接口技术论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇接口技术论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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MSP430超低功耗微处理器是TI公司推出的一种新型单片机。它具有16位精简指令结构，内含12位快速ADC/SlopeADC,内含60K字节FLASHROM，2K字节RAM，片内资源丰富，有ADC、PWM、若干TIME、串行口、WATCHDOG、比较器、模拟信号，有多种省电模式，功耗特别小，一颗电池可工作10年。开发简单，仿真器价格低廉，不需昂贵的编程器。

MSP430其特点有：1.8V～3.6V低电压供电；高效16位RISCCPU可以确保任务的快速执行，缩短了工作时间，大多数指令可以在一个时钟周期里完成；6微秒的快速启动时间可以延长待机时间并使启动更加迅速，降低了电池的功耗。MSP430产品系列可以提供多种存储器选择，简化了各类应用中MSP430的设计；ESD保护，抗干扰力特强。与其它微控制器相比，带Flash的微控制器可以将功耗降低为原来1/5，既缩小了线路板空间又降低了系统成本。

MSP430具有如此多的优点，可以预测在今后会有广泛的应用。但是目前仍有许多5V电池的逻辑器件和数字器件在使用，因此在许多设计中3V（含3.3V）逻辑系统和5V逻辑系统共存，而且不同的电源电压在同一电路板中混用。随着更低电压标准的引进，不同电源电压逻辑器件间的接口问题会在很长一段时间内存在。本文讨论MSP430与单片机中最常用的LSTTL电路、CMOS电路及计算机HCMOS电路的3V和5V系统中逻辑器件间的接口方法。理解这些方法可避免不同电压的逻辑器件接口时出现问题，保证所设计的电路数据传输的可靠性。

1逻辑电平不同，接口时出现的问题

在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件相互接口时会存在三个主要问题：第一是加到输入和输出引脚上的最大允许电压的限制问题；第二是两个电源间电流的互串问题；第三是必须满足的输入转换门限电平问题。器件对加到输入脚或输出脚的电压通常是有限制的。这些引脚有二极管或分离元件接到Vcc。如果接入的电压过高，电流将会通过二极管或分离元件流向电源。例如3V器件的输入端接上5V信号，则5V电源将会向3V电源充电，持续的电流将会损坏二极管和电路元件。在等待或掉电方式时，3V电源降落到0V，大电流将流到地，这使总线上的高电平电压被下拉到地。这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的：不管是在3V的工作状态或是0V的等状态都不允许电流直接流向Vcc。另外用5V的器件来驱动3V的器件有很多不同情况，各种电路间的转换电平也存在不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并要有足够的容限保证不损坏电路元件。

2可用5V容限输入的3V逻辑器件

3V的逻辑器件可以有5V输入容限的器件有LVC、LVT、ALVT、LCX、LVX、LPT和FCT3等系列。此外，还有不带总线保持输入的飞利浦ALVC也是5V容限。

2.1ESD保护电路

3V器件可以有5V的输入容限。一般数字电路的输入端都有一个静电放电（ESD）保护电路。如图1（a）所示，传统的CMOS电路通过接地的二极管D1、D2对负向高电压限幅实现保护，正向高是则由二极管D3箝位。这种电路为了防止电流流向Vcc电源，最大输入电压被限制在Vcc+0.5V。对Vcc为3V的器件来说，当输入端直接与大多数5V器件输出端接口时允许的输入电压太低大多数3V系统加到输入端的电压可达3.6V以上。有些3V系统可以使用两个MOS场效应管或晶体管T1、T2代替二极管D1、D2，如图1（b）所示。T1、T2的作用相当于快速剂纳二极管对高电压限幅。由于去掉了接到Vcc的二极管D3，因此最大输入电压不受Vcc的限制。典型情况下，这种电路的击穿电压在7～10V之间，因此可以适合任何5V系统的输入电压。

由上述分析可知，改进后具有ESD保护电路的3V系统的输入端可以与5V系统的输出端接口。

2.2总线保护电路

总线保护电路就是有一个MOS场效应管用作上拉或下拉器件，在输入端浮空（高阻）的情况下保护输入端处于最后有效的逻辑电平。图2（a）中的电路为一LVC器件总线保护电路，采取改进措施而使其输入端具有5V的容限。其基本原理如下：P沟道MOS场效应管具有一个内在的寄生二极管，它连接在漏极和衬底之间，通常源极与衬底是连在一起的，这就限制了输入电压不能高于Vcc+0.5V。现在的措施是用常闭接点S1将源极与衬底相连，当输入端电压比Vcc高0.5V时，比较器使S2闭合，S1断开，输入端电流不会通过二极管流向Vcc而使输入具有5V的容限。图2（b）是LVT和LAVT器件总线保持电路的例子。这种电路用了一个串联的肖特基二极管D，消除了从输入到Vcc的电流通路，从而可以承受5V输入电压。对于3V的总体保持LVC、LVT和ALVT系列器件可以承受5V的输入电压。但对于3V的ALVC、VCX等系列器件则不能，它们的输入电压被限制在Vcc+0.5V。

图3是用于3VCMOS器件输出电路的简化形式。当输出端电压高于Vcc+0.5V（二极管压降）时，P沟道MOS场效应管的内部二极管会形成一条从输出端到Vcc的电流通路。这种电路在与5V器件相接时需要加保护电路。

图4是一种带保护电路的CMOS器件输出电路。当输出端电压高于Vcc时，比较器使S1开路，S2闭合，电流通路消失。这样在三态方式时就能与5V器件相接。

2.3biCMOS输出电路

LVT和ALVT器件的biCMOS输出电路如图5所示。它用双极NPN晶体管和CMOS场效应管来获得输出电压摆幅达到电源电压的要求。电流不会通过NPN双极晶体管回流到Vcc，但在P沟道MOS场效应管中的内在二极管仍然会形成一条从输出端到Vcc的电流通路（为了简化，图5中没有画出该二极管）。因此这种电路不能接高于Vcc的电压。

对图5电路所加的保护电路如图6所示。增加了反向偏置的肖特基二极管，用以防止电流从输出端流到Vcc。图6中的输出端与5V驱动器共用一条总线。在三态方式时，电路可以得到保护。当出现总线争夺即两个驱动器都以高电平驱动总线时，比较器将P沟道MOS场效应管断开。当3V器件处于等待方式而3V电源为0时，比较器和肖特基二极管可以起保护作用。

3接口电路的有关参数

了解了3V器件为什么具有5V容限后，在MSP430与LSTTL、HCMOS、CMOS电路实现相互联接之间，要先了解各种电路和器件的参数，如表1所示。

表1各种电路和器件参数

参数

电路电源电压范围输入电平输出电平

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接口实现

不同电源电压的逻辑器件相互接口时存在的主要问题是逻辑信号电平的配合问题，就是前级电路输出的电平要满足后级电路对输入电平的要求。此外还有负载电流的配合问题，即前级电路的输出电流应大于后级电路对输入电流的要求，同时不应造成器件损坏。还有就是在高速或有严重干扰的场合，必须考虑接口对系统和抗干扰性能带来的不良影响。这里主要讨论逻辑信号电平的配合问题。因为对于负载电流配合问题只是一个带负载能力。而抗干扰问题则用本文中提到的方法都可以忽略。

