時(shí)間：2023-03-16 15:49:45
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛(ài)發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇接口技術(shù)論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
（一）內(nèi)涵
機(jī)電接口主要就是機(jī)電一體化產(chǎn)品中機(jī)械裝置與控制微機(jī)之間的接口，其是基于機(jī)電一體化而產(chǎn)生的。機(jī)電接口根據(jù)信息傳輸方向的不同，可以分為信息采集接口、輸出接口[1]。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，傳感器是一種較為常用的設(shè)備，在輸出信號(hào)的時(shí)候，一般采用模擬量方式進(jìn)行檢測(cè)，時(shí)刻掌握發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且檢測(cè)差動(dòng)變壓器位置。然而，在輸出控制量的時(shí)候，存在一個(gè)比較特殊的形式，就是數(shù)字系統(tǒng)。機(jī)電接口技術(shù)主要就是研究機(jī)電系統(tǒng)各項(xiàng)組成技術(shù)與子系統(tǒng)連接問(wèn)題的綜合技術(shù)，其主要包括電子技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等，共同構(gòu)成了一個(gè)綜合系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了信息的交互與融合，在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。機(jī)電接口主要是由硬件與軟件共同構(gòu)成，在機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行中，與環(huán)境及操作者之間成立一種有效連接，在物理通道中展開(kāi)信息與能量的輸入、轉(zhuǎn)換及傳輸。在信息轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需要進(jìn)行有效的交互與調(diào)整，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)的協(xié)調(diào)與綜合，保證各系統(tǒng)的有效運(yùn)行，充分發(fā)揮系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作目標(biāo)。
（二）分類
目前，機(jī)電接口主要包括以下幾種：智能接口、動(dòng)力接口、機(jī)電接口、人機(jī)接口[2]。智能接口應(yīng)用較為復(fù)雜，不同技術(shù)形式產(chǎn)生的信息形式也不同，并且在使用過(guò)程中，可以根據(jù)不同要求展開(kāi)相應(yīng)的改變。在各種信息轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)倪^(guò)程中，智能接口可以確保不同技術(shù)與子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)。動(dòng)力接口可以有效連接動(dòng)力源與機(jī)電系統(tǒng)，之后給予機(jī)電系統(tǒng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。在機(jī)電系統(tǒng)中，動(dòng)力類型有很多種，主要包括直流電、交流電、液壓等，在系統(tǒng)中運(yùn)用不同動(dòng)力類型的時(shí)候，需要選用不同的接口形式，確保系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。機(jī)電接口的作用就是實(shí)現(xiàn)各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的有效連接，并且將驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成執(zhí)行信號(hào)，在轉(zhuǎn)變的過(guò)程中滿足傳感器運(yùn)行要求。人機(jī)接口是機(jī)電系統(tǒng)與操作者之間存在的接口，通過(guò)這一接口，可以在操作者眼前呈現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并且有效監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人性化操作目標(biāo)。
二、機(jī)電一體化發(fā)展及其發(fā)展趨勢(shì)
（一）機(jī)電接口技術(shù)對(duì)機(jī)電一體化發(fā)展的影響
近些年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對(duì)一些事物的要求也在明顯提高。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)水平的提高，傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的技術(shù)需求，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與完善。從而在此形勢(shì)下，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其主要包括電子技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等，充分滿足了現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的技術(shù)要求。在機(jī)電一體化技術(shù)初始發(fā)展中，只是將電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)進(jìn)行融合，接口十分簡(jiǎn)單、便捷[3]。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)水平也在不斷提升。目前，機(jī)電一體化技術(shù)不再是簡(jiǎn)單的機(jī)電一體化產(chǎn)品，逐漸形成了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其系統(tǒng)內(nèi)部接口也日益復(fù)雜。現(xiàn)階段，機(jī)電一體化技術(shù)研究越來(lái)越深入、成熟，然而，簡(jiǎn)單的技術(shù)研究已經(jīng)無(wú)法滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，需要充分重視其復(fù)雜性研究。針對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)而言，其復(fù)雜性較強(qiáng)，如果只是單純研究系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其集成理論，根本無(wú)法充分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的作用，為此，需要加深對(duì)機(jī)電接口技術(shù)的研究，在設(shè)計(jì)方面，加強(qiáng)對(duì)有關(guān)理論的融合，確保機(jī)電一體化系統(tǒng)的全面實(shí)施。在機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，越來(lái)越向智能化、系統(tǒng)化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，其系統(tǒng)內(nèi)部接口要求越來(lái)越高，不僅要確保接口技術(shù)與系統(tǒng)技術(shù)的有效融合，還要確保信息傳輸?shù)捻槙场?/p>
（二）機(jī)電一體化發(fā)展歷程及趨勢(shì)
機(jī)電一體化發(fā)展主要經(jīng)歷3個(gè)階段。一是，在20世紀(jì)50年代，電子技術(shù)發(fā)展越來(lái)越成熟，人們嘗試在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用電子技術(shù)，進(jìn)而刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的融合，初步產(chǎn)生機(jī)電一體化概念。二是，在20世紀(jì)80年代，機(jī)電一體化已經(jīng)發(fā)展了30來(lái)年，不管是技術(shù)還是產(chǎn)品性能都得到了很大的提升，技術(shù)更加成熟，產(chǎn)品性能更加健全。三是，在20世紀(jì)90年代末，微細(xì)加工技術(shù)、電子通信技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等得到了快速發(fā)展，并且逐漸融入發(fā)到了機(jī)電一體化當(dāng)中，使得機(jī)電一體化技術(shù)越來(lái)越成熟。我國(guó)機(jī)電一體化起步比較晚，現(xiàn)今已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能機(jī)電一體化建設(shè)取得了很大的進(jìn)步，在數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人制造中得到了廣泛運(yùn)用，促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。系統(tǒng)化發(fā)展使機(jī)械系統(tǒng)更加開(kāi)放，為多子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展與綜合管理提供了可靠依據(jù)。同時(shí)，在綠色生產(chǎn)概念下，機(jī)械綠色化也是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是人類保護(hù)生態(tài)環(huán)境資源的重要手段[4]。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)接口技術(shù)；教學(xué)改革；proteus
1引言
