)據(jù)對主機(jī)作出響應(yīng)，其最大的優(yōu)點是安裝配置簡單。

3　激光探測系統(tǒng)接口方案設(shè)計考慮因素

隨著大規(guī)模數(shù)字處理芯片和高速接口芯片的迅猛發(fā)展，激光探測系統(tǒng)也呈現(xiàn)出智能化、小型化、模塊化的趨勢。在激光探測系統(tǒng)中，信息接口的設(shè)計逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、多節(jié)點、高速等方向展

3.1　接口信號傳輸中的干擾噪聲

3.1.1　接口信號傳輸中的主要干擾形式

a)串模干擾：雜散信號通過感應(yīng)和輻射的方式進(jìn)入接口信道的干擾。串模干擾的產(chǎn)生原因主要是傳輸中插件等所產(chǎn)生的接觸電勢、熱電勢等噪聲引起的。

b) 共模干擾：干擾同時作用在兩根信號往返線上，而且幅指相同。共模干擾產(chǎn)生的原因，主要是傳輸線路較長，在發(fā)送端和接收端之間存在著接地的電位差。

3.1.2　接口信號傳輸中的抗干擾措施

a)傳輸線的選擇

為了抑制由于雜散電磁場通過電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)進(jìn)入信道的干擾，接口傳輸線應(yīng)盡量選用雙絞線和屏蔽線，并將屏蔽層接地，而且屏蔽層的接地要于激光探測系統(tǒng)一端浮地的結(jié)構(gòu)形式配合，不要將屏蔽線層當(dāng)作信號線和公用線。

b)傳輸線的平衡和匹配

采用平衡電路和平衡傳輸結(jié)構(gòu)是抑制共模干擾的有力措施。目前廣泛使用的是差分式平衢性線電路，例如RS-422/RS-485標(biāo)準(zhǔn)串口電路。

接口信號傳輸時還要考慮與傳輸線特性阻抗的匹配問題。一般長線傳輸?shù)尿?qū)動器接收器都適用于驅(qū)動特性阻抗為50Ω—150Ω的同軸電纜和雙絞線，一般接口接收器的輸入阻抗要比傳輸線的特性阻抗大，因此要設(shè)法將兩者匹配，最好將發(fā)送端和接收端匹配。

控制信號線的具體配置：控制信號線要和強(qiáng)電、數(shù)據(jù)總線、地址總線分開，盡量選用雙絞線和屏蔽線，并將屏蔽層接地。

c)隔離技術(shù)：電位隔離是常用的抗干擾方法，接口信號采用光電隔離和電磁隔離可以切斷接口內(nèi)外線路的電氣連接，從而減弱露流、地阻抗耦合等傳導(dǎo)性干擾的影響。

3.2　接口硬件的選擇原則：

3.2.1　為各類接口選擇合適的總線接口芯片、接口總線，并設(shè)計具體的接口電路。

3.2.3　選擇接口芯片時應(yīng)根據(jù)激光探測系統(tǒng)CPU/MPU類型，總線類型／寬度和系統(tǒng)所完成的功能并按照高效、經(jīng)濟(jì)、可靠，方便、簡單的原則來確定。

3.2.4　設(shè)計具體的接口電路應(yīng)具體考慮電源問題

3.2.5　數(shù)據(jù)／命令的鎖存和驅(qū)動

激光探測系統(tǒng)內(nèi)部及激光探測系統(tǒng)和其他系統(tǒng)間實施數(shù)據(jù)／命令傳輸時，一般采用數(shù)據(jù)鎖存技術(shù)來適應(yīng)雙方讀寫的時間要求。

3.3　接口的實時性

由于激光探測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)膶崟r性要求很高，設(shè)計時要使時鐘抖動、通道間時延、工作周期失真以及系統(tǒng)噪聲最小化，所以設(shè)計接口時盡量選用高通訊速率和同步工作方式。

接口軟件的設(shè)計原則

同步通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計要充分考慮數(shù)據(jù)流量的控制，最好在數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)時每隔一段時間插入一段空閑時間，從而保證數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

異步通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計要充分考慮合理的數(shù)據(jù)校驗方式，可以根據(jù)系統(tǒng)要求選擇冗余校驗、校驗和、冗余校驗的方法。

4　激光探測系統(tǒng)接口方案設(shè)計驗證

構(gòu)建高速有效的激光探測系統(tǒng)接口是非常有挑戰(zhàn)性的，并且設(shè)計者需要在設(shè)計接口前后就考慮多個因素，詳細(xì)的系統(tǒng)級的驗證都是必須的。