4.1LSTTL-MSP430

如表1所示，LSTTL电路的高电平输出电压VOH约为2.7V，MSP430的高电平输入约为0.8VCC，LSTTL电路的低电平输出电压VOL约为0.4V，MSP430的低电平输入电压VIL的0.2VCC。如果0.8Vcc小于2.7V且0.2Vcc大于0.4V时，不存在逻辑信号电平的配合问题，可以直接连接。如果0.8Vcc大于2.7V或0.2Vcc小于0.4V时，就出现了逻辑信号电平的配合问题。为了增大LSTTL电路的输出高电平，利用TI公司的LVC系列。从表1中可以看到LVC系列产品的高电平输出电压和低电平输出电压都符合要求。

4.2CMOS-MSP430

在接口时使CMOS和MSP430使用同一电源，例如3V电源可以直接驱动。如果实际情况不允许，则根据1表，通过ALVT系列的器件就可以实现CMOS驱动MSP430。

4.3HCMOS-MSP430

同上述CMOS分析一样，同样选用ALVT来驱动MSP430。

4.4MSP430驱动LSTTL、CMOS和HCMOS

MSP430的输出引脚（P0.x、P1.x、P2.x、P3.x、P4.x、Oy）都有规定的外接电阻。外接电阻的大小取决于电源电压Vcc的大小。如果输出电流比规定的要大，就需要输出驱动器。图7所示为限制MSP430输出电流的电阻最小值。设计以Vcc=3V，通过这些器件可以驱动需要大电流的LSTTL、HCMOS和CMOS电路接口。

5两种电平移位器件

5.1双电源电平移位器74LVC4245

74LC4245是一种双电源的电平移位器，如图8所示。5V端用5V电源作为Vcc(A)，而3V端则用3V作为Vcc(B)。它的功能类似于常用的收发器74LVC245，所不同的是用两个电源而不是一个电源。74LVS4245的电平移位在其内部进行。双电源能保证两边端口的输出摆幅都能达到满电源幅值，并且有很好的噪声抑制性能。因此该器件用来驱动5VCMOS器件是很理想的。缺点是增加了功耗。

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1引言

《计算机接口技术》课程是计算机科学与技术专业的一门专业主干课程，是大学本科生掌握计算机硬件基础知识和常用接口技术的入门课程[1]。课程由微型计算机工作原理和微处理器、汇编语言程序设计、常用接口技术三个部分组成。该课程目的使学生通过本门课程的学习，掌握计算机系统的构成，建立起整机概念，并培养学生具有一定的独立分析和解决问题的能力，为后续课程的学习以及将来的工作奠定坚实的基础。但由于本门课程是一门实践性很强的课程，并且具有知识点多、概念抽象、理论性强等特点，学生掌握起来并非易事，就以往学生的反应，此门课程学习难度大，知识不易理解，普遍存在“重软件、轻硬件”的现象，大大降低了学生的学习热情，动手实践能力的培养也受到很大的限制，如何能够提高学生学习热情，激发学生的学习欲望，是需要解决的问题，笔者结合多年的教学经验和教学实践，在实验教学过程中进行了一些教学改革的初步探索。

2引用

proteus仿真软件Proteus嵌入式系统仿真与开发平台是英国labcenterelec⁃tronics公司开发，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台。它包括原理图编辑与仿真软件包isis和布线编辑软件包ares两部分组成。Proteus7.5SP3及其以上版本新增对8086CPU及其相关接口芯片的仿真。硬件实验设备由于结构固定、资源有限且成本高、损耗大以及寿命低等缺点，pro⁃teus的引用对于改善教学实验环境，激发学生学习知识的求知欲，以及学习兴趣，提高教学效果，是一个不错的选择，此外，学生只要在自己的电脑上安装proteus软件后，可以不受时间和空间的限制，进行设计仿真操作，既节约了成本，又能充分发挥学生自己的思维和想象，对实验教学来说是一个课堂的延伸[2]。对于8086来说，将其编写好的源程序可通过外加EMU8086编译器生成.exe文件，然后在proteus上进行仿真，达到教学目的。Proteus的引用不仅可在实验教学上使用，也可在理论教学中使用，教师可以在课堂上边讲理论知识，边进行教学演示，直观形象，使学生对生涩难懂的知识进行有效的消化、吸收，是教学的有力的辅助工具。实践证明，引用proteus，达到了提高教学效果的目的，更加利于学生学习兴趣的培养。Proteus是教学的一个有利的补充，但它只是一个仿真软件，不能完全代替实物实践，仿真实验和实验箱上的实验还是有区别的，由于实际电路运行时表现的各种电气特性等，使在proteus上调通的，在硬件上不一定能够成功的实现，基于以上认知，采取proteus仿真实验和实物实验相结合的方法进行教学。要求学生先课下通过proteus软件进行仿真，模拟实验效果，再到实验室进行实际硬件电路的操作，查看实验效果，这种教学搭配，充分利用proteus仿真软件的形象直观性，增强学生好奇心，激发学生学习热情，同时提高学生的学习效率，达到更好的学习效果。

3课时安排

计算机接口技术课程主要分为微机原理、汇编语言程序设计和接口技术三大模块，共64学时，为兼顾各个模块之间的承上启下以及知识的连续性，主要分配学时如下表1：微机原理主要讲授微机基本知识，如微处理器、微型计算机、微机系统的概念以及微机的结构和工作原理、时序知识、指令系统等，汇编语言程序设计涉及内容有汇编语言源程序的格式、变量属性、分支结构、循环结构和子程序设计，接口技术涉及内容有存储器、输入输出接口、常用I/O接口芯片等。实践教学在整个课程中起着重要作用，通过实践，对理论知识进行消化和理解，同时学生的动手能力能够得到很好的锻炼，培养学生分析解决问题的能力，做到理论与实践有效的结合，实践教学总学时16学时，具体分配如下表2，其中汇编语言程序设计部分安排4学时，由于此部分上机实践只需计算机即可，不需其他硬件，学生在课上学习好程序的设计和调试方法后，可以利用课下时间在图书馆或宿舍完成作业和上机实践，节约课上学时，为其他内容的讲授提供充足的时间。接口技术实验共分为6次实验，分别为proteus的使用、8259中断控制器、8255并行接口芯片、8253定时计数器以及A/D、D/A转换。每次实验安排2学时，要求学生课下提前预习，为下次实验做充分的准备，保证每次实验顺利地进行，完成相应的实验任务。其中proteus的使用这一实验安排1次，是因为在本门课程学习之先，学生已学习过《电路制图与仿真》这门课程，此门课程主要介绍proteus软件的使用，因此在proteus的实验主要介绍EMU8086编译器的使用，学会使用proteus进行8086的仿真。常用接口芯片部分的5次实验均设置了基本实验部分和提高部分两个层次，其中基本部分要求每一个学生必须完成，按照电路原理图进行连线，编写实验程序，完成实验效果。提高部分要求学生在完成基本部分后，有余力的学生可对电路进行设计并编写相应的程序改善接口的性能。每一个层次的实验，要求学生进行现场演示。

4实验考核

实验评分标准分为实验操作部分、现场提问环节以及实验报告三个部分组成。学生抽签决定实验考核内容，并进行现场演示，教师根据学生实验操作过程、结果以及对现场的提问回答情况等形式进行现场评分，以激励学生学习主动性，达到教学目的。实验操作部分占实验总成绩的比例为50%，现场提问环节所占比例为30%，实验报告占20%，其中实验报告要求学生重点报告在实验过程中遇到什么问题，以及解决此问题的思路和方法以及实验的心得体会，避免抄袭和实验报告的形式化。

5充分利用多媒体

在进行实验教学过程中，充分利用多媒体，提升教学效果。为提高学生学习的热情，对于在实验过程中难懂的知识点，可以采用动画进行直观形象的演示，使学生更加能够领会实验的内容和目的，便于理解和记忆。