《計(jì)算機(jī)接口技術(shù)》課程是計(jì)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(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識(shí)和常用接口技術(shù)的入門課程[1]。課程由微型計(jì)算機(jī)工作原理和微處理器、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、常用接口技術(shù)三個(gè)部分組成。該課程目的使學(xué)生通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)，掌握計(jì)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(wèn)題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及將來(lái)的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但由于本門課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，并且具有知識(shí)點(diǎn)多、概念抽象、理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生掌握起來(lái)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(shí)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(dòng)手實(shí)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(wèn)題，筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)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(kāi)發(fā)平臺(tái)是英國(guó)labcenterelec⁃tronics公司開(kāi)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(jì)與仿真平臺(tái)。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(duì)8086CPU及其相關(guān)接口芯片的仿真。硬件實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，pro⁃teus的引用對(duì)于改善教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的求知欲，以及學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，是一個(gè)不錯(cuò)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(shí)間和空間的限制，進(jìn)行設(shè)計(jì)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(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō)是一個(gè)課堂的延伸[2]。對(duì)于8086來(lái)說(shuō)，將其編寫好的源程序可通過(guò)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(shí)驗(yàn)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(shí)，邊進(jìn)行教學(xué)演示，直觀形象，使學(xué)生對(duì)生澀難懂的知識(shí)進(jìn)行有效的消化、吸收，是教學(xué)的有力的輔助工具。實(shí)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(gè)有利的補(bǔ)充，但它只是一個(gè)仿真軟件，不能完全代替實(shí)物實(shí)踐，仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)箱上的實(shí)驗(yàn)還是有區(qū)別的，由于實(shí)際電路運(yùn)行時(shí)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(shí)現(xiàn)，基于以上認(rèn)知，采取proteus仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)。要求學(xué)生先課下通過(guò)proteus軟件進(jìn)行仿真，模擬實(shí)驗(yàn)效果，再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際硬件電路的操作，查看實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)安排
計(jì)算機(jī)接口技術(shù)課程主要分為微機(jī)原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和接口技術(shù)三大模塊，共64學(xué)時(shí)，為兼顧各個(gè)模塊之間的承上啟下以及知識(shí)的連續(xù)性，主要分配學(xué)時(shí)如下表1：微機(jī)原理主要講授微機(jī)基本知識(shí)，如微處理器、微型計(jì)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(shí)序知識(shí)、指令系統(tǒng)等，匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)涉及內(nèi)容有匯編語(yǔ)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(jì)，接口技術(shù)涉及內(nèi)容有存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、常用I/O接口芯片等。實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)課程中起著重要作用，通過(guò)實(shí)踐，對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行消化和理解，同時(shí)學(xué)生的動(dòng)手能力能夠得到很好的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力，做到理論與實(shí)踐有效的結(jié)合，實(shí)踐教學(xué)總學(xué)時(shí)16學(xué)時(shí)，具體分配如下表2，其中匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)部分安排4學(xué)時(shí)，由于此部分上機(jī)實(shí)踐只需計(jì)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(jì)和調(diào)試方法后，可以利用課下時(shí)間在圖書館或宿舍完成作業(yè)和上機(jī)實(shí)踐，節(jié)約課上學(xué)時(shí)，為其他內(nèi)容的講授提供充足的時(shí)間。接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)共分為6次實(shí)驗(yàn)，分別為proteus的使用、8259中斷控制器、8255并行接口芯片、8253定時(shí)計(jì)數(shù)器以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換。每次實(shí)驗(yàn)安排2學(xué)時(shí)，要求學(xué)生課下提前預(yù)習(xí)，為下次實(shí)驗(yàn)做充分的準(zhǔn)備，保證每次實(shí)驗(yàn)順利地進(jìn)行，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。其中proteus的使用這一實(shí)驗(yàn)安排1次，是因?yàn)樵诒鹃T課程學(xué)習(xí)之先，學(xué)生已學(xué)習(xí)過(guò)《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(shí)驗(yàn)主要介紹EMU8086編譯器的使用，學(xué)會(huì)使用proteus進(jìn)行8086的仿真。常用接口芯片部分的5次實(shí)驗(yàn)均設(shè)置了基本實(shí)驗(yàn)部分和提高部分兩個(gè)層次，其中基本部分要求每一個(gè)學(xué)生必須完成，按照電路原理圖進(jìn)行連線，編寫實(shí)驗(yàn)程序，完成實(shí)驗(yàn)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(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)并編寫相應(yīng)的程序改善接口的性能。每一個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。
4實(shí)驗(yàn)考核
實(shí)驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分為實(shí)驗(yàn)操作部分、現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)環(huán)節(jié)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)部分組成。學(xué)生抽簽決定實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、結(jié)果以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的提問(wèn)回答情況等形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分，以激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，達(dá)到教學(xué)目的。實(shí)驗(yàn)操作部分占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的比例為50%，現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)環(huán)節(jié)所占比例為30%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占20%，其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生重點(diǎn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到什么問(wèn)題，以及解決此問(wèn)題的思路和方法以及實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)，避免抄襲和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式化。
5充分利用多媒體
在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)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(duì)于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中難懂的知識(shí)點(diǎn)，可以采用動(dòng)畫進(jìn)行直觀形象的演示，使學(xué)生更加能夠領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和目的，便于理解和記憶。
6結(jié)論
《計(jì)算機(jī)接口技術(shù)》是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，對(duì)于此門課程的教學(xué)也是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和探索的過(guò)程。對(duì)于本門課程的改革實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有了很大改善，學(xué)生主動(dòng)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(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)接口技術(shù)課程也應(yīng)與時(shí)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(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生的綜合能力、科學(xué)素質(zhì)，為社會(huì)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(xiàng)長(zhǎng)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)：
[1]王志軍,楊延軍,王道憲.微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的層次化設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2012,31(1):105-106.