4.1　設(shè)計前的驗證

基于指令集模擬器和硬件模擬器軟硬件模擬技術(shù)是一種高效、低代價的系統(tǒng)驗證方法。接口設(shè)計軟件采用匯編，C，C++等語言編寫，用戶編寫的接口源程序經(jīng)過交叉編譯器和連接器編譯，輸入到軟件指令集模擬器進(jìn)行軟件模擬。而接口硬件驗證則采用硬件描述語言如VHDL設(shè)計，經(jīng)過編譯后由硬件模擬器模擬。但設(shè)計前的驗證也有一定的局限性，比如只能驗證數(shù)字接口和驗證環(huán)境理想化等缺點。這些都需要設(shè)計后的驗證

4.2　設(shè)計后的驗證

最常見的驗證方法是制作模擬激光探測系統(tǒng)內(nèi)部接口和系統(tǒng)間外部接口的通用信號源，通用信號源可以模擬探測系統(tǒng)內(nèi)部的如主回波、時統(tǒng)、顯示、鍵盤等信號，也可以模擬輸入外部操控命令，并將激光探測系統(tǒng)狀態(tài)、測量數(shù)據(jù)等信息顯示輸出。

篇（7）

一、前言

微機(jī)原理與接口技術(shù)是電子信息類理工科的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。內(nèi)容涵蓋微機(jī)原理、匯編語言程序設(shè)計及微機(jī)接口技術(shù)，兼顧硬件和軟件2個方面，該課程的特點是概念抽象，實踐性強(qiáng)。實踐教學(xué)對于學(xué)生理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生動手能力是十分重要的。

二、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)現(xiàn)狀

隨著高等教育正在由知識型教育向能力培養(yǎng)為中心的教育進(jìn)行轉(zhuǎn)變，電子信息類課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)都大大加強(qiáng)。但由于受到硬件實驗環(huán)境與實驗內(nèi)容制約，特別是《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)只發(fā)生了量變而非質(zhì)變，仍處于滯后的位置。

在目前的教學(xué)中，《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)存在以下幾個方面的問題：

（1）實驗內(nèi)容固定陳舊，大都是些傳統(tǒng)接口芯片功能的驗證實驗，由于實驗臺上的芯片資源有限，不具備進(jìn)行多芯片組合的綜合型實驗的條件。大部分學(xué)校進(jìn)行的還都是8位接口芯片的實驗，而現(xiàn)在常用的大部分是32位64位的接口，實驗內(nèi)容過時。同時一些多核處理器，PCI―Express總線，SATA接口技術(shù)等一些新技術(shù)根本沒有涉及[1]。

（2）實驗平臺落后，實驗平臺芯片資源少，擴(kuò)展性差，只能進(jìn)行一些簡單的功能驗證實驗，實驗內(nèi)容也因芯片種類和實驗臺架構(gòu)固定而不易調(diào)整，不能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力。平臺外設(shè)簡單，無法激發(fā)學(xué)生的興趣。

（3）實驗技術(shù)落后，很多學(xué)校還采用的是搭積木式的設(shè)計方法進(jìn)行教學(xué)[2]，學(xué)生的實驗靈活性小，大都是按圖連線，下載程序的操作，限制了學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實驗簡單抽象，大都是些芯片功能上的驗證，啟發(fā)性小。

（4）重軟輕硬，實驗重點大都集中在匯編語言的編寫，學(xué)生很少能自主的設(shè)計電路，也無法了解芯片的結(jié)構(gòu)以及時序，更不能自己設(shè)計芯片，大大限制了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)[3]。

微機(jī)接口技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電子信息各個領(lǐng)域，因此《微機(jī)原理與接口技術(shù)》是門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)達(dá)到在掌握理論的基礎(chǔ)上，能運(yùn)用所學(xué)知識解決一些實際問題的能力。但因為在實踐教學(xué)中存在以上問題，學(xué)生在學(xué)完這門課程后，大都停留在了解幾個常用接口芯片的常用工作方式的層面上。這和高等教育“培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的目標(biāo)是不相符的。

三、將FPGA技術(shù)與《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)相結(jié)合

FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯陣列）技術(shù)[4，8]，用戶可以通過硬件編程語言重新配置芯片內(nèi)部的電路，同時FPGA芯片中有豐富的邏輯單元，可以滿足設(shè)計復(fù)雜電路的需要，用FPGA技術(shù)對微機(jī)接口實驗平臺進(jìn)行改進(jìn)，正好彌補(bǔ)了現(xiàn)有平臺，芯片資源少，擴(kuò)展性差，電路設(shè)計受限的缺點。配上USB，SATA接口，液晶屏等新型外設(shè)以及相應(yīng)IP核，學(xué)生便可以進(jìn)行一些新的接口技術(shù)的實驗，增強(qiáng)了實驗的趣味性，也加強(qiáng)了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。同時由于FPGA技術(shù)的廣泛應(yīng)用，很多大學(xué)也開設(shè)了相關(guān)課程，但大都從硬件語言和SOPC(可編程片上系統(tǒng))兩方面作手[5]，知識跨度大，而且學(xué)生缺少復(fù)雜邏輯與接口設(shè)計的實踐機(jī)會，將FPGA教學(xué)引入《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)正好彌補(bǔ)了這一空缺。在熟練掌握電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以運(yùn)用微機(jī)接口，組成原理，體系結(jié)構(gòu)，數(shù)字邏輯等知識設(shè)計多模塊的系統(tǒng)，使學(xué)生通過實踐教學(xué)將計算機(jī)多門硬件基礎(chǔ)課程融合成一個有機(jī)的整體。