6结论

《计算机接口技术》是一门理论性和实践性都很强的课程，对于此门课程的教学也是一个不断学习和探索的过程。对于本门课程的改革实践，实验教学效果有了很大改善，学生主动性、学习热情有所提高。此课程是一门公认的教师难教、学生难学的课程[3]。随着时代的发展，计算机接口技术课程也应与时俱进，需要不断完善教学体系，更新教学内容，寻求新的教学方法，提高教学效果，充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的综合能力、科学素质，为社会培养更多高素质的复合型人才。本课程的改革是一项长期艰巨的任务，需要不断探索和完善。

作者:鄢艳红 单位:广州中医药大学医学信息工程学院

参考文献：

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首先，机电接口被应用在机电一体化系统中能够作为模拟信号的输入接口而存在，通常在机电一体化系统的运行过程中，对于机械系统的运行状态信号的传递是由传感器或者变送器负责，而接收并且模拟机械系统的输出信号的则是机电接口。其原因是由于运行状态的信号多为模拟的电压或者电流信号，而电子系统对这些信号无法做到有效的识别和控制，只有通过机电接口对这些信号进行接收以及模拟，才能通过电子系统对这些信号进行有效的分辨，达到将机械系统和电子系统两者有效结合形成一个整体的目的。其次，机电接口被应用在机电一体化系统中能够作为模拟信号的输出接口而存在，在机电一体化系统的正常运行过程中，不仅电子系统对于机械系统的输出信号无法有效的识别和控制，机械系统对于直接由电子系统的输出信号也无法做到有效的识别和控制，智能有机电接口来实现两者之间的有效连接，机电接口能够对计算机的输出信号转换成机械系统能够识别的模拟电压信号或者模拟电流信号，帮助电子系统实现对机械系统的智能化和信息化控制，完成机电一体化系统正常运行的目的。最后，机电接口能够作为机电一体化系统中的开关信号通道接口而存在。在机电一体化系统的有效运转过程中，不仅要对机械系统和电子系统的实时连接做好接口设置工作，还有许多需要需要处理的开关闭合和断开信号、指示灯的显示与熄灭信号、继电器和接触器的吸合与释放信号等等需要处理，这些信号的模拟、输入以及输出同样需要用到机电接口。因此机电接口也能够作为保证机电一体化系统中的开关信号的正常运转的开关信号通道接口而存在。

2人机接口在机电一体化系统中的运用

人机接口在机电一体化系统中的作用主要是负责将技术人员的指令翻译成相关的信号输送到机电系统中，进行控制指令与动作指令之间的信息交换，保证机电一体化系统能够在工作人员的控制和管理下正常运转。因此人机接口在机电一体化系统中的运用主要是作为拔盘输入接口、键盘输入接口以及键盘输出接口而存在。其中拨盘输入接口的功能主要是负责机电一体化系统中系统参数的修正与控制作用，能够帮助工作人员对机电一体化系统中的诸多参数信息完成相关的调整工作，而键盘输入接口则是作为向电子技系统中的计算机键盘输入和输出接口而存在，其能够帮助电子系统中计算机与键盘之间的有效连接，其中电子系统的键盘又可以分为编码键盘和非编码键盘，两者分别具有不同的优势和劣势，然而总体都能够满足电子系统中计算机正常运转的诸多功能上的要求。

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2软件设计

数据处理接口模块的软件主要由硬件初始化、自测试程序、周期数据收发和命令响应四大功能组成。其中周期数据的收发包含消息层和数据层两个层次。消息层负责命令的辨识和数据的组织搬运，数据层负责协议的执行和发送接收等底层任务。数据层基本数据帧的格式见图4所示。这里的同步字、数据长度、校验方式由主机在初始化时确定。其中校验方式可选择两种，若采用和校验，则检验位占用1字节；若使用CRC校验，校验位占2字节。在周期数据收发的数据层中，RS422链路分为测控链路和任务链路两部分。测控链路用于检测设备的连通性和硬件的正确性，任务链路用于任务系统之间的通信。因此，将用于测控通信的链路设计为无链接协议链路，将用于任务通信的链路设计为有链接协议链路。有链接协议的任务链路的状态转移图见图5所示。任务链路的工作原理是：上电后首先进行通信测试，主端首先发送LTST，若从端回复ALTST为正常，测试完成后，转入空闲工作状态；空闲状态时主从定期进行握手操作，当主机存在发送命令时，转入消息发送状态，当从端发来数据帧前导码LHDR时主端转入消息接收状态；消息发送完成后会进行发送检查，如果从接收无误会发来ACK握手信号，当出现超时或从发来NACK信号时进行重新发送状态，重试超过门限进入通信测试状态；消息接收状态时若消息正确则进入空闲状态，若接收超时或消息错误时发送NACK通知主端重新发送，当错误次数超门限时进入通信测试状态。

3低功耗设计

简易无人机携带燃料有限，而实际任务中往往又要求其尽可能长时间的滞空，这就要求各类设备尽可能地以较小的功耗完成较多的功能。因此本文从硬件软件等不同层面设计来降低模块的功耗。降低功耗总的来说有关闭无用功能、减少无用操作和合理器件选型三个方法。在不使用DSP内部的AD、eCAN、SCI等资源时，可将对应的资源的时钟HSPCLK和LSPCLK关闭，同时不使能这些资源，以达到降低功耗的目的。作为降压型线性电源，TPS74401芯片的耗散功率PD＝（VIN－VOUT）×IOUT，即电源的转换效率取决于输入输出电压差的大小，因此在电源转换电路的设计上应在满足电源芯片的最小dropoutvoltage的情况下尽量减小LDO器件输入输出电压差，可提高转换效率减少发热功耗，本文中1．8V电源由最接近1．8V电压的3．3V电源转换而来。为保持较好的信号完整性，模块上的印制板走线阻抗均按照单端50Ω差分100Ω控制。在RS422的发送端和接收端进行阻抗匹配以优化信号质量。在发送端使用33Ω串联匹配方式，接收端采用120Ω并联匹配方式，由于正常工作时差分电平约±5V，为降低直流功耗在并联匹配电阻处串接一10pF电容，这样既满足瞬态的信号完整性要求，也可在稳态时达到隔离直流，减小匹配电阻上直流功耗的目的。详见图6所示。在软件设计方面，采用定时查询和中断接收相结合的方式，减少DSP对外设的多余操作，避免不必要的轮询操作所产生的功率消耗。本文介绍的串行数据接口板在今后的改进设计中，可以注意合理的器件选型，以达到降低功耗的目的。例如：现设计中1．8V电源转换效率为54％，今后可结合实际电流消耗状况选用合适的开关电源代替线性电源［4］，并使开关电源工作在中等或较重负载状态，可提高电源效率至80％左右；现有设计中CPLD动态功耗约为0．7W，由于该模块中逻辑占用资源并不多，因此后期可考虑用更小功耗的中小规模可编程逻辑器件替换。目前现有设计中未考虑模块的睡眠唤醒功能，今后可结合主机实际的需求，添加相应功能的电路，以降低待机功耗。

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微机原理与接口技术是电子信息类理工科的一门重要专业基础课。内容涵盖微机原理、汇编语言程序设计及微机接口技术，兼顾硬件和软件2个方面，该课程的特点是概念抽象，实践性强。实践教学对于学生理解课程内容，培养学生动手能力是十分重要的。

二、《微机原理与接口技术》实践教学现状

随着高等教育正在由知识型教育向能力培养为中心的教育进行转变，电子信息类课程的实践教学环节都大大加强。但由于受到硬件实验环境与实验内容制约，特别是《微机原理与接口技术》实践教学只发生了量变而非质变，仍处于滞后的位置。