由于機(jī)械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)在性質(zhì)上有很大差別，兩者間的聯(lián)系須通過(guò)機(jī)電接口進(jìn)行調(diào)整、匹配、緩沖，因此機(jī)電接口起著非常重要的作用：
（1）行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。一般微機(jī)的I/O芯片都是TTL電平，而控制設(shè)備則不一定，因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；另外，在大負(fù)載時(shí)還需要進(jìn)行功率放大；
（2）抗干擾隔離。為防止干擾信號(hào)的串入，可以使用光電耦合器、脈沖變壓器或繼電器等把微機(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備在電器上加以隔離；
（3）進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換。當(dāng)被控對(duì)象的檢測(cè)和控制信號(hào)為模擬量時(shí)，必須在微機(jī)系統(tǒng)和被控對(duì)象之間設(shè)置A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，以保證微機(jī)所處理的數(shù)字量與被控的模擬量之間的匹配。
1、模擬信號(hào)輸入接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，反映被控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)是傳感器或變送器的輸出信號(hào)，通常這些輸出信號(hào)是模擬電壓或電流信號(hào)（如位置檢測(cè)用的差動(dòng)變壓器、溫度檢測(cè)用的熱偶電阻、溫敏電阻、轉(zhuǎn)速檢測(cè)用的測(cè)速發(fā)電機(jī)等）計(jì)算機(jī)要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，必須獲得反映系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)，而計(jì)算機(jī)只能接受數(shù)字信號(hào)，要達(dá)到獲取信息的目的，就應(yīng)將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的接口——模擬信號(hào)輸入接口。
2、模擬信號(hào)輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，控制生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行器的信號(hào)通常是模擬電壓或電流信號(hào)，如交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器、滑差電動(dòng)機(jī)調(diào)速器等。而計(jì)算機(jī)只能輸出數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào)，達(dá)到控制生產(chǎn)過(guò)程的目的，應(yīng)有將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的接口——模擬信號(hào)輸出接口。任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器，達(dá)到控制對(duì)象的目的。模擬信號(hào)輸出接口一般由控制接口、數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、多路模擬開(kāi)關(guān)和功率放大器幾部分構(gòu)成。
3、開(kāi)關(guān)信號(hào)通道接口。機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，需要經(jīng)常處理一類最基本的輸入/輸出信號(hào)，即數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）信號(hào)包括：開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)；指示燈的亮與滅；繼電器或接觸器的吸合與釋放；電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止；閥門的打開(kāi)與關(guān)閉等。這些信號(hào)的共同特征是以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)碼的每一位都可以代表生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)作為控制依據(jù)。
（1）輸入通道接口。開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入通道接口的任務(wù)是將來(lái)自控制過(guò)程的開(kāi)關(guān)信號(hào)、邏輯電平信號(hào)以及一些系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)關(guān)信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。這些信號(hào)實(shí)質(zhì)是一種電平各異的數(shù)字信號(hào)，所以開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入通道又稱為數(shù)字輸入通道（DI）。由于開(kāi)關(guān)信號(hào)只有兩種邏輯狀態(tài)“ON”和“OFF”或數(shù)字信號(hào)“1”和“0”，但是其電平一般與計(jì)算機(jī)的數(shù)字電平不相同，與計(jì)算機(jī)連接的接口只需考慮邏輯電平的變換以及過(guò)程噪聲隔離等設(shè)計(jì)問(wèn)題，它主要由輸入緩沖器、電平隔離與轉(zhuǎn)換電路和地址譯碼電路等組成。
（2）輸出通道接口。開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出通道的作用是將計(jì)算機(jī)通過(guò)邏輯運(yùn)算處理后的開(kāi)關(guān)信號(hào)傳遞給開(kāi)關(guān)執(zhí)行器（如繼電器或報(bào)警指示器）。它實(shí)質(zhì)是邏輯數(shù)字的輸出通道，又稱為數(shù)字輸出通道（DO）。DO通道接口設(shè)計(jì)主要考慮的是內(nèi)部與外部公共地隔離和驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)執(zhí)行器的功率。開(kāi)關(guān)量輸出通道接口主要由輸出鎖存器、驅(qū)動(dòng)器和輸出口地址譯碼電路等組成。
二、人機(jī)接口
人機(jī)接口是操作者與機(jī)電系統(tǒng)（主要是控制微機(jī)）之間進(jìn)行信息交換的接口。按照信息的傳遞方向，可以分為輸入與輸出接口兩大類。機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)輸出接口向操作者顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及結(jié)果等信息；另一方面，操作者通過(guò)輸入接口向機(jī)電系統(tǒng)輸入各種控制命令，干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。
1、輸入接口。
（1）撥盤輸入接口。撥盤是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常見(jiàn)的一種輸入設(shè)備，若系統(tǒng)需要輸入少量的參數(shù)，如修正系數(shù)、控制目標(biāo)等，采用撥盤較為方便，這種方式具有保持性。撥盤的種類很多，作為人機(jī)接口使用最方便的是十進(jìn)制輸入、BCD碼輸出的BCD碼撥盤。BCD碼撥盤可直接與控制微機(jī)的并行口或擴(kuò)展口相連，以BCD碼形式輸入信息。
（2）鍵盤輸入接口。鍵盤是一組按鍵集合，向計(jì)算機(jī)提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有：
1）編碼鍵盤，自動(dòng)提供被按鍵的編碼（如ASCII碼或二進(jìn)制碼）；
2）非編碼鍵盤，僅僅簡(jiǎn)單地提供按鍵的通或斷（“0”或“1”電位），而按鍵的掃描和識(shí)別，則由設(shè)計(jì)的鍵盤程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。前者使用方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；后者電路簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)。
2、輸出接口。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，發(fā)光二極管顯示器（LED）是典型的輸出設(shè)備，由于LED顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜，因此使用廣泛。常用的LED顯示器有7段發(fā)光二極管和點(diǎn)陣式LED顯示器。7段LED顯示器原理很簡(jiǎn)單，是同名管腳上所加電平高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。點(diǎn)陣式LED顯示器一般用來(lái)顯示復(fù)雜符號(hào)、字母及表格等，在大屏幕顯示及智能化儀器中有廣泛應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)：