四、基于FPGA的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實踐教學(xué)方法

1.改進(jìn)實驗硬件環(huán)境

我們學(xué)?！段C(jī)原理與接口技術(shù)》是一門重要的計算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課，多年來一直努力探索實踐教學(xué)的改革方法。我們與Xilinx(賽靈思)公司建立了聯(lián)合實驗室，并自主研發(fā)了基于FPGA的微機(jī)接口實驗平臺[6]。該平臺采用多模塊“樂高”思想分為：芯片組板、FPGA擴(kuò)展板、外設(shè)板等三個部分并且可以靈活組合，便于調(diào)整與維護(hù)。芯片組板可以用來進(jìn)行傳統(tǒng)的接口實驗，F(xiàn)PGA板可以用來學(xué)習(xí)硬件編程，同時還有配套的用Verilog實現(xiàn)8255，8253，8251接口芯片的邏輯，將其下載到FPGA中可以代替相應(yīng)的接口芯片。因為FPGA中豐富的邏輯資源，學(xué)生可以在FPGA中配置多個接口芯片，并且可以用FPGA實現(xiàn)16位、32位接口芯片，從而設(shè)計復(fù)雜的接口電路。FPGA中還可以配置多種CPU架構(gòu)如80X86，8051的IP核，可以建立多種系統(tǒng)架構(gòu)。PC機(jī)與實驗平臺是采用FPGA邏輯配合橋接芯片實現(xiàn)PCI總線接口轉(zhuǎn)ISA總線接口，支持硬件在線編程與調(diào)試，同時提供相應(yīng)的實驗供學(xué)生學(xué)習(xí)PCI總線接口與ISA總線接口。外設(shè)板上在傳統(tǒng)外設(shè)的基礎(chǔ)上還提供了液晶屏，USB接口，DDRⅡ接口，SPI接口，傳感器等新型外設(shè)，實驗結(jié)果的驗證方法將更加豐富有趣，大大提供了學(xué)生的興趣，并且可以根據(jù)實驗和開發(fā)的需要，組裝成新的IO外設(shè)板?？傮w上因為FPGA技術(shù)與新型外設(shè)的引入大大增強(qiáng)了實驗平臺的擴(kuò)展型，而且實驗平臺功能豐富可用于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計，電了競賽等綜合型實驗中。

2．改進(jìn)實踐教學(xué)的內(nèi)容

在以前的實驗內(nèi)容基礎(chǔ)上，用ISE軟件仿真接口芯片，簡化以前芯片功能驗證的實驗，學(xué)生通過軟件仿真可以很清楚的了解接口芯片和總線接口的工作時序，不用硬件連線便可以得到接口芯片各方式下的波形，從而縮短芯片功能驗證實驗的時間，將更多的時間用在接口芯片電路的設(shè)計上。在學(xué)生了解各接口芯片的工作方式后，便可用FPGA仿真的接口芯片與板載芯片配合設(shè)計一些多芯片電路，解決一些實際問題，如車輛計數(shù)系統(tǒng)，點歌系統(tǒng)等，可讓學(xué)生自由發(fā)揮，極大發(fā)揮創(chuàng)造性，鍛煉學(xué)生的動手能力。在學(xué)生熟練的掌握硬件編程語言的情況下，學(xué)生可以自己編寫接口邏輯，實現(xiàn)與外設(shè)的通信。增加PCI總線接口，ISA總線接口，8051架構(gòu)，USB，DDR接口驅(qū)動的實驗，擴(kuò)展學(xué)生的視野，將學(xué)生的知識與現(xiàn)實應(yīng)用緊密聯(lián)系起來。鼓勵有興趣的，學(xué)有余力的學(xué)生充分利用實驗臺上的外設(shè)擴(kuò)展進(jìn)行綜合性實驗，為電子競賽與畢業(yè)設(shè)計打基礎(chǔ)。

3.新實踐教學(xué)方法的推進(jìn)