在目前的教学中，《微机原理与接口技术》实践教学存在以下几个方面的问题：

（1）实验内容固定陈旧，大都是些传统接口芯片功能的验证实验，由于实验台上的芯片资源有限，不具备进行多芯片组合的综合型实验的条件。大部分学校进行的还都是8位接口芯片的实验，而现在常用的大部分是32位64位的接口，实验内容过时。同时一些多核处理器，pci—express总线，sata接口技术等一些新技术根本没有涉及[1]。

（2）实验平台落后，实验平台芯片资源少，扩展性差，只能进行一些简单的功能验证实验，实验内容也因芯片种类和实验台架构固定而不易调整，不能发挥学生的创新能力。平台外设简单，无法激发学生的兴趣。

（3）实验技术落后，很多学校还采用的是搭积木式的设计方法进行教学[2]，学生的实验灵活性小，大都是按图连线，下载程序的操作，限制了学生的设计创新能力的培养。WWW.133229.cOm实验简单抽象，大都是些芯片功能上的验证，启发性小。

（4）重软轻硬，实验重点大都集中在汇编语言的编写，学生很少能自主的设计电路，也无法了解芯片的结构以及时序，更不能自己设计芯片，大大限制了学生动手能力的培养[3]。

微机接口技术被广泛应用于电子信息各个领域，因此《微机原理与接口技术》是门应用性很强的课程，学生通过学习达到在掌握理论的基础上，能运用所学知识解决一些实际问题的能力。但因为在实践教学中存在以上问题，学生在学完这门课程后，大都停留在了解几个常用接口芯片的常用工作方式的层面上。这和高等教育“培养应用型创新人才”的目标是不相符的。

三、将fpga技术与《微机原理与接口技术》实践教学相结合

fpga（现场可编程逻辑阵列）技术[4，8]，用户可以通过硬件编程语言重新配置芯片内部的电路，同时fpga芯片中有丰富的逻辑单元，可以满足设计复杂电路的需要，用fpga技术对微机接口实验平台进行改进，正好弥补了现有平台，芯片资源少，扩展性差，电路设计受限的缺点。配上usb，sata接口，液晶屏等新型外设以及相应ip核，学生便可以进行一些新的接口技术的实验，增强了实验的趣味性，也加强了学生动手能力的培养。同时由于fpga技术的广泛应用，很多大学也开设了相关课程，但大都从硬件语言和sopc(可编程片上系统)两方面作手[5]，知识跨度大，而且学生缺少复杂逻辑与接口设计的实践机会，将fpga教学引入《微机原理与接口技术》实践教学正好弥补了这一空缺。在熟练掌握电路设计的基础上，学生可以运用微机接口，组成原理，体系结构，数字逻辑等知识设计多模块的系统，使学生通过实践教学将计算机多门硬件基础课程融合成一个有机的整体。

四、基于fpga的《微机原理与接口技术》实践教学方法

1.改进实验硬件环境

我们学校《微机原理与接口技术》是一门重要的计算机专业基础课，多年来一直努力探索实践教学的改革方法。我们与xilinx(赛灵思)公司建立了联合实验室，并自主研发了基于fpga的微机接口实验平台[6]。该平台采用多模块“乐高”思想分为：芯片组板、fpga扩展板、外设板等三个部分并且可以灵活组合，便于调整与维护。芯片组板可以用来进行传统的接口实验，fpga板可以用来学习硬件编程，同时还有配套的用verilog实现8255，8253，8251接口芯片的逻辑，将其下载到fpga中可以代替相应的接口芯片。因为fpga中丰富的逻辑资源，学生可以在fpga中配置多个接口芯片，并且可以用fpga实现16位、32位接口芯片，从而设计复杂的接口电路。fpga中还可以配置多种cpu架构如80x86，8051的ip核，可以建立多种系统架构。pc机与实验平台是采用fpga逻辑配合桥接芯片实现pci总线接口转isa总线接口，支持硬件在线编程与调试，同时提供相应的实验供学生学习pci总线接口与isa总线接口。外设板上在传统外设的基础上还提供了液晶屏，usb接口，ddrⅱ接口，spi接口，传感器等新型外设，实验结果的验证方法将更加丰富有

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趣，大大提供了学生的兴趣，并且可以根据实验和开发的需要，组装成新的io外设板。总体上因为fpga技术与新型外设的引入大大增强了实验平台的扩展型，而且实验平台功能丰富可用于学生毕业设计，电了竞赛等综合型实验中。

2．改进实践教学的内容

在以前的实验内容基础上，用ise软件仿真接口芯片，简化以前芯片功能验证的实验，学生通过软件仿真可以很清楚的了解接口芯片和总线接口的工作时序，不用硬件连线便可以得到接口芯片各方式下的波形，从而缩短芯片功能验证实验的时间，将更多的时间用在接口芯片电路的设计上。在学生了解各接口芯片的工作方式后，便可用fpga仿真的接口芯片与板载芯片配合设计一些多芯片电路，解决一些实际问题，如车辆计数系统，点歌系统等，可让学生自由发挥，极大发挥创造性，锻炼学生的动手能力。在学生熟练的掌握硬件编程语言的情况下，学生可以自己编写接口逻辑，实现与外设的通信。增加pci总线接口，isa总线接口，8051架构，usb，ddr接口驱动的实验，扩展学生的视野，将学生的知识与现实应用紧密联系起来。鼓励有兴趣的，学有余力的学生充分利用实验台上的外设扩展进行综合性实验，为电子竞赛与毕业设计打基础。

3.新实践教学方法的推进

在教学方法的推广上，采用以点带面的方式，为有兴趣的同学开展微机及接口技术的实训培训，由学生自愿报名择优参加。由于实验内容贴近应用，且有趣新颖，学生报名踊跃。经过两期实训班，实训成果明显，已有多名同学开始自主申请科研项目并获得校级基金资助（例如正在进行的项目有：数控直流稳压电源（立项编号：kycx110403z）和基于压电传感器和个人计算机构成的体温信号实时监测系统（立项编号：kycx110411z）），同时在期刊上公开发表科技论文[7,8]。同时教学中采用“以竞赛促学习”的模式，在实训班之外成立兴趣小组，组织同学们参加挑战杯、全国和省级电子设计大赛、xilinx openhw等相关比赛，调动学生的积极性，在比赛中培养学生的团队能力，增强同行业内的交流。通过一系列新型实践教学方法的运用，学生动手解决问题的能力大大加强，毕业学生的能力得到用人单位的认可和好评。

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1　引言

激光具有波长单一和良好的方向性，所以和传统的探测方法相比，激光探测具有精度高，抗干扰能力强等特点，在激光测距、激光雷达、激光告警、激光制导、目标识别等军事领域，都得到了广泛应用。针对不同武器系统的需求，激光探测系统接口呈现出多样性。

近年来，随着应用需求和集成化度的增加，激光探测系内部、激光探测系统和各武器平台之间集成了不同厂商的硬件设备、数据平台、网络协议等，由此带来的异构性给探测系统的互操作性、兼容性及平滑升级能力带来了问题。

对激光探测系统而言，接口技术的设计是整个系统集成的关键技术。一个激光探测系统的设计、实施，有很大的工作量是在接口的处理上，好的接口设计可以提高系统的稳定性、运行效率、升级能力等，本文以激光探测系统接口技术为研究对象，着重分析其接口技术类型、设计考虑因素和验证方法。

2　激光探测系统几种主要接口技术

接口是多要素或多系统之间的公共边界部分，对激光探测系统的接口包括机械接口、电气接口、电子接口、软件接口等，本文着重讨论电子接口。按物理电气特性划分，常用的激光探测系统接口类型可分为以下几类：