接口技術(shù)是研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口問(wèn)題，使系統(tǒng)中信息和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換更加順暢，使系統(tǒng)各部分有機(jī)地結(jié)合在一起，形成完整的系統(tǒng)。接口技術(shù)是在機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展而變得越來(lái)越重要；同時(shí)接口技術(shù)的研究也必然促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。從某種意義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)功能要求選擇了各部分后所進(jìn)行的接口設(shè)計(jì)。接口的好與壞直接影響到機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制性能，以及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，因此接口技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
參考文獻(xiàn)：
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片上網(wǎng)絡(luò)借鑒了大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)，以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行處理器核間通信，圖1以3×3的mesh網(wǎng)絡(luò)為例示意了其基本結(jié)構(gòu)，主要包括如下組件：1）處理單元（ProcessElement，PE）：處理單元負(fù)責(zé)具體的計(jì)算及數(shù)據(jù)包的發(fā)起和接收，其中可包含處理器核（Core），協(xié)處理器（CP），存儲(chǔ)器（Mem）及I／O等資源；2）路由器（Router，R）：路由器通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路相互連接組成特定的網(wǎng)絡(luò)，并按照一定的路由算法和交換策略實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；3）網(wǎng)絡(luò)接口（NetworkInterface，NI）：網(wǎng)絡(luò)接口負(fù)責(zé)處理單元和路由器之間的數(shù)據(jù)交互，根據(jù)雙方的協(xié)議完成數(shù)據(jù)包的打包和解包工作；4）數(shù)據(jù)鏈路（Link）：數(shù)據(jù)鏈路連接相鄰的路由器，是信號(hào)傳輸?shù)妮d體。當(dāng)處理器間需要進(jìn)行通信時(shí)，數(shù)據(jù)包首先通過(guò)源節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)入路由器的輸入隊(duì)列，路由器再根據(jù)數(shù)據(jù)包中的路由信息計(jì)算其輸出方向，并將其轉(zhuǎn)發(fā)到相鄰的路由器，然后重復(fù)該過(guò)程直到數(shù)據(jù)包到達(dá)其目的節(jié)點(diǎn)。最后，數(shù)據(jù)包被目的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口接收，經(jīng)過(guò)解析之后，其數(shù)據(jù)被存放到處理單元的存儲(chǔ)器中供計(jì)算使用。
2單邊通信協(xié)議
根據(jù)蟲孔（Wormhole）交換策略［5］，一個(gè)數(shù)據(jù)包被劃分為若干個(gè)微片（flit），其中位于數(shù)據(jù)包最前端和最尾端的微片分別被稱為頭微片（headflit，HF）和尾微片（tailflit，TF），中間部分的微片則被稱為體微片（bodyflit，BF），這三種微片可進(jìn)一步通過(guò)微片類型編碼進(jìn)行區(qū)分。數(shù)據(jù)包的頭微片主要包含相關(guān)的路由信息，如源節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)（src＿x和src＿y）、目的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)（dst＿x和dst＿y），以及數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、冗余校驗(yàn)碼等信息，尾微片和體微片則包含了具體待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。此外，在具有多個(gè)虛通道的片上網(wǎng)絡(luò)中，微片中還包含了其所屬的虛通道號(hào)（vcid），以使不同數(shù)據(jù)包的微片可以在數(shù)據(jù)鏈路上混合傳輸，從而提高數(shù)據(jù)鏈路的帶寬利用率。為了減少處理器的干預(yù)、提高數(shù)據(jù)傳輸效率，本文對(duì)片上網(wǎng)絡(luò)采用單邊通信協(xié)議，其主要思想是在數(shù)據(jù)包中顯式地包含數(shù)據(jù)的目的地址。圖2示意了本文使用的數(shù)據(jù)包格式：一個(gè)數(shù)據(jù)包由至多16個(gè)微片組成，每個(gè)微片的數(shù)據(jù)負(fù)荷為32位；第一個(gè)微片為頭微片，包含了路由信息及數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度信息；第二個(gè)微片包含了一個(gè)32位的目的地址，該地址指定了后續(xù)數(shù)據(jù)在目的節(jié)點(diǎn)中應(yīng)被存放的位置；后續(xù)微片則包含了具體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。這種將目的地址包含在數(shù)據(jù)包中的單邊通信方式使網(wǎng)絡(luò)接口能直接將接收到的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，而無(wú)需處理器進(jìn)行干預(yù)，因此有助于提升網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)接收能力。
3網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)接口（NI）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收工作，是處理單元與片上網(wǎng)絡(luò)通信的接口。一方面，NI監(jiān)聽(tīng)從網(wǎng)絡(luò)到達(dá)該節(jié)點(diǎn)的微片，組裝成完整的數(shù)據(jù)包，然后通知DMA控制器根據(jù)接收到的目的地址將數(shù)據(jù)存放到存儲(chǔ)器中；另一方面，NI從處理器接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包后傳入片上網(wǎng)絡(luò)。因此，NI的處理器端和網(wǎng)絡(luò)端需分別滿足嵌入式總線協(xié)議（本文采用AHB總線［6］）和基于信用量（credit）的流控協(xié)議。以具有兩個(gè)虛通道（分別用VC0和VC1表示）的片上網(wǎng)絡(luò)為例，圖3示意了本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口結(jié)構(gòu)，其中上半部為網(wǎng)絡(luò)接收部分，下半部為網(wǎng)絡(luò)發(fā)送部分。在網(wǎng)絡(luò)接收部分，每個(gè)虛通道都對(duì)應(yīng)了一個(gè)接收隊(duì)列、數(shù)據(jù)包隊(duì)列、目的地址寄存器和DMA寫控制器（wDMA）。數(shù)據(jù)包的解析和接收是由接收控制狀態(tài)機(jī)和wDMA控制器協(xié)同實(shí)現(xiàn)的，圖4示意了兩者的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系與協(xié)同工作方式。一方面，接收控制狀態(tài)機(jī)對(duì)接收隊(duì)列中的微片進(jìn)行解析，剝離vcid和微片類型等信息后，將有效數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)包隊(duì)列；接收控制狀態(tài)機(jī)檢測(cè)到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包后，就通知相關(guān)的wDMA控制器直接將接收到的數(shù)據(jù)搬移到存儲(chǔ)器中。另一方面，DMA寫控制器（wDMA）接收到DMA傳輸請(qǐng)求之后，首先從數(shù)據(jù)包隊(duì)列中讀取出第一個(gè)微片，并將其記錄為后續(xù)數(shù)據(jù)的目的地址；然后，wDMA控制器向AHB仲裁器發(fā)送總線請(qǐng)求信號(hào)，申請(qǐng)對(duì)總線的所有權(quán)；接下來(lái)，wDMA控制器發(fā)起AHB總線傳輸操作，將數(shù)據(jù)包隊(duì)列中的數(shù)據(jù)按照先前記錄的目的地址連續(xù)地存入存儲(chǔ)器中；等到數(shù)據(jù)包隊(duì)列為空之后，接收控制狀態(tài)機(jī)和wDMA控制器均返回空閑狀態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)送部分，處理器將待發(fā)送數(shù)據(jù)的起始地址（針對(duì)發(fā)送節(jié)點(diǎn)而言）和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寫入相關(guān)的DMA讀控制器（rDMA）中，再由rDMA將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器搬移到發(fā)送端的數(shù)據(jù)包隊(duì)列。