在教學(xué)方法的推廣上，采用以點帶面的方式，為有興趣的同學(xué)開展微機(jī)及接口技術(shù)的實訓(xùn)培訓(xùn)，由學(xué)生自愿報名擇優(yōu)參加。由于實驗內(nèi)容貼近應(yīng)用，且有趣新穎，學(xué)生報名踴躍。經(jīng)過兩期實訓(xùn)班，實訓(xùn)成果明顯，已有多名同學(xué)開始自主申請科研項目并獲得校級基金資助（例如正在進(jìn)行的項目有：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源（立項編號：KYCX110403Z）和基于壓電傳感器和個人計算機(jī)構(gòu)成的體溫信號實時監(jiān)測系統(tǒng)（立項編號：KYCX110411Z）），同時在期刊上公開發(fā)表科技論文[7,8]。同時教學(xué)中采用“以競賽促學(xué)習(xí)”的模式，在實訓(xùn)班之外成立興趣小組，組織同學(xué)們參加挑戰(zhàn)杯、全國和省級電子設(shè)計大賽、Xilinx OPENHW等相關(guān)比賽，調(diào)動學(xué)生的積極性，在比賽中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊能力，增強(qiáng)同行業(yè)內(nèi)的交流。通過一系列新型實踐教學(xué)方法的運(yùn)用，學(xué)生動手解決問題的能力大大加強(qiáng)，畢業(yè)學(xué)生的能力得到用人單位的認(rèn)可和好評。

篇（8）

1單片機(jī)及接口技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)及接口技術(shù)是高等學(xué)院計算機(jī)、通信等專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)課，是一門面向應(yīng)用、技術(shù)性和實踐性極強(qiáng)的專業(yè)課程。由于該門課程概念較多，內(nèi)容抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，既要理解抽象的單片機(jī)的硬件組成和工作原理，又要掌握匯編語言指令，還要應(yīng)用這些知識進(jìn)行程序設(shè)計，才能完成一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)。以往的教學(xué)主要依靠理論課堂教學(xué)和有限的驗證性實驗，學(xué)生很少能夠有機(jī)會運(yùn)用理論知識解決工程設(shè)計的實際問題，這種教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力和解決問題的能力，也不利于具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)專業(yè)人才的培養(yǎng)。因此，盡管學(xué)生完成了該門課程理論與實驗學(xué)習(xí)任務(wù)，但在面對具體應(yīng)用時仍然存在知識運(yùn)用能力較差的現(xiàn)象[1]，其原因主要有：（1）授課方式單一，難提興趣目前單片機(jī)及接口技術(shù)教學(xué)仍然采用理論講授為主，實驗為輔的傳統(tǒng)授課方式，形式單一，枯燥，學(xué)生覺得知識理解不到位，只能靠硬背，造成學(xué)習(xí)缺乏主動性，難以建立學(xué)習(xí)興趣[3]。（2）教材偏重理論，工程知識不足目前大部分單片機(jī)及接口課程教材，偏重于理論知識的講解，很少提到在實際工程中的具體應(yīng)用方法，學(xué)生很少有機(jī)會了解所學(xué)知識在實際中的作用，學(xué)習(xí)缺乏成就感，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏興趣。（3）實驗內(nèi)容陳舊，缺乏創(chuàng)新課程配置的實驗以驗證性實驗為主，缺乏設(shè)計性和綜合性實驗，缺乏生動實例，且實驗內(nèi)容陳舊、新意和趣味性不足，不利于學(xué)生動手能力和知識運(yùn)用能力的培養(yǎng)。（4）學(xué)生個體意識強(qiáng)烈，缺乏團(tuán)隊合作傳統(tǒng)教學(xué)過程中，學(xué)生都是以個體形式學(xué)習(xí)，教師很少組織學(xué)生開展團(tuán)隊協(xié)作任務(wù)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏團(tuán)隊協(xié)作精神，難易建立良好的溝通交流能力。鑒于此，針對目前單片機(jī)及接口技術(shù)課程教學(xué)過程中存在的問題，在總結(jié)以往成功教學(xué)經(jīng)驗的同時，全方位對單片機(jī)及接口技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革，從理論課的授課方式、內(nèi)容、手段到實驗課的設(shè)計，從自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺的構(gòu)建，到科學(xué)、合理的考核評價體系，讓學(xué)生從構(gòu)思、設(shè)計、實施，開展多種形式的學(xué)習(xí)活動，注重學(xué)生運(yùn)用新知識、新技術(shù)的能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力、交流溝通能力以及團(tuán)隊合作能力的培養(yǎng)。通過該課程一系列改革實施，為推動其他相關(guān)課程改革，培養(yǎng)具有應(yīng)用創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量計算機(jī)專業(yè)技術(shù)人才，將具有十分積極的意義和作用。