1　TTL电平接口：最通用的接口类型，常用做系统内及系统间接口信号标准。驱动能力一般为几毫安到几十毫安，在激光探测系统中主要应用是作为长距离的总线数据和控制信号的传输

2　CMOS电平接口：速度范围与TTL相仿，驱动能力要弱一些。

3　ECL电平接口：为高速电气接口，速率可达几百兆，但相应功耗较大，电磁辐射与干扰与较大。

4　LVDS电平接口：在标准中推荐的最大操作速率是655Mbps，电流驱动模式，信号的噪声和EMI都较小。

5　GTL接口电平：低电压，低摆幅，常用作背板总线型信号的传输，虽然使用频率一般在100MHz以下，但上升沿一般都比较陡，特别是对沿敏感的信号，如时钟信号。

6　RS-232电平接口：为低速串行通信接口标准，电平为±12V，用于DTE与DCE之间的连接。RS-232接口采用不平衡传输方式，收、发端的数据信号是相对于信号地的电平而言，其共模抑制能力低，传输距离近，多用于点对点接口通讯。

7　RS-422/RS-485接口：采用平衡方式传输，采用差分方式，使其在通讯速率、抗干扰性和传输距离较RS-232接口有较大改善。多用于多点接口通迅。RS485电平接口可驱动32个负载，忍受-7V到12V共模干扰。

9　光隔离接口：能实现电气隔离，更高速率的器件价格较昂贵。

10　线圈耦合接口：电气隔离特性好，但允许信号带宽有限

11　以太网：经常采用的是10Base-T和100Base-T两种主流标准，主要应用激光探测系统和分系统之间的接口通讯和数据传输。以太网接口具有性价比高、数据传输速率高、资源共享能力强和广泛的技术支持等众多优点。

12　USB接口：USB总线接口是一种基于令牌的接口，USB主控制器广播令牌，总线上的设备检测令牌中的地址是否与自身相符，通过发送和接收数据对主机作出响应，其最大的优点是安装配置简单。

3　激光探测系统接口方案设计考虑因素

随着大规模数字处理芯片和高速接口芯片的迅猛发展，激光探测系统也呈现出智能化、小型化、模块化的趋势。在激光探测系统中，信息接口的设计逐渐向标准化、网络化、多节点、高速等方向展

3.1　接口信号传输中的干扰噪声

3.1.1　接口信号传输中的主要干扰形式

a)串模干扰：杂散信号通过感应和辐射的方式进入接口信道的干扰。串模干扰的产生原因主要是传输中插件等所产生的接触电势、热电势等噪声引起的。

b) 共模干扰：干扰同时作用在两根信号往返线上，而且幅指相同。共模干扰产生的原因，主要是传输线路较长，在发送端和接收端之间存在着接地的电位差。

3.1.2　接口信号传输中的抗干扰措施

a)传输线的选择

为了抑制由于杂散电磁场通过电磁感应和静电感应进入信道的干扰，接口传输线应尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地，而且屏蔽层的接地要于激光探测系统一端浮地的结构形式配合，不要将屏蔽线层当作信号线和公用线。

b)传输线的平衡和匹配

采用平衡电路和平衡传输结构是抑制共模干扰的有力措施。目前广泛使用的是差分式平衢性线电路，例如RS-422/RS-485标准串口电路。

接口信号传输时还要考虑与传输线特性阻抗的匹配问题。一般长线传输的驱动器接收器都适用于驱动特性阻抗为50Ω—150Ω的同轴电缆和双绞线，一般接口接收器的输入阻抗要比传输线的特性阻抗大，因此要设法将两者匹配，最好将发送端和接收端匹配。

控制信号线的具体配置：控制信号线要和强电、数据总线、地址总线分开，尽量选用双绞线和屏蔽线，并将屏蔽层接地。

c)隔离技术：电位隔离是常用的抗干扰方法，接口信号采用光电隔离和电磁隔离可以切断接口内外线路的电气连接，从而减弱露流、地阻抗耦合等传导性干扰的影响。

3.2　接口硬件的选择原则：

3.2.1　为各类接口选择合适的总线接口芯片、接口总线，并设计具体的接口电路。

3.2.3　选择接口芯片时应根据激光探测系统CPU/MPU类型，总线类型／宽度和系统所完成的功能并按照高效、经济、可靠，方便、简单的原则来确定。

3.2.4　设计具体的接口电路应具体考虑电源问题

3.2.5　数据／命令的锁存和驱动

激光探测系统内部及激光探测系统和其他系统间实施数据／命令传输时，一般采用数据锁存技术来适应双方读写的时间要求。

3.3　接口的实时性

由于激光探测系统对数据处理和传输的实时性要求很高，设计时要使时钟抖动、通道间时延、工作周期失真以及系统噪声最小化，所以设计接口时尽量选用高通讯速率和同步工作方式。

接口软件的设计原则

同步通讯系统软件设计要充分考虑数据流量的控制，最好在数据发送方发送数据时每隔一段时间插入一段空闲时间，从而保证数据同步传输的可靠性。

异步通讯系统软件设计要充分考虑合理的数据校验方式，可以根据系统要求选择冗余校验、校验和、冗余校验的方法。

4　激光探测系统接口方案设计验证

构建高速有效的激光探测系统接口是非常有挑战性的，并且设计者需要在设计接口前后就考虑多个因素，详细的系统级的验证都是必须的。

4.1　设计前的验证

基于指令集模拟器和硬件模拟器软硬件模拟技术是一种高效、低代价的系统验证方法。接口设计软件采用汇编，C，C++等语言编写，用户编写的接口源程序经过交叉编译器和连接器编译，输入到软件指令集模拟器进行软件模拟。而接口硬件验证则采用硬件描述语言如VHDL设计，经过编译后由硬件模拟器模拟。但设计前的验证也有一定的局限性，比如只能验证数字接口和验证环境理想化等缺点。这些都需要设计后的验证

4.2　设计后的验证

最常见的验证方法是制作模拟激光探测系统内部接口和系统间外部接口的通用信号源，通用信号源可以模拟探测系统内部的如主回波、时统、显示、键盘等信号，也可以模拟输入外部操控命令，并将激光探测系统状态、测量数据等信息显示输出。

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一、前言

微机原理与接口技术是电子信息类理工科的一门重要专业基础课。内容涵盖微机原理、汇编语言程序设计及微机接口技术，兼顾硬件和软件2个方面，该课程的特点是概念抽象，实践性强。实践教学对于学生理解课程内容，培养学生动手能力是十分重要的。

二、《微机原理与接口技术》实践教学现状

随着高等教育正在由知识型教育向能力培养为中心的教育进行转变，电子信息类课程的实践教学环节都大大加强。但由于受到硬件实验环境与实验内容制约，特别是《微机原理与接口技术》实践教学只发生了量变而非质变，仍处于滞后的位置。

在目前的教学中，《微机原理与接口技术》实践教学存在以下几个方面的问题：

（1）实验内容固定陈旧，大都是些传统接口芯片功能的验证实验，由于实验台上的芯片资源有限，不具备进行多芯片组合的综合型实验的条件。大部分学校进行的还都是8位接口芯片的实验，而现在常用的大部分是32位64位的接口，实验内容过时。同时一些多核处理器，PCI―Express总线，SATA接口技术等一些新技术根本没有涉及[1]。

（2）实验平台落后，实验平台芯片资源少，扩展性差，只能进行一些简单的功能验证实验，实验内容也因芯片种类和实验台架构固定而不易调整，不能发挥学生的创新能力。平台外设简单，无法激发学生的兴趣。