發(fā)送控制狀態(tài)機(jī)再將數(shù)據(jù)包的目的地址（針對(duì)目的節(jié)點(diǎn)而言）與數(shù)據(jù)包隊(duì)列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包后傳入網(wǎng)絡(luò)。另外，由于VC0和VC1可能同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包，因此在發(fā)送控制狀態(tài)機(jī)中還進(jìn)行了虛通道間的仲裁，仲裁的結(jié)果用于選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。為了簡(jiǎn)化接收控制狀態(tài)機(jī)對(duì)完整數(shù)據(jù)包的探測(cè)過(guò)程，規(guī)定網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度不能大于NI中數(shù)據(jù)包隊(duì)列的深度，以使數(shù)據(jù)包隊(duì)列可以存放一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包。在本文中，NI接收部分和發(fā)送部分的數(shù)據(jù)包隊(duì)列深度均被設(shè)置為16，因此網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包最長(zhǎng)不能超過(guò)16個(gè)微片。
4驗(yàn)證及性能分析
4.1驗(yàn)證及測(cè)試環(huán)境為了對(duì)設(shè)計(jì)的片上網(wǎng)絡(luò)傳輸接口進(jìn)行驗(yàn)證及性能測(cè)試，本文將網(wǎng)絡(luò)接口集成到了一個(gè)4×4mesh片上多處理器驗(yàn)證環(huán)境中，圖5示意了該多處理器的結(jié)構(gòu)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)均為一個(gè)基于AHB總線的小型系統(tǒng)，其中包含了一個(gè)小型RISC處理器（μP）、私有SRAM存儲(chǔ)器、片上網(wǎng)絡(luò)路由器及網(wǎng)絡(luò)接口。為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口的性能進(jìn)行對(duì)比分析，本文選取了并行FFT計(jì)算［7～10］作為應(yīng)用案例來(lái)對(duì)該16核系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試。其中，測(cè)試組采用本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)接口間的搬移采用DMA方式實(shí)現(xiàn)；而對(duì)比組采用非DMA操作的網(wǎng)絡(luò)接口，數(shù)據(jù)的搬移是以中斷的方式通知處理器μP干預(yù)實(shí)現(xiàn)。
4.2案例測(cè)試圖6給出了在16核系統(tǒng)中進(jìn)行單精度浮點(diǎn)FFT計(jì)算的結(jié)果，其中橫軸表示輸入序列長(zhǎng)度的對(duì)數(shù)，縱軸為計(jì)算過(guò)程所消耗的時(shí)鐘周期。從圖5可以看出，對(duì)比采用CPU干預(yù)型網(wǎng)絡(luò)接口的16核系統(tǒng)，采用DMA傳輸型網(wǎng)絡(luò)接口的16核系統(tǒng)具備了更高的并行計(jì)算性能。當(dāng)FFT序列長(zhǎng)度為1024時(shí)，本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口使FFT計(jì)算耗時(shí)降低了20％左右，且隨著FFT序列長(zhǎng)度的增加，DMA傳輸型網(wǎng)絡(luò)接口對(duì)16核系統(tǒng)并行計(jì)算性能的提升更加明顯。導(dǎo)致FFT計(jì)算性能提升的原因主要有兩點(diǎn)。1）由于本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口通過(guò)DMA方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)負(fù)荷的搬移，而非通過(guò)CPU進(jìn)行顯式的搬移，因此縮減了數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收延時(shí)，減低了處理器核間通信帶來(lái)的性能損耗；2）網(wǎng)絡(luò)接口采用的DMA傳輸方式減少了CPU對(duì)數(shù)據(jù)包的干預(yù)，使得CPU能更加專注地進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，因此應(yīng)用程序的并行計(jì)算性能得到了提升。
5結(jié)語(yǔ)
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(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及微機(jī)接口技術(shù)，兼顧硬件和軟件2個(gè)方面，該課程的特點(diǎn)是概念抽象，實(shí)踐性強(qiáng)。實(shí)踐教學(xué)對(duì)于學(xué)生理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力是十分重要的。
二、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀
隨著高等教育正在由知識(shí)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)都大大加強(qiáng)。但由于受到硬件實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制約，特別是《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)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(shí)踐教學(xué)存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定陳舊，大都是些傳統(tǒng)接口芯片功能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的芯片資源有限，不具備進(jìn)行多芯片組合的綜合型實(shí)驗(yàn)的條件。大部分學(xué)校進(jìn)行的還都是8位接口芯片的實(shí)驗(yàn)，而現(xiàn)在常用的大部分是32位64位的接口，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)時(shí)。同時(shí)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(méi)有涉及[1]。
（2）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)落后，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)芯片資源少，擴(kuò)展性差，只能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也因芯片種類和實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(tái)外設(shè)簡(jiǎn)單，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的興趣。
（3）實(shí)驗(yàn)技術(shù)落后，很多學(xué)校還采用的是搭積木式的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行教學(xué)[2]，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。WWW.133229.cOm實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單抽象，大都是些芯片功能上的驗(yàn)證，啟發(fā)性小。
（4）重軟輕硬，實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)大都集中在匯編語(yǔ)言的編寫，學(xué)生很少能自主的設(shè)計(jì)電路，也無(wú)法了解芯片的結(jié)構(gòu)以及時(shí)序，更不能自己設(shè)計(jì)芯片，大大限制了學(xué)生動(dòng)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(gè)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(guò)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(shí)解決一些實(shí)際問(wèn)題的能力。但因?yàn)樵趯?shí)踐教學(xué)中存在以上問(wèn)題，學(xué)生在學(xué)完這門課程后，大都停留在了解幾個(gè)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(shí)踐教學(xué)相結(jié)合