2單片機(jī)及接口技術(shù)課程教學(xué)改革措施

以培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才為出發(fā)點，改革該課程傳統(tǒng)教學(xué)模式，積極探索新的教學(xué)方法和教學(xué)模式，堅持以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力和增強(qiáng)實踐能力為目標(biāo)，以“夯實基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、開拓思維、注重創(chuàng)新、面向應(yīng)用”為指導(dǎo)思想，強(qiáng)化理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合、實踐與科研相結(jié)合、科研與工程實際相結(jié)合，構(gòu)建全新的單片機(jī)及接口技術(shù)教學(xué)改革新體系，下面，就提出的具體改革舉措進(jìn)行詳細(xì)探討。（1）注重創(chuàng)新引導(dǎo)，構(gòu)建一體化、靈活的教學(xué)新模式單片機(jī)及接口技術(shù)課程是一門應(yīng)用性非常強(qiáng)的課程，應(yīng)當(dāng)重點突出對學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主要措施有：①建立以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)原則，增加學(xué)生課堂活躍時間，讓學(xué)生積極參與到課堂活動中，強(qiáng)烈的參與感能夠充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，建立學(xué)習(xí)興趣[2]。②引入靈活多樣的教學(xué)方法：引入先進(jìn)的教學(xué)方法，如演示法、模仿法、對比法、項目驅(qū)動法、案例法、團(tuán)隊協(xié)作法等，營造輕松和諧的課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而增加教學(xué)效果。③優(yōu)化課堂授課內(nèi)容，通過引入實際工程項目，讓學(xué)生能夠了解如何運(yùn)用所學(xué)的理論知識解決實際問題，注重學(xué)生實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。（2）實驗教學(xué)改革①建立三級實驗教學(xué)體系：按著基礎(chǔ)訓(xùn)練型綜合設(shè)計型研究創(chuàng)新型三級層次組織實驗教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生動手能力與創(chuàng)新能力[3]。②引進(jìn)科研項目：盡可能地將科研成果引入到實驗教學(xué)中，通過讓學(xué)生不同程度地介入科研課題，了解科研過程和科研方法，適應(yīng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要[4]。③培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神:設(shè)計團(tuán)隊合作題目，采取組內(nèi)合作模式完成題目，充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，增強(qiáng)學(xué)生的參與感和自信心，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力與溝通能力。④實驗室全面開放：可以充分發(fā)揮實驗室的作用，調(diào)動學(xué)生通過實驗手段探索新知識的積極性。實驗室的開放應(yīng)包括時間和內(nèi)容的開放，不斷發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)造性。（3）搭建學(xué)生自主學(xué)習(xí)與課程管理網(wǎng)絡(luò)平臺該網(wǎng)絡(luò)平臺依托校園網(wǎng)，突破空間和時間的限制，不但可以實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及教師對課程的信息化管理，更重要地是為師生之間、學(xué)生之間的實時討論和交流提供了一個互動平臺[5]。從理論知識的學(xué)習(xí)、課程安排、考勤、實驗過程控制、成績管理以及領(lǐng)域內(nèi)最新的技術(shù)、新應(yīng)用等前沿信息。（4）建立多元化的考核體系，突出綜合素質(zhì)將理論考核、實踐能力考核以及系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新能力評價等多種方式結(jié)合起來[6]，對學(xué)生掌握知識、運(yùn)用知識和創(chuàng)新能力做出綜合、科學(xué)、合理的評價。并通過開放實驗、競賽、科研活動、科技發(fā)明、論文寫作等多種途徑為學(xué)生提供更多的獲得創(chuàng)新實踐的機(jī)會，突出綜合素質(zhì)培養(yǎng)[7]。

3結(jié)束語

通過基于應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下的《單片機(jī)及接口技術(shù)》課程教學(xué)改革與實踐，取得了顯著的成果。首先，通過新的教學(xué)模式在教學(xué)實踐中的實施，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。其次，通過單片機(jī)及接口技術(shù)自主學(xué)習(xí)與課程管理網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，不但可以使學(xué)生強(qiáng)化基礎(chǔ)知識，而且可以學(xué)到更多的專業(yè)新知識，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)；再次，利用該課程網(wǎng)絡(luò)平臺可以加強(qiáng)學(xué)生與教師之間的溝通和聯(lián)系。

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電子信息工程專業(yè)作為實踐性、應(yīng)用性非常強(qiáng)的理工科專業(yè)，學(xué)生必須具備扎實的基礎(chǔ)理論知識，具有較強(qiáng)的實驗技能，今后才能順利地從事電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的維護(hù)和研發(fā)。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，必須十分重視相關(guān)課程的建設(shè)，搞好實驗教學(xué)改革。而單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程作為電子信息專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，其應(yīng)用性非常強(qiáng)，設(shè)計性實驗開設(shè)質(zhì)量對于學(xué)生今后就業(yè)、工作至關(guān)重要。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程是電子信息工程專業(yè)核心課程之一，理論的重要性不言而喻，但在實驗教學(xué)方面大都還是停留在傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ缴?，離培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新精神還有差距。很多學(xué)生反映，課程學(xué)習(xí)下來理論基本掌握了，驗證性實驗也能順利完成，但要真正完成一個實際項目時，卻無從入手。出現(xiàn)這種現(xiàn)象原因是多方面的，筆者認(rèn)為主要有：