（3）实验技术落后，很多学校还采用的是搭积木式的设计方法进行教学[2]，学生的实验灵活性小，大都是按图连线，下载程序的操作，限制了学生的设计创新能力的培养。实验简单抽象，大都是些芯片功能上的验证，启发性小。

（4）重软轻硬，实验重点大都集中在汇编语言的编写，学生很少能自主的设计电路，也无法了解芯片的结构以及时序，更不能自己设计芯片，大大限制了学生动手能力的培养[3]。

微机接口技术被广泛应用于电子信息各个领域，因此《微机原理与接口技术》是门应用性很强的课程，学生通过学习达到在掌握理论的基础上，能运用所学知识解决一些实际问题的能力。但因为在实践教学中存在以上问题，学生在学完这门课程后，大都停留在了解几个常用接口芯片的常用工作方式的层面上。这和高等教育“培养应用型创新人才”的目标是不相符的。

三、将FPGA技术与《微机原理与接口技术》实践教学相结合

FPGA（现场可编程逻辑阵列）技术[4，8]，用户可以通过硬件编程语言重新配置芯片内部的电路，同时FPGA芯片中有丰富的逻辑单元，可以满足设计复杂电路的需要，用FPGA技术对微机接口实验平台进行改进，正好弥补了现有平台，芯片资源少，扩展性差，电路设计受限的缺点。配上USB，SATA接口，液晶屏等新型外设以及相应IP核，学生便可以进行一些新的接口技术的实验，增强了实验的趣味性，也加强了学生动手能力的培养。同时由于FPGA技术的广泛应用，很多大学也开设了相关课程，但大都从硬件语言和SOPC(可编程片上系统)两方面作手[5]，知识跨度大，而且学生缺少复杂逻辑与接口设计的实践机会，将FPGA教学引入《微机原理与接口技术》实践教学正好弥补了这一空缺。在熟练掌握电路设计的基础上，学生可以运用微机接口，组成原理，体系结构，数字逻辑等知识设计多模块的系统，使学生通过实践教学将计算机多门硬件基础课程融合成一个有机的整体。

四、基于FPGA的《微机原理与接口技术》实践教学方法

1.改进实验硬件环境

我们学校《微机原理与接口技术》是一门重要的计算机专业基础课，多年来一直努力探索实践教学的改革方法。我们与Xilinx(赛灵思)公司建立了联合实验室，并自主研发了基于FPGA的微机接口实验平台[6]。该平台采用多模块“乐高”思想分为：芯片组板、FPGA扩展板、外设板等三个部分并且可以灵活组合，便于调整与维护。芯片组板可以用来进行传统的接口实验，FPGA板可以用来学习硬件编程，同时还有配套的用Verilog实现8255，8253，8251接口芯片的逻辑，将其下载到FPGA中可以代替相应的接口芯片。因为FPGA中丰富的逻辑资源，学生可以在FPGA中配置多个接口芯片，并且可以用FPGA实现16位、32位接口芯片，从而设计复杂的接口电路。FPGA中还可以配置多种CPU架构如80X86，8051的IP核，可以建立多种系统架构。PC机与实验平台是采用FPGA逻辑配合桥接芯片实现PCI总线接口转ISA总线接口，支持硬件在线编程与调试，同时提供相应的实验供学生学习PCI总线接口与ISA总线接口。外设板上在传统外设的基础上还提供了液晶屏，USB接口，DDRⅡ接口，SPI接口，传感器等新型外设，实验结果的验证方法将更加丰富有趣，大大提供了学生的兴趣，并且可以根据实验和开发的需要，组装成新的IO外设板。总体上因为FPGA技术与新型外设的引入大大增强了实验平台的扩展型，而且实验平台功能丰富可用于学生毕业设计，电了竞赛等综合型实验中。

2．改进实践教学的内容

在以前的实验内容基础上，用ISE软件仿真接口芯片，简化以前芯片功能验证的实验，学生通过软件仿真可以很清楚的了解接口芯片和总线接口的工作时序，不用硬件连线便可以得到接口芯片各方式下的波形，从而缩短芯片功能验证实验的时间，将更多的时间用在接口芯片电路的设计上。在学生了解各接口芯片的工作方式后，便可用FPGA仿真的接口芯片与板载芯片配合设计一些多芯片电路，解决一些实际问题，如车辆计数系统，点歌系统等，可让学生自由发挥，极大发挥创造性，锻炼学生的动手能力。在学生熟练的掌握硬件编程语言的情况下，学生可以自己编写接口逻辑，实现与外设的通信。增加PCI总线接口，ISA总线接口，8051架构，USB，DDR接口驱动的实验，扩展学生的视野，将学生的知识与现实应用紧密联系起来。鼓励有兴趣的，学有余力的学生充分利用实验台上的外设扩展进行综合性实验，为电子竞赛与毕业设计打基础。

3.新实践教学方法的推进

在教学方法的推广上，采用以点带面的方式，为有兴趣的同学开展微机及接口技术的实训培训，由学生自愿报名择优参加。由于实验内容贴近应用，且有趣新颖，学生报名踊跃。经过两期实训班，实训成果明显，已有多名同学开始自主申请科研项目并获得校级基金资助（例如正在进行的项目有：数控直流稳压电源（立项编号：KYCX110403Z）和基于压电传感器和个人计算机构成的体温信号实时监测系统（立项编号：KYCX110411Z）），同时在期刊上公开发表科技论文[7,8]。同时教学中采用“以竞赛促学习”的模式，在实训班之外成立兴趣小组，组织同学们参加挑战杯、全国和省级电子设计大赛、Xilinx OPENHW等相关比赛，调动学生的积极性，在比赛中培养学生的团队能力，增强同行业内的交流。通过一系列新型实践教学方法的运用，学生动手解决问题的能力大大加强，毕业学生的能力得到用人单位的认可和好评。

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1单片机及接口技术课程教学现状

单片机及接口技术是高等学院计算机、通信等专业开设的一门重要的专业课，是一门面向应用、技术性和实践性极强的专业课程。由于该门课程概念较多，内容抽象，学生在学习过程中，既要理解抽象的单片机的硬件组成和工作原理，又要掌握汇编语言指令，还要应用这些知识进行程序设计，才能完成一个完整的应用系统。以往的教学主要依靠理论课堂教学和有限的验证性实验，学生很少能够有机会运用理论知识解决工程设计的实际问题，这种教学模式不利于培养学生独立思考问题的能力和解决问题的能力，也不利于具有创新精神的高素质专业人才的培养。因此，尽管学生完成了该门课程理论与实验学习任务，但在面对具体应用时仍然存在知识运用能力较差的现象[1]，其原因主要有：（1）授课方式单一，难提兴趣目前单片机及接口技术教学仍然采用理论讲授为主，实验为辅的传统授课方式，形式单一，枯燥，学生觉得知识理解不到位，只能靠硬背，造成学习缺乏主动性，难以建立学习兴趣[3]。（2）教材偏重理论，工程知识不足目前大部分单片机及接口课程教材，偏重于理论知识的讲解，很少提到在实际工程中的具体应用方法，学生很少有机会了解所学知识在实际中的作用，学习缺乏成就感，学生学习缺乏兴趣。（3）实验内容陈旧，缺乏创新课程配置的实验以验证性实验为主，缺乏设计性和综合性实验，缺乏生动实例，且实验内容陈旧、新意和趣味性不足，不利于学生动手能力和知识运用能力的培养。（4）学生个体意识强烈，缺乏团队合作传统教学过程中，学生都是以个体形式学习，教师很少组织学生开展团队协作任务，导致学生缺乏团队协作精神，难易建立良好的沟通交流能力。鉴于此，针对目前单片机及接口技术课程教学过程中存在的问题，在总结以往成功教学经验的同时，全方位对单片机及接口技术课程进行教学改革，从理论课的授课方式、内容、手段到实验课的设计，从自主学习网络平台的构建，到科学、合理的考核评价体系，让学生从构思、设计、实施，开展多种形式的学习活动，注重学生运用新知识、新技术的能力，强调学生创新能力、交流沟通能力以及团队合作能力的培养。通过该课程一系列改革实施，为推动其他相关课程改革，培养具有应用创新能力强、适应社会发展需要的高质量计算机专业技术人才，将具有十分积极的意义和作用。