fpga（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列）技術(shù)[4，8]，用戶可以通過(guò)硬件編程語(yǔ)言重新配置芯片內(nèi)部的電路，同時(shí)fpga芯片中有豐富的邏輯單元，可以滿足設(shè)計(jì)復(fù)雜電路的需要，用fpga技術(shù)對(duì)微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，正好彌補(bǔ)了現(xiàn)有平臺(tái)，芯片資源少，擴(kuò)展性差，電路設(shè)計(jì)受限的缺點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性，也加強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。同時(shí)由于fpga技術(shù)的廣泛應(yīng)用，很多大學(xué)也開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程，但大都從硬件語(yǔ)言和sopc(可編程片上系統(tǒng))兩方面作手[5]，知識(shí)跨度大，而且學(xué)生缺少?gòu)?fù)雜邏輯與接口設(shè)計(jì)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，將fpga教學(xué)引入《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)正好彌補(bǔ)了這一空缺。在熟練掌握電路設(shè)計(jì)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(shí)設(shè)計(jì)多模塊的系統(tǒng)，使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐教學(xué)將計(jì)算機(jī)多門硬件基礎(chǔ)課程融合成一個(gè)有機(jī)的整體。
四、基于fpga的《微機(jī)原理與接口技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)方法
1.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)課，多年來(lái)一直努力探索實(shí)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(shí)驗(yàn)室，并自主研發(fā)了基于fpga的微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[6]。該平臺(tái)采用多模塊“樂(lè)高”思想分為：芯片組板、fpga擴(kuò)展板、外設(shè)板等三個(gè)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(lái)進(jìn)行傳統(tǒng)的接口實(shí)驗(yàn)，fpga板可以用來(lái)學(xué)習(xí)硬件編程，同時(shí)還有配套的用verilog實(shí)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?yàn)閒pga中豐富的邏輯資源，學(xué)生可以在fpga中配置多個(gè)接口芯片，并且可以用fpga實(shí)現(xiàn)16位、32位接口芯片，從而設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)是采用fpga邏輯配合橋接芯片實(shí)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(shí)提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)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(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)的需要，組裝成新的io外設(shè)板。總體上因?yàn)閒pga技術(shù)與新型外設(shè)的引入大大增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的擴(kuò)展型，而且實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能豐富可用于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)，電了競(jìng)賽等綜合型實(shí)驗(yàn)中。
2．改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容
在以前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基礎(chǔ)上，用ise軟件仿真接口芯片，簡(jiǎn)化以前芯片功能驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)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(shí)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，將更多的時(shí)間用在接口芯片電路的設(shè)計(jì)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(jì)一些多芯片電路，解決一些實(shí)際問(wèn)題，如車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)，點(diǎn)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(dòng)手能力。在學(xué)生熟練的掌握硬件編程語(yǔ)言的情況下，學(xué)生可以自己編寫接口邏輯，實(shí)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(dòng)的實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)展學(xué)生的視野，將學(xué)生的知識(shí)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用緊密聯(lián)系起來(lái)。鼓勵(lì)有興趣的，學(xué)有余力的學(xué)生充分利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的外設(shè)擴(kuò)展進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)，為電子競(jìng)賽與畢業(yè)設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。
3.新實(shí)踐教學(xué)方法的推進(jìn)
在教學(xué)方法的推廣上，采用以點(diǎn)帶面的方式，為有興趣的同學(xué)開(kāi)展微機(jī)及接口技術(shù)的實(shí)訓(xùn)培訓(xùn)，由學(xué)生自愿報(bào)名擇優(yōu)參加。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容貼近應(yīng)用，且有趣新穎，學(xué)生報(bào)名踴躍。經(jīng)過(guò)兩期實(shí)訓(xùn)班，實(shí)訓(xùn)成果明顯，已有多名同學(xué)開(kāi)始自主申請(qǐng)科研項(xiàng)目并獲得校級(jí)基金資助（例如正在進(jìn)行的項(xiàng)目有：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源（立項(xiàng)編號(hào)：kycx110403z）和基于壓電傳感器和個(gè)人計(jì)算機(jī)構(gòu)成的體溫信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（立項(xiàng)編號(hào)：kycx110411z）），同時(shí)在期刊上公開(kāi)發(fā)表科技論文[7,8]。同時(shí)教學(xué)中采用“以競(jìng)賽促學(xué)習(xí)”的模式，在實(shí)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(guó)和省級(jí)電子設(shè)計(jì)大賽、xilinx openhw等相關(guān)比賽，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，在比賽中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)能力，增強(qiáng)同行業(yè)內(nèi)的交流。通過(guò)一系列新型實(shí)踐教學(xué)方法的運(yùn)用，學(xué)生動(dòng)手解決問(wèn)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(píng)。
我們有針對(duì)性開(kāi)發(fā)的微機(jī)接口技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整方便組裝靈活，教師通過(guò)學(xué)術(shù)交流、互聯(lián)網(wǎng)等手段快速了解相關(guān)技術(shù)動(dòng)態(tài)后，可快速調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新行技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)。接下來(lái)，準(zhǔn)備在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上建立相關(guān)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，加強(qiáng)課堂和課外聯(lián)系，使微機(jī)原理和接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)廣大學(xué)生真正做到完全開(kāi)放。
關(guān)鍵詞：原機(jī)原理，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，接口技術(shù)
中圖分類號(hào)：G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16727800（2011）012019302