1.教學(xué)模式方面的原因。傳統(tǒng)教學(xué)方式中，教師主要注重于理論的完整性和知識結(jié)構(gòu)的完備性。理論上從單片機(jī)的結(jié)構(gòu)講起，然后講匯編指令和c語言編程，再講硬件接口及相關(guān)的程序編寫，最后講一兩個實例，課時也就差不多用完了，再想講其他東西就沒有時間了。實驗也注重基本原理和基本方法的訓(xùn)練，為了讓學(xué)生認(rèn)識單片機(jī)的基本組成和基本指令，所開出的實驗就占了大部分實驗課時，最后只能做幾個綜合性實驗或做一個簡單的設(shè)計，這樣就結(jié)束了整個課程的學(xué)習(xí)。

2.教師方面的原因。自從高校擴(kuò)招以后，學(xué)生的數(shù)量劇增，而教師并沒有同比例增長，教師承擔(dān)的課時量太大，教學(xué)壓力過重。具體到單片機(jī)原理與接口技術(shù)這類專業(yè)性和實驗性都非常強(qiáng)的課程，存在著精力投入不夠的問題。如果要改革實驗教學(xué)的模式，以設(shè)計性實驗為主的話，教師就要投入非常多的精力。

3.評價體系方面的原因。就評價體系而言，目前通行的仍然是以分?jǐn)?shù)的高低來評價學(xué)生學(xué)習(xí)成績的好壞。一般采用平時成績、實驗成績、考試成績各占總成績的一定比例來得到學(xué)生課程的最后得分。對有些課程來說這種方法是比較科學(xué)的，但對單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程，就會存在這些問題：學(xué)生成績不低，但一旦面臨實際問題時，無從入手，沒有達(dá)到本課程的教學(xué)目標(biāo)。

二、解決對策

為提高單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，筆者認(rèn)為，提高設(shè)計性實驗開設(shè)的質(zhì)量是教學(xué)改革的重點，應(yīng)該從以下幾點來改革：

1.教學(xué)模式。提出和采用新的教學(xué)模式，實驗開設(shè)要特別注重開出的設(shè)計性實驗質(zhì)量。新的教學(xué)模式主要包含理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩個方面。在理論教學(xué)中，單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本指令講解要精，應(yīng)通過實例來將相關(guān)的知識串起來，力求通過具體實例的講解達(dá)到以較少的理論課時就讓學(xué)生真正掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和指令的目的。在實驗方面，則采用以開設(shè)設(shè)計性實驗為主、驗證性實驗為輔的方法，并提高實驗課的課時數(shù)。適量開設(shè)驗證性實驗，在課堂內(nèi)只做1～2個，而將大部分實驗內(nèi)容放在課堂外，由學(xué)生通過開放實驗室單獨(dú)完成。增加較多的設(shè)計性實驗，供學(xué)生選做，在教師精心指導(dǎo)下，讓學(xué)生在課外準(zhǔn)備，課內(nèi)完成，切實提高學(xué)生的實戰(zhàn)技能。

2.教師自身的定位。教師應(yīng)自覺提高自身做項目的能力，并保證足夠的精力投入到教學(xué)中去。教師要注重平時積累，一方面，要自己動手，精心制作好幾個作品。另一方面，也可以通過提出選題，指導(dǎo)學(xué)生去做，將完成后的作品及文檔全部存檔。只要通過2～3年的積累，就可以形成難度、層次區(qū)分較為合理的項目選題庫和作品庫，既為后續(xù)班級的教學(xué)創(chuàng)建了良好的條件，對后續(xù)學(xué)生的實驗起到示范和引領(lǐng)作用，又為今后的教學(xué)工作減輕了負(fù)擔(dān)。要做好這些，就要求教師充分明確自身職責(zé)，牢固樹立以教學(xué)為中心的觀念，保證有足夠的精力投入教學(xué)中。

3.評價體系。作為評價體系，要改變傳統(tǒng)的基本是以分?jǐn)?shù)論英雄的模式。單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程如果只是掌握了一些理論知識而沒有實戰(zhàn)能力，分?jǐn)?shù)再高都不能算是學(xué)好。作為對學(xué)生的評價，筆者認(rèn)為一定確立以實踐能力為主體的評價體系，通過對學(xué)生做的項目難易程度、項目完成的效果等驗收情況來給出合適的評價。