2单片机及接口技术课程教学改革措施

以培养应用型创新人才为出发点，改革该课程传统教学模式，积极探索新的教学方法和教学模式，坚持以教师为主导，以学生为主体，以培养学生应用创新能力和增强实践能力为目标，以“夯实基础、培养能力、开拓思维、注重创新、面向应用”为指导思想，强化理论教学与实践教学相结合、实践与科研相结合、科研与工程实际相结合，构建全新的单片机及接口技术教学改革新体系，下面，就提出的具体改革举措进行详细探讨。（1）注重创新引导，构建一体化、灵活的教学新模式单片机及接口技术课程是一门应用性非常强的课程，应当重点突出对学生应用创新能力的培养，主要措施有：①建立以教师为主导、学生为主体的教学原则，增加学生课堂活跃时间，让学生积极参与到课堂活动中，强烈的参与感能够充分发挥学生学习主动性，建立学习兴趣[2]。②引入灵活多样的教学方法：引入先进的教学方法，如演示法、模仿法、对比法、项目驱动法、案例法、团队协作法等，营造轻松和谐的课堂气氛，激发学生学习兴趣，从而增加教学效果。③优化课堂授课内容，通过引入实际工程项目，让学生能够了解如何运用所学的理论知识解决实际问题，注重学生实践应用能力的培养。（2）实验教学改革①建立三级实验教学体系：按着基础训练型综合设计型研究创新型三级层次组织实验教学，注重培养学生动手能力与创新能力[3]。②引进科研项目：尽可能地将科研成果引入到实验教学中，通过让学生不同程度地介入科研课题，了解科研过程和科研方法，适应应用型创新人才培养的需要[4]。③培养团队合作精神:设计团队合作题目，采取组内合作模式完成题目，充分调动和发挥学生的主观能动性，增强学生的参与感和自信心，培养学生的团队协作能力与沟通能力。④实验室全面开放：可以充分发挥实验室的作用，调动学生通过实验手段探索新知识的积极性。实验室的开放应包括时间和内容的开放，不断发挥学生学习的主动性、创造性。（3）搭建学生自主学习与课程管理网络平台该网络平台依托校园网，突破空间和时间的限制，不但可以实现学生自主学习以及教师对课程的信息化管理，更重要地是为师生之间、学生之间的实时讨论和交流提供了一个互动平台[5]。从理论知识的学习、课程安排、考勤、实验过程控制、成绩管理以及领域内最新的技术、新应用等前沿信息。（4）建立多元化的考核体系，突出综合素质将理论考核、实践能力考核以及系统设计、创新能力评价等多种方式结合起来[6]，对学生掌握知识、运用知识和创新能力做出综合、科学、合理的评价。并通过开放实验、竞赛、科研活动、科技发明、论文写作等多种途径为学生提供更多的获得创新实践的机会，突出综合素质培养[7]。

3结束语

通过基于应用型创新人才培养模式下的《单片机及接口技术》课程教学改革与实践，取得了显著的成果。首先，通过新的教学模式在教学实践中的实施，帮助学生建立学习兴趣，培养发现问题、解决问题的能力，培养学生的专业素养。其次，通过单片机及接口技术自主学习与课程管理网络平台的建设，不但可以使学生强化基础知识，而且可以学到更多的专业新知识，有利于学生自主学习；再次，利用该课程网络平台可以加强学生与教师之间的沟通和联系。

【参考文献】

［1］周欣欣,徐纯森,雷宇凌,郭树强,吴云.单片机及接口技术课程教学改革与实践[J].无线互联科技,2015,16:106-107.

［2］孙墨杰,刘海峰,钟莉,岳云飞.提高大学生课堂学习质量的方法与对策[J].东北电力大学学报,2013,33(03):84-86.

［3］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,2010,01:117-119.

［4］赵东辉,金长虹,靳建峰,朱劲松.基于工作过程的“单片机及接口技术”课程的教学改革[J].中国电力教育,2011,07:78-79.

［5］张兰河,徐恒铎,郭静波,徐小惠.污染控制微生物学教、学、研新型互动平台的构建[J].东北电力大学学报,2013,33(1/2):165-167.

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参考文献:

[1] 胡汉才,单片机原理及接口技术[M]. 北京,航空工业出版社,1998:145-200.

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电子信息工程专业作为实践性、应用性非常强的理工科专业，学生必须具备扎实的基础理论知识，具有较强的实验技能，今后才能顺利地从事电子设备和信息系统的维护和研发。要实现这个目标，必须十分重视相关课程的建设，搞好实验教学改革。而单片机原理与接口技术课程作为电子信息专业的一门专业主干课程，其应用性非常强，设计性实验开设质量对于学生今后就业、工作至关重要。

一、教学现状

单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业核心课程之一，理论的重要性不言而喻，但在实验教学方面大都还是停留在传统的实验模式上，离培养学生实践动手能力和创新精神还有差距。很多学生反映，课程学习下来理论基本掌握了，验证性实验也能顺利完成，但要真正完成一个实际项目时，却无从入手。出现这种现象原因是多方面的，笔者认为主要有：

1.教学模式方面的原因。传统教学方式中，教师主要注重于理论的完整性和知识结构的完备性。理论上从单片机的结构讲起，然后讲汇编指令和c语言编程，再讲硬件接口及相关的程序编写，最后讲一两个实例，课时也就差不多用完了，再想讲其他东西就没有时间了。实验也注重基本原理和基本方法的训练，为了让学生认识单片机的基本组成和基本指令，所开出的实验就占了大部分实验课时，最后只能做几个综合性实验或做一个简单的设计，这样就结束了整个课程的学习。

2.教师方面的原因。自从高校扩招以后，学生的数量剧增，而教师并没有同比例增长，教师承担的课时量太大，教学压力过重。具体到单片机原理与接口技术这类专业性和实验性都非常强的课程，存在着精力投入不够的问题。如果要改革实验教学的模式，以设计性实验为主的话，教师就要投入非常多的精力。

3.评价体系方面的原因。就评价体系而言，目前通行的仍然是以分数的高低来评价学生学习成绩的好坏。一般采用平时成绩、实验成绩、考试成绩各占总成绩的一定比例来得到学生课程的最后得分。对有些课程来说这种方法是比较科学的，但对单片机原理与接口技术课程，就会存在这些问题：学生成绩不低，但一旦面临实际问题时，无从入手，没有达到本课程的教学目标。

二、解决对策

为提高单片机原理与接口技术课程教学质量，培养学生解决实际问题的能力，笔者认为，提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点，应该从以下几点来改革：