基金項(xiàng)目：湖南省光電課程組教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，衡陽(yáng)師范學(xué)院教研課題（Jykt201007）；湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011FJ3097）
作者簡(jiǎn)介：龍祖強(qiáng)（1974-），男，湖南湘鄉(xiāng)人，博士，衡陽(yáng)師范學(xué)院副教授，研究方向?yàn)槟：刂评碚摷皯?yīng)用；張登玉（1962-），男，湖南祁陽(yáng)人，博士，衡陽(yáng)師范學(xué)院教授，研究方向?yàn)榱孔庸鈱W(xué)與量子信息；許岳兵（1962-），男，湖南岳陽(yáng)人，碩士，衡陽(yáng)師范學(xué)院講師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開(kāi)發(fā)；劉燦（1984-），女，山東菏澤人，碩士，衡陽(yáng)師范學(xué)院講師，研究方向?yàn)樽灾刂萍夹g(shù)。
1教學(xué)現(xiàn)狀
微機(jī)接口技術(shù)是一種硬件軟件相互交錯(cuò)且互為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)，其教學(xué)內(nèi)容枯燥抽象，課時(shí)數(shù)量不足，教師的教學(xué)難度較大，普遍存在有勁使不上的感覺(jué)。同時(shí)，學(xué)生對(duì)于這門課程的學(xué)習(xí)目的不明確，多數(shù)認(rèn)為沒(méi)有什么實(shí)際用途，對(duì)自己今后就業(yè)沒(méi)有幫助。另外，本門課程要求學(xué)生對(duì)匯編語(yǔ)言有一定的基礎(chǔ)，在當(dāng)前浮躁的社會(huì)氣氛下，急功近利的學(xué)生也不在少數(shù)，認(rèn)為該課程不象高級(jí)語(yǔ)言程序課程那樣立竿見(jiàn)影地解決許多應(yīng)用問(wèn)題。實(shí)際上，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防，以及日常生活中涉及到微機(jī)接口技術(shù)的實(shí)例很多，比如自動(dòng)稱量包裝系統(tǒng)，自動(dòng)種子培育系統(tǒng)，自動(dòng)火炮瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，智能電梯控制系統(tǒng)等等，這就要求教師在理論教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合當(dāng)今信息科技的新技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該課程有正確的認(rèn)識(shí)，增加學(xué)生對(duì)科技的興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師可以嘗試使用一些簡(jiǎn)單實(shí)用的案例作為實(shí)踐教學(xué)的切入點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲，盡可能的改變學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，學(xué)習(xí)興趣較低的現(xiàn)象。
學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件系統(tǒng)老化，大多數(shù)是一些箱式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。并且，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠提供給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般是使用單個(gè)接口芯片（例如8255、8251、74LS273），實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一些偷懶的學(xué)生不愿意親自動(dòng)手編寫程序，只是簡(jiǎn)單地連接導(dǎo)線并調(diào)用固化程序來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ａ硗?，教學(xué)設(shè)計(jì)不合理，部分院校在制定教學(xué)大綱的過(guò)程中理論和實(shí)踐比例安排失調(diào)，實(shí)踐教學(xué)安排過(guò)少，導(dǎo)致學(xué)生不能夠充分利用資源進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。
2教學(xué)改革
2.1改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從屬于理論教學(xué)的，改革的思路是就要提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)必須對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整編與更新。既要保證實(shí)驗(yàn)課與理論課的銜接，又要達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力的目的。經(jīng)多年的教學(xué)實(shí)踐，我們決定繼續(xù)選用8255、8279、8253、8259、A/D及D/A等通用接口芯片作為實(shí)驗(yàn)接口芯片，其中包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性與研究性實(shí)驗(yàn)，并且循序漸進(jìn)地加大綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性研究性實(shí)驗(yàn)的比例。在此基礎(chǔ)上，引入EDA技術(shù)是非常必要的。這樣可以使得實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展為兩部分，即常規(guī)的微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)和基于CPLD/FPGA硬件描述語(yǔ)言的微機(jī)原理與接口實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣與愛(ài)好安排自己的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有更大空間發(fā)揮自己的想象力與創(chuàng)造力。具體的方法如下：
（1）要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)課程預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)對(duì)如質(zhì)如量在規(guī)定的時(shí)間里完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是非常必要的，因此我們每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前就安排下一次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和要求，結(jié)合課堂教授的理論知識(shí)，亦可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)資料，做好實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，做到實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_、實(shí)驗(yàn)原理明晰，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充實(shí)。
（2）在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前不再簡(jiǎn)單地給學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)電路和接口程序，只提出具體的實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)要求的理解和分析，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、電路和編寫實(shí)驗(yàn)程序，以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。
（3）實(shí)驗(yàn)課時(shí)增設(shè)師生互動(dòng)環(huán)節(jié)、增加學(xué)生之間的交流與討論，改變以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，建立“以學(xué)生為主體、教師啟發(fā)為輔導(dǎo)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。
2.2整編實(shí)驗(yàn)教材
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新必須反映到實(shí)驗(yàn)教材上。對(duì)于新實(shí)驗(yàn)教材的編寫，我們應(yīng)該摒棄舊的教材模式，更新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，且將重點(diǎn)內(nèi)容放在接口芯片和實(shí)驗(yàn)器材的功能介紹上。為此，我們?nèi)∠司唧w的實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)連接線圖及實(shí)驗(yàn)程序，取而代之的是實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求、實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)流程圖及實(shí)驗(yàn)思考提問(wèn)等內(nèi)容。
