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微型计算机接口技术与应用教学方案

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2020年4月19日
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《微型计算机接口技术与应用》教学方案
第一部分 课程性质与设置目的
一、课程的性质和特点
《微型计算机接口技术与应用》课程是为培养满足计算机应用领域对计算机应用人才的需要而设置的。本课程介绍微型计算机系统的结构及工作原理，包括微处理器、存贮器、输入输出和中断技术、常见可编程接口芯片及其应用。本课程以CPU为核心，以接口为媒介，实现CPU与外界的通信，其内容属于计算机硬件与软件衔接组构系统的一个重要领域。随着微机应用技术的普及和发展，接口技术就成为组构系统的基本技术，因此，本课程是计算机专业的一门主干课程。经过本课程的学习，使学生具有微型计算机应用系统的分析能力和初步设计能力。
本课程以介绍硬件知识为主，但在构成一个微型计算机应用系统时，还必须具有汇编语言编制源程序的能力，软硬件结合是本课程的一个特点。另外，本课程又是一门实践性较强的课程，经过实践环节才能加深和提高对课程内容的理解，理论联系实践、理论指导实践是本课程的又一个特点。
二、本课程的基本要求
经过本课程的学习，要求学生：
1． 较深入地了解微型计算机系统的组成及工作原理；
2． 掌握微型计算机的输入/输出方法；
3． 掌握分析和设计典型接口（包括硬件和软件）的方法。
三、本课程与相关课程的联系
本课程的先修课程为数字电路、汇编语言程序设计以及计算机组成原理。本课程和这三门课程的关系极其密切。数字电路介绍的各种门电路、组合逻辑电路和时序逻辑电路是构成微型计算机机各部件的基本电路，微机存储器接口、I/O接口电路经常见到数字电路介绍的各种芯片。计算机组成原理阐述了组成计算机各硬件的工作原理，为本课程讲述微型计算机系统中这些部分的实现方法提供了理论基础。另外，要具有微型计算机应用系统的分析能力和初步设计能力，必须具有汇编语言源程序的读写能力。读写汇编语言编写的应用程序是本课程的主要内容之一，是同硬件电路工作密切相关的不可分割的部分。

第二部分 教学内容及教学要求
绪论 本课程教学内容及要求
（一）教学内容
一、 微型计算机的组成、总线结构和I/O接口
二、本课程教学内容及要求
（二）学习目的与要求
1． 复习微型计算机的组成（教材第1章），重点是总线结构的特点和I/O接口电路的作用。
2． 介绍本课程的内容、要求和特点，以便于展开各章的内容。

第一讲 8086/8088微处理器
（一）教学内容
一、 8086/8088两种组态模式
1． 最小模式
2． 最大模式
二、 最小模式下的引脚信号和系统总线形成
1． 访问存储器和I/O接口的引脚信号
（1） 地址/数据线 （2）地址/状态线 （3）控制线
2． 系统总线形成电路 （1）地址锁存器 （2）数据收发器
3． 系统总线信号 （1）地址总线 （2）数据总线 （3）控制总线
4． 其它控制线 （1）中断控制线 （2）总线控制线 （3）处理器控制线
三、最大模式下的引脚信号和系统总线形成
1． 最大模式下的有关引脚
2． 总线形成电路 （1）地址锁存器 （2）数据收发器 （3）总线控制器8288
3． 系统总线信号 （1）地址总线 （2）数据总线 （3）控制总线
三、 8086/8088总线的操作时序
1．指令周期、总线周期、时钟周期
2．最小模式下的总线读和写周期
3．等待状态Tw
（二）学习目的与要求
微处理器是微型计算机的控制核心。教材2.1和2.1节先行课程已介绍，本讲主要讲述典型的微处理器8086/8088的引脚信号和总线时序，重点是要掌握8086/8088的引脚信号、总线时序和8086/8088系统的总线信号，特别是一些控制信号的功能应深刻理解和熟练掌握。8086/8088执行指令涉及三种周期──指令周期、总线周期和时钟周期。首先要掌握这三种周期的区别和相户之间的关系；其次要了解读、写这两个基本总线周期的时间关系，结合8086/8088引脚信号的功能，理解和掌握三总线信号在这些典型的总线周期中出现的时间关系，从而为8086/8088CPU与内存储器及I/O设备的接口做好准备。本讲的难点是总线形成电路和时序图。

第二讲 存储器与微处理器的连接
（一）教学内容
一、 存储器芯片举例 1.静态RAM芯片 2.EPROM芯片
芯片的引脚信号：地址线、数据线、控制线（读、写、片选）
二、存储器芯片与CPU的连接
1． 电路分析（根据电路，分析存储器芯片的地址范围）
2． 电路设计（给出8088系统存储器的容量、地址范围和存储器芯片，设计存储器电路）
（二）学习目的与要求
存储器是微机系统中不可缺少的组成部分。教材3.1和3.2节内容，存储器的分类、特点、性能指标和结构原理等在先修课程中已介绍，本讲先介绍几种典型的静态RAM和EPROM芯片，然后着重讲述存储器芯片与8088微处理器的连接技术（全译码法）。要求深刻理解典型芯片的外特性（引脚信号），以及常见译码器的特性和应用，掌握存储器连接的基本技术。本讲的重点和难点是存储器连接电路的分析和设计。