1.教学模式。提出和采用新的教学模式，实验开设要特别注重开出的设计性实验质量。新的教学模式主要包含理论教学和实验教学两个方面。在理论教学中，单片机的结构和基本指令讲解要精，应通过实例来将相关的知识串起来，力求通过具体实例的讲解达到以较少的理论课时就让学生真正掌握单片机的结构和指令的目的。在实验方面，则采用以开设设计性实验为主、验证性实验为辅的方法，并提高实验课的课时数。适量开设验证性实验，在课堂内只做1～2个，而将大部分实验内容放在课堂外，由学生通过开放实验室单独完成。增加较多的设计性实验，供学生选做，在教师精心指导下，让学生在课外准备，课内完成，切实提高学生的实战技能。

2.教师自身的定位。教师应自觉提高自身做项目的能力，并保证足够的精力投入到教学中去。教师要注重平时积累，一方面，要自己动手，精心制作好几个作品。另一方面，也可以通过提出选题，指导学生去做，将完成后的作品及文档全部存档。只要通过2～3年的积累，就可以形成难度、层次区分较为合理的项目选题库和作品库，既为后续班级的教学创建了良好的条件，对后续学生的实验起到示范和引领作用，又为今后的教学工作减轻了负担。要做好这些，就要求教师充分明确自身职责，牢固树立以教学为中心的观念，保证有足够的精力投入教学中。

3.评价体系。作为评价体系，要改变传统的基本是以分数论英雄的模式。单片机原理与接口技术课程如果只是掌握了一些理论知识而没有实战能力，分数再高都不能算是学好。作为对学生的评价，笔者认为一定确立以实践能力为主体的评价体系，通过对学生做的项目难易程度、项目完成的效果等验收情况来给出合适的评价。

三、设计性实验开设与评价体系建立中要注意的几个问题

想搞好单片机原理与接口技术课程建设，提高学生的实战能力，就要以设计性实验的开设为重点来进行整体设计。笔者认为需要特别注意抓好以下四个衔接：

1.理论与实验的衔接。理论教学是单片机原理与接口技术课程教学中必不可少的组成部分，但其开设方式不能采用传统的教学方法，而应设计出一种项目教学或称为专题讲授的形式来进行。首先，要讲透基础部分，笔者认为可以分成单片机的内部结构、单片机的指令系统、程序编写的基本思想、硬件接口构建等四个专题进行。其次，要针对课程特点，做好五个简单项目，如外部中断的使用、定时器中断的使用、并口的扩展、串口通信、ad和da转换。最后，要对相关知识点全面整合，综合演练，实战2～3个较为复杂的综合性项目，进行原理图分析、算法设计和程序分析，并制作出作品进行演示。按这种思路设计，理论教学大致课时数为36～48个课时，实验课时数为24～36个课时。

据此分析，实验教学则应充分重视设计性实验的开设。与理论教学相对应，每讲完一个项目，就要依托该项目开设一个设计性实验，每个实验3～5个课时。通过简单的5个项目和较复杂的2～3个项目的训练后，学生能掌握单片机开发和设计与实物制作的基本方法和技能。当积累了2～3年后，有了很多已成功的项目可参照时，不同的学生就可以选做不同的设计性项目。在进行单片机原理与接口技术的课程设计时，则应要求学生在设计性实验的基础上进一步深化，将多个部分综合在一起设计制作一个更复杂、具有较完备功能的实际系统。这是一个由理论出发，通过基础实验、简单的设计性实验、复杂的设计性实验，最后完成复杂的课程设计过程，符合循序渐进的教学规律，实现了该课程理论与实践的完美结合。在此过程中，设计性实验的开设基本覆盖了单片机原理与接口技术课程的所有知识点，使学生牢固掌握基本理论，熟练掌握基本设计思路，综合应用基本设计方法，从而达到学以致用的根本目的。

2.验证性实验与设计性实验的衔接。验证性实验是指为验证已经学习过的理论知识所设置的实验；设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。验证性实验作为一种传统的教学方法，在现在的实验教学中也还有一定的作用，可为设计性实验的开设提供一些必要的基础。现在的验证性实验一般是在相应的实验箱上完成，通过开设1~2个验证性实验可让学生了解单片机的基本构成和基本工作原理，所以在开设设计性实验前开设验证性实验是非常必要的。同时，一些设计性实验的开设可在实验箱上对验证性实验进行改造而成，特别是对于开始的简单的设计性实验更是如此。比如一些验证性实验，所有的电路硬件在实验箱中是现成的，同时给出相应的实验程序范例，学生就可以在实验箱上进行验证，对所做实验的功能进行分析。教师只需要在理论教学时将程序流程图和涉及的算法讲述清楚，最后要求学生去编写程序，然后再进行功能验证即可。采用这么一种由验证性实验作为基础并进行改造的方法对于以基本原理的掌握为目标的简单的设计性实验具有很强的可操作性，有利于验证性实验到设计性实验的自然衔接。

3.课堂与课外的衔接。设计性实验开设要做好课堂与课外的衔接。因为设计性实验是要学生自行设计实验方案并加以实现的实验，所有的实验方案不可能仅在几个课时的实验课上完成，主要工作要在课外完成。一方面，实验方案的制订、原理图的设计、实物的制作等主要在课外完成，实验课中主要是在教师的指导下进行调试和测试。另一方面，设计性实验很难一次性成功，往往需要多次尝试、反复修正才行，这些必须在课外完成。要使设计性实验真正达到较好的效果，除了在理论教学中要注重和实验教学衔接外，课外的衔接尤其重要，要做好实验室开放，让学生在课外能够较方便地利用实验室的资源，也应鼓励学生采购一些比较简单的单片机开发工具，如简易开发版、烧录器等。

4.评价标准的再定位与评价体系建立的思路。验证性实验往往只涉及一门课程的一个章节或一个知识点的内容，学生通过验证性实验，可以使所学理论知识具体化和形象化，加深对所学知识的理解与掌握，培养基本动手能力。设计性实验突出它的自主设计性，可以是单一知识的运用，也可以是多知识点的综合运用，给出实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现，所以设计性实验带有试探性、研究性，在时间上也需要课内与课外相结合。

由于验证性实验与设计性开设的目标不同，所以最终的考核方式也不同。对于验证性实验，教师可以直接根据学生所做的实验报告评判其实验成绩。传统的做法是百分制。一般每个实验成绩包括三个部分：实验预习（20分）、实验操作（40分）、实验报告（40分）。使用传统的百分制，可以评价学生是否掌握了基本理论和设计方法。但设计性实验所涉及的知识点数量不同，综合运用的效果不同，设计方案是否得当，步骤是否简易可行，实验的成本、效率是否令人满意等等，都不能一概而论，因此需要结合各方面进行综合的评定。设计性实验的考核要贯穿这样一个原则：淡化结果，注重过程。对于设计性实验我们更重视学生在整个设计过程中的表现，而测定结果只作为考核的次要因素。学生在设计方案中是否有独到新颖的想法，整个实验思路逻辑是否清楚，实验过程是细节严密还是顾此失彼，结果是否可信等都是评定设计实验成绩的重要因素。考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神，以及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。

因此，设计性实验不宜采用传统的百分制，笔者认为，宜采用优、良、中、及格、不及格5个档次来进行评定。首先明确“优”和“及格”的标准，在“优”的标准下，适当下降一点作为“良”的标准，“及格”标准高一点作为“中”，达不到“及格”标准的就判定为“不及格”。比如，每一个项目都设定多个指标，完全达到指标并有所创新的评为“优”；完全达到指标而无创新的可评为“良”；实现主要指标可评为“中”；实现部分指标，能体现设计者掌握了基本相关基础知识则可评为“及格”；没有实现任何指标，或没有做的评定为“不及格”。这样就应在设定实验指标上着手，针对具体的实验进行不同的设定，才能比较准确地定性评价学生的实验能力，这一点仍需在实践中不断探索和改进。

四、结语