三、設(shè)計性實驗開設(shè)與評價體系建立中要注意的幾個問題

想搞好單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程建設(shè)，提高學(xué)生的實戰(zhàn)能力，就要以設(shè)計性實驗的開設(shè)為重點來進(jìn)行整體設(shè)計。筆者認(rèn)為需要特別注意抓好以下四個銜接：

1.理論與實驗的銜接。理論教學(xué)是單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中必不可少的組成部分，但其開設(shè)方式不能采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，而應(yīng)設(shè)計出一種項目教學(xué)或稱為專題講授的形式來進(jìn)行。首先，要講透基礎(chǔ)部分，筆者認(rèn)為可以分成單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單片機(jī)的指令系統(tǒng)、程序編寫的基本思想、硬件接口構(gòu)建等四個專題進(jìn)行。其次，要針對課程特點，做好五個簡單項目，如外部中斷的使用、定時器中斷的使用、并口的擴(kuò)展、串口通信、ad和da轉(zhuǎn)換。最后，要對相關(guān)知識點全面整合，綜合演練，實戰(zhàn)2～3個較為復(fù)雜的綜合性項目，進(jìn)行原理圖分析、算法設(shè)計和程序分析，并制作出作品進(jìn)行演示。按這種思路設(shè)計，理論教學(xué)大致課時數(shù)為36～48個課時，實驗課時數(shù)為24～36個課時。

據(jù)此分析，實驗教學(xué)則應(yīng)充分重視設(shè)計性實驗的開設(shè)。與理論教學(xué)相對應(yīng)，每講完一個項目，就要依托該項目開設(shè)一個設(shè)計性實驗，每個實驗3～5個課時。通過簡單的5個項目和較復(fù)雜的2～3個項目的訓(xùn)練后，學(xué)生能掌握單片機(jī)開發(fā)和設(shè)計與實物制作的基本方法和技能。當(dāng)積累了2～3年后，有了很多已成功的項目可參照時，不同的學(xué)生就可以選做不同的設(shè)計性項目。在進(jìn)行單片機(jī)原理與接口技術(shù)的課程設(shè)計時，則應(yīng)要求學(xué)生在設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化，將多個部分綜合在一起設(shè)計制作一個更復(fù)雜、具有較完備功能的實際系統(tǒng)。這是一個由理論出發(fā)，通過基礎(chǔ)實驗、簡單的設(shè)計性實驗、復(fù)雜的設(shè)計性實驗，最后完成復(fù)雜的課程設(shè)計過程，符合循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律，實現(xiàn)了該課程理論與實踐的完美結(jié)合。在此過程中，設(shè)計性實驗的開設(shè)基本覆蓋了單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程的所有知識點，使學(xué)生牢固掌握基本理論，熟練掌握基本設(shè)計思路，綜合應(yīng)用基本設(shè)計方法，從而達(dá)到學(xué)以致用的根本目的。

2.驗證性實驗與設(shè)計性實驗的銜接。驗證性實驗是指為驗證已經(jīng)學(xué)習(xí)過的理論知識所設(shè)置的實驗；設(shè)計性實驗是指給定實驗?zāi)康囊蠛蛯嶒灄l件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)的實驗。驗證性實驗作為一種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在現(xiàn)在的實驗教學(xué)中也還有一定的作用，可為設(shè)計性實驗的開設(shè)提供一些必要的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在的驗證性實驗一般是在相應(yīng)的實驗箱上完成，通過開設(shè)1~2個驗證性實驗可讓學(xué)生了解單片機(jī)的基本構(gòu)成和基本工作原理，所以在開設(shè)設(shè)計性實驗前開設(shè)驗證性實驗是非常必要的。同時，一些設(shè)計性實驗的開設(shè)可在實驗箱上對驗證性實驗進(jìn)行改造而成，特別是對于開始的簡單的設(shè)計性實驗更是如此。比如一些驗證性實驗，所有的電路硬件在實驗箱中是現(xiàn)成的，同時給出相應(yīng)的實驗程序范例，學(xué)生就可以在實驗箱上進(jìn)行驗證，對所做實驗的功能進(jìn)行分析。教師只需要在理論教學(xué)時將程序流程圖和涉及的算法講述清楚，最后要求學(xué)生去編寫程序，然后再進(jìn)行功能驗證即可。采用這么一種由驗證性實驗作為基礎(chǔ)并進(jìn)行改造的方法對于以基本原理的掌握為目標(biāo)的簡單的設(shè)計性實驗具有很強(qiáng)的可操作性，有利于驗證性實驗到設(shè)計性實驗的自然銜接。