第三讲 I/O接口概述
（一）教学内容
一、 I/O接口的主要功能
二、I/O接口的典型结构
三、I/O端口的编址方式 1. 独立编址方式 2. 与存储器统一编址方式
四、 8086/8088的I/O指令
五、 I/O地址译码电路
六、微机与外设之间数据传送的控制方式
1． 无条件传送方式 2. 查询传送方式 3. 中断传送方式 4. DMA方式
（二）学习目的与要求
微处理器与外部设备的连接和信息交换，是微机系统要解决的主要问题。本讲（教材4.4节）介绍输入输出的一般问题，是后续各讲的基础，要求理解和掌握。其中I/O接口的功能要以后才会深刻理解，数据传送控制方式后面要一一详细讲述。要注意I/O指令要书写正确，不要写错。本讲的重点和难点是I/O地址译码电路。

第四讲 简单I/O接口
（一）教学内容
一、 无条件传送方式及接口
二、查询传送方式及接口
三、中断传送方式及接口（“中断过程”之后的内容放在第七讲）
（二）学习目的与要求
本讲（教材4.5节）以实例介绍程序控制的三种传送方式──无条件传送、查询传送和中断传送的工作原理，用数字电路课程学习过的锁存器、三态缓冲器等“简单”芯片进行硬件接口电路设计，并用汇编语言编写接口程序。经过这四个例子，领会本课程的特点，也为后面介绍可编程序接口芯片的结构原理打下基础。本讲的重点是掌握输出接口要有锁存器、输入接口要有三态门缓冲器的原理和方法，难点是查询方式的两个电路和中断方式电路。

第五讲 可编程并行接口芯片8255A
（一）教学内容
一、 8255A概况
二、8255A的内部结构和引脚信号
三、8255A与CPU（系统）的连接
四、8255A的控制字和初始化编程方法
1．工作方式控制字 2. 端口C按位置1/置0控制字
五、8255A的工作方式 1.方式0 2.方式1 3.方式2
六、8255A应用举例
（二）教学目的与要求
接口芯片是微机系统实现输入输出必不可少的器件，而并行接口又是微机系统中主要的输入输出部件。8255A是通用、多功能、可编程并行接口芯片，是本课程重点介绍的芯片之一，要求不但能掌握8255A的基本内容，而且能掌握8255A的方式0的应用（硬件连接、软件编制）。本讲的难点是8255A与CPU的连接、初始化编程和应用。

第六讲 定时计数控制器8253
（一）教学内容
一、8253的工作原理
二、8253的内部结构和引脚信号
三、8253与CPU（系统）的连接
四、8253的工作方式 1.方式0 2.方式1 3.方式2 4.方式3 5.方式4 6.方式5
五、8253的控制字和编程方法 1．方式控制字 2. 初始化编程
六、8253应用举例
（二）教学目的与要求
在微机系统和微机应用系统中，经常要求提供实时时钟和延时控制，也经常需要对外部事件进行计数。因此，定时计数控制器是微机系统的主要部件之一。8253是本课程重点讲述的第二种可编程芯片，要求不但能掌握8253的基本内容，而且能掌握8253的应用（硬件连接、应用程序的编制）。本讲的难点是8253的工作方式和应用。

第七讲 中断技术和中断控制器8259A
（一）教学内容
一、中断传送方式 1. 中断的工作过程 2. 中断源的识别 3.中断优先权
二、8086/8088的中断系统 1. 特点 2.8086/8088的中断源 3.中断向量表
三、可编程中断控制器8259A
1．8259A概况
2．8259A结构原理
3．8259A与8088（系统）的连接
4．8259A的工作方式
5．8259A在PC机上的应用
（二）教学目的与要求
中断传送方式是最常见和有效的输入输出控制方式。中断技术不但应用于数据传送，而且在微机系统和微机控制系统中都发挥着重要的作用。本讲在第三、四讲（教材4.5.3节）的基础上进一步介绍中断技术（第5章），要求熟悉中断过程（中断请求、中断响应、中断服务、中断返回），熟悉8086/8088的中断系统，掌握8259A的功能和结构原理。本讲的难点是8086/8088的中断向量表和8259A的结构原理。

第八讲 DMA传送方式和DMA控制器8237A
（一）教学内容
一、DMA传送方式 1. DMA的传送过程 2. DMA控制器的功能
二、DMA控制器8237A
1．8237A概况
2．两种工作周期
3．四种工作方式
4．三种传送类型
5．8237A在PC机上的应用
（二）教学目的与要求
DMA方式不属于程序控制的传送方式，它适用于外设与存储器高速、大批量数据传送，广泛应用于微机系统中。第三讲介绍了DMA方式的特点，本讲进一步讲述DMA的工作过程和DMA控制器的作用（教材4.5.5节），介绍DMA控制器8237A的特性（第6章）。本讲内容叙述性较多，没有什么难懂的地方，要求熟悉和掌握。

