微机原理课程

课程改革趋势

课程内容与发展趋势:

"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。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,滞后于市场的应用与需求。

通过引入FPGA(现场可编程门阵列)技术,借助片上丰富的逻辑单元,用FPGA技术对微机接口实验平台进行改进,可以满足设计复杂电路的需要,弥补了现有平台芯片资源少,扩展性弱,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。

推荐的课程改革思路:

在以前的实验内容基础上,用Vivado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描述语言的情况下,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,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模块化外设扩展进行综合性实验,为电子竞赛与毕业设计打基础。

开课教师所面临的挑战:

由于传统实验箱上的芯片资源有限,不具备进行多芯片组合的综合型实验的条件。如果所有教学实验内容完全停留在8位接口芯片层面,便与现在业界广泛使用的32位64位接口有所脱节。

如何结合多核处理器,PCI—Express总线,SATA接口技术等一些业界商用技术,紧跟时代步伐是一大挑战。

传统实验内容也因芯片种类和实验台架构固定而不易调整,学生的实验灵活性受限,大都是按图连线,下载程序的操作,难以发挥学生的创新能力。平台外设简单,激发学生的兴趣的功能有限。

重软轻硬,实验重点大都集中在汇编语言的编写,学生自主设计电路的时间和机会较少,为了解芯片的结构以及时序造成了挑战。

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推荐开课平台

  • 推荐理由

      基于28nm工艺Artix 7系列FPGA平台帮助学生有效掌握:
    • 汇编语言对接口编程方法以及C语言和汇编语言的关系,通过运用HDL设计相关的接口IP核
    • 方便设计与实现类似8254、8259与8255的接口IP核,另外帮助学生了解USB接口,DDR接口
    • 在FPGA中配置多种CPU架构如80x86,8051的ip核,可以建立多种系统架构
    • 可结合触摸屏实验,带有西文字模LCD显示屏控制IP核实验
    • 标准的外设接口(Pmod)方便衔接4X4键盘实验,蓝牙实验,数字录音机实验。提升学生兴趣
    • Nexys4DDR能够有效衔接“计算机组成原理”,”编译原理”,“操作系统”,“计算机系统综合课程设计”等多门课程实验及课程设计。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

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