3.課堂與課外的銜接。設(shè)計性實驗開設(shè)要做好課堂與課外的銜接。因為設(shè)計性實驗是要學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)的實驗，所有的實驗方案不可能僅在幾個課時的實驗課上完成，主要工作要在課外完成。一方面，實驗方案的制訂、原理圖的設(shè)計、實物的制作等主要在課外完成，實驗課中主要是在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)試和測試。另一方面，設(shè)計性實驗很難一次性成功，往往需要多次嘗試、反復(fù)修正才行，這些必須在課外完成。要使設(shè)計性實驗真正達(dá)到較好的效果，除了在理論教學(xué)中要注重和實驗教學(xué)銜接外，課外的銜接尤其重要，要做好實驗室開放，讓學(xué)生在課外能夠較方便地利用實驗室的資源，也應(yīng)鼓勵學(xué)生采購一些比較簡單的單片機(jī)開發(fā)工具，如簡易開發(fā)版、燒錄器等。

4.評價標(biāo)準(zhǔn)的再定位與評價體系建立的思路。驗證性實驗往往只涉及一門課程的一個章節(jié)或一個知識點的內(nèi)容，學(xué)生通過驗證性實驗，可以使所學(xué)理論知識具體化和形象化，加深對所學(xué)知識的理解與掌握，培養(yǎng)基本動手能力。設(shè)計性實驗突出它的自主設(shè)計性，可以是單一知識的運(yùn)用，也可以是多知識點的綜合運(yùn)用，給出實驗?zāi)康?、要求和實驗條件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)，所以設(shè)計性實驗帶有試探性、研究性，在時間上也需要課內(nèi)與課外相結(jié)合。

由于驗證性實驗與設(shè)計性開設(shè)的目標(biāo)不同，所以最終的考核方式也不同。對于驗證性實驗，教師可以直接根據(jù)學(xué)生所做的實驗報告評判其實驗成績。傳統(tǒng)的做法是百分制。一般每個實驗成績包括三個部分：實驗預(yù)習(xí)（20分）、實驗操作（40分）、實驗報告（40分）。使用傳統(tǒng)的百分制，可以評價學(xué)生是否掌握了基本理論和設(shè)計方法。但設(shè)計性實驗所涉及的知識點數(shù)量不同，綜合運(yùn)用的效果不同，設(shè)計方案是否得當(dāng)，步驟是否簡易可行，實驗的成本、效率是否令人滿意等等，都不能一概而論，因此需要結(jié)合各方面進(jìn)行綜合的評定。設(shè)計性實驗的考核要貫穿這樣一個原則：淡化結(jié)果，注重過程。對于設(shè)計性實驗我們更重視學(xué)生在整個設(shè)計過程中的表現(xiàn)，而測定結(jié)果只作為考核的次要因素。學(xué)生在設(shè)計方案中是否有獨(dú)到新穎的想法，整個實驗思路邏輯是否清楚，實驗過程是細(xì)節(jié)嚴(yán)密還是顧此失彼，結(jié)果是否可信等都是評定設(shè)計實驗成績的重要因素?？己酥幸浞止膭詈涂隙▽W(xué)生在設(shè)計過程中所表現(xiàn)出的敢于挑戰(zhàn)、主動學(xué)習(xí)、大膽創(chuàng)新的精神，以及由此帶來的思維水平和實踐水平的全面提高。

因此，設(shè)計性實驗不宜采用傳統(tǒng)的百分制，筆者認(rèn)為，宜采用優(yōu)、良、中、及格、不及格5個檔次來進(jìn)行評定。首先明確“優(yōu)”和“及格”的標(biāo)準(zhǔn)，在“優(yōu)”的標(biāo)準(zhǔn)下，適當(dāng)下降一點作為“良”的標(biāo)準(zhǔn)，“及格”標(biāo)準(zhǔn)高一點作為“中”，達(dá)不到“及格”標(biāo)準(zhǔn)的就判定為“不及格”。比如，每一個項目都設(shè)定多個指標(biāo)，完全達(dá)到指標(biāo)并有所創(chuàng)新的評為“優(yōu)”；完全達(dá)到指標(biāo)而無創(chuàng)新的可評為“良”；實現(xiàn)主要指標(biāo)可評為“中”；實現(xiàn)部分指標(biāo)，能體現(xiàn)設(shè)計者掌握了基本相關(guān)基礎(chǔ)知識則可評為“及格”；沒有實現(xiàn)任何指標(biāo)，或沒有做的評定為“不及格”。這樣就應(yīng)在設(shè)定實驗指標(biāo)上著手，針對具體的實驗進(jìn)行不同的設(shè)定，才能比較準(zhǔn)確地定性評價學(xué)生的實驗?zāi)芰?，這一點仍需在實踐中不斷探索和改進(jìn)。

四、結(jié)語