第九讲 串行通信及串行接口芯片8250
（一）教学内容
一、串行通信的基本概念
1．串行通信的基本问题
2．串行通信方式 （1）异步通信方式 （2）同步通信方式
3．串行传输制式
4．串行传输速率──波特率
5．调制解调器（Modem）
6．RS-232C总线
二、可编程串行接口芯片INS 8250
1． 8250概况
2． 8250内部结构
3．PC/XT机的异步通信适配器
4．PC机串行通信接口的编程方法
（二）教学目的与要求
串行通信接口是广泛应用于微型计算机系统的另一类I/O接口，一般见于连接一些串行传送的外围设备，也广泛用于计算机的远程通信。本讲在阐述串行通信的基本概念和串行通信接口原理的基础上，进而介绍在PC机上应用的可编程异步通信接口8250的特性及应用。经过本讲内容的学习，要求深刻理解有关串行通信的一些基本知识，串行接口的基本原理和组成，并对8250的特性及应用有一个基本的了解。

第十讲 数/模（D/A）与模/数（A/D）接口
（一）教学内容
一、模拟接口的基本概念
二、D/A转换器 1. 转换特性 2. 主要参数 3. 与CPU的连接 4. 典型芯片及应用
三、A/D转换器 1. 转换特性 2. 主要参数 3. 与CPU的连接 4. 典型芯片及应用
（二）教学目的与要求
模拟量输入/输出接口，即模/数转换器和数/模转换器，是微机控制系统中不可缺少的部分。本讲简述模拟接口在微机应用系统中的作用之后，着重介绍D/A转换器和A/D转换器的特性、参数、接口技术的主要问题，最后介绍两种典型芯片DAC0832和ADC0809。要求掌握D/A、A/D的基本内容，在应用方面，掌握D/A转换器用8255A作接口，用无条件方式编程的方法，以及A/D转换器用8255A作接口，工作于方式0，用查询方式、无条件方式（延时等待法）的连接和编程方法。

第三部分 教学安排和有关说明
一、教材及主要参考书
1． 教材：《微机原理与接口技术》刘星编著，电子工业出版社。
2． 参考书：《微型计算机原理及接口技术》钱晓捷、陈涛等编著，机械工业出版社。
二、关于教学内容和要求的说明
教材的内容比较丰富，我们从中精选出上述内容讲述，作为本课程的主要教学内容。教材中有的内容在先修课程中已作介绍，如第1章微型计算机系统概述，第2章中微处理器概述和结构，第3章中存储系统、存储器分类和存储器结构，第4章中的总线部分等，这些内容是学习本课程前必备的基础知识，同学可按自己情况阅读和复习。教材中其它未选出的内容不作要求。
教学要求按内容可分为识记、领会和应用三个层次。教学要求又常见了解、熟悉和掌握等词语来表述。识记要求能识别和记忆有关知识点的主要内容。领会要求能够领悟和理解有关知识点的内涵与外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别与联系。应用要求能够运用有关知识点，分析和解决一般应用问题。
对于本课程，有些内容没有深入进行介绍，如8259A、8237A、8250、、0832、0809等芯片，因此只要求对其有一般了解，能识记其主要功能和工作方式等。有些图较复杂、较难，如总线形成电路、时序图、查询和中断的电路、8259A的中断优先判决电路等，也只要求识记主要部件的作用。本课程中，8086/8088系统总线和时序、存储器芯片的引脚信号、I/O接口概述，以及中断、DMA、串并行通信、A/D和D/A等基本概念和原理，则要求熟悉、领会。本课程中要求达到应用层次的内容是：存储器与CPU的连接，8255A和8253与CPU的连接、初始化编程和应用，无条件方式和查询方式的基本编程方法。
三、教学环节及教学安排
教学方式主要有自学、集中面授、网上交流和答疑三个环节。自学是基本的、主要的、重要的教学环节，要求学生依据教学大纲的要求，认真阅读教材，观看教学课件光盘。集中面授共安排4次，每次2学时，一方面帮助学生掌握本课程的内容和要求，另一方面重点讲解一些主要问题和疑难问题。学生应该在自学的基础上来参加集中面授课。网上交流和答疑为师生提供交流、互动的平台，学生在学习中遇到的问题可经过该平台解决，教师经过这个平台可了解学生学习情况，解答问题，发布导学材料等。
一个学期约四个月，教学进度建议如下：第一个月学习绪论和第1 ~ 4讲，第二个月学习第5、6讲，第三个月学习第7 ~ 10讲，第四个月复习和考试。集中面授基本上按这个进度安排。
四、考核要求
本课程考核方式有平时考查和期末考试两种。平时考查主要是作业，共布置2次作业。期末考试为闭卷笔试方式，题型为单项选择题、判断题、填空题、问答题和应用题，分别占总分的10％、10％、10％、30％和40％。难易程度可分为：易、较易、较难和难四个等级，分数比例一般为：2:3:3:2。