2.3改進(jìn)考核方法
對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)科學(xué)合理的考核評(píng)定，可以有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。為提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰驮O(shè)計(jì)能力，我們應(yīng)該根據(jù)接口實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，建立一種多元化的考核方法，即不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，考核的側(cè)重點(diǎn)不同，綜合地評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)。
（1）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)考核方式。主要觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的基本操作能力，同時(shí)考察學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握程度和對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用能力。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)( 60% ) 和實(shí)驗(yàn)原理知識(shí)考核成績(jī)(20%) 、實(shí)驗(yàn)發(fā)揮部分考核成績(jī)(20% )組成。實(shí)驗(yàn)操作考核成績(jī)由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)程序、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)理論考核由學(xué)院統(tǒng)一組織，采用筆試考核確定成績(jī)。實(shí)驗(yàn)發(fā)揮部分考核成績(jī)主要考查選做部分的完成情況。不必每次實(shí)驗(yàn)對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行考核，可以采用抽查的方式，只要保證每個(gè)學(xué)生在一個(gè)學(xué)期內(nèi)至抽到三次即可。
（2）綜合性實(shí)驗(yàn)考核方式。綜合性實(shí)驗(yàn)往往包括了若干個(gè)實(shí)驗(yàn)原理，考核目標(biāo)應(yīng)該考查實(shí)驗(yàn)原理的合理性，實(shí)驗(yàn)操作的正確性和可行性。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、結(jié)論與數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成，由指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)際情況以抽查的方式進(jìn)行考核。
（3）設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)考核方式。對(duì)于這類實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該重點(diǎn)考查學(xué)生分析與解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新的能力。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)采用小論文答辯方式進(jìn)行考核，學(xué)生要將選題綜述、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果與分析整理成論文，由指導(dǎo)教師評(píng)閱后組織答辯并給分。
3結(jié)束語(yǔ)
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，目前正面臨著諸如教師難教學(xué)生難學(xué)的困境，也存在實(shí)驗(yàn)儀器老化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)改革與實(shí)踐，我們深化了課程改革和建設(shè)，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容與方法、實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)考核方式比以前均有明顯的改進(jìn)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。
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論文關(guān)鍵詞：微機(jī)原理與接口技術(shù)；教學(xué)計(jì)劃；課堂教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
20世紀(jì)70年代大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展促生了第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，至今，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在短短三四十年的時(shí)間里已不可動(dòng)搖地發(fā)展成為計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要的分支，廣泛深入地滲透到工業(yè)控制、儀器儀表、消費(fèi)產(chǎn)品、汽車、辦公自動(dòng)化和通信等領(lǐng)域，從微控制器的品種、結(jié)構(gòu)、功能、性能、價(jià)格、生產(chǎn)工藝到開(kāi)發(fā)方式等都以迅猛的勢(shì)頭快速發(fā)展。這無(wú)疑對(duì)微型計(jì)算機(jī)人才的適應(yīng)性提出了更高的要求。高校開(kāi)設(shè)的“微機(jī)原理與接口技術(shù)”是電子、自動(dòng)化、通信、計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)一門理論與實(shí)踐聯(lián)系很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有很高的實(shí)用價(jià)值，起到承上啟下的重要作用，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響著學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)與提高。為了更好地滿足社會(huì)和企業(yè)對(duì)具有高技能應(yīng)用型人才的要求，減輕教師教學(xué)的壓力，結(jié)合自身教學(xué)和實(shí)踐，談幾點(diǎn)體會(huì)和改革的新思路。
一、安排好合理的教學(xué)計(jì)劃
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程一般安排在大學(xué)二年級(jí)下學(xué)期或三年級(jí)上學(xué)期，由于內(nèi)容多、難度大，初次接觸微機(jī)的大多數(shù)學(xué)生對(duì)其缺乏正確的認(rèn)知，其心理上對(duì)之有一定的畏懼，所以制訂的授課計(jì)劃應(yīng)重點(diǎn)突出、層次分明、由淺入深循序漸進(jìn)。
1.重點(diǎn)突出、層次分明
從目前的教學(xué)培養(yǎng)方案來(lái)看，“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的學(xué)時(shí)一般為60～70學(xué)時(shí)。在課時(shí)這么少的情況下要完成相對(duì)較多的內(nèi)容，安排講授的重點(diǎn)就應(yīng)放在實(shí)用性的理論知識(shí)上。為此應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則：首先是可行性。根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的理論儲(chǔ)備、企事業(yè)現(xiàn)階段對(duì)微機(jī)人才的要求和學(xué)院相應(yīng)的設(shè)備條件等基礎(chǔ)環(huán)境，將有實(shí)用價(jià)值的內(nèi)容合理地有重點(diǎn)地安排進(jìn)課程或適度加強(qiáng)。其次是拓展性。為達(dá)到實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在教學(xué)計(jì)劃安排過(guò)程中，加入對(duì)知識(shí)縱向和橫向的延伸，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)內(nèi)容在實(shí)際的應(yīng)用中討論，進(jìn)行更深層次的研究。只有這樣，書本上的知識(shí)才能真正成為自己的知識(shí)。
2.由淺入深、循序漸進(jìn)
在“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程之前學(xué)生已進(jìn)行了大學(xué)物理和電子技術(shù)的學(xué)習(xí)。為了更好地銜接，教師在制訂教學(xué)計(jì)劃時(shí)應(yīng)從學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的數(shù)制轉(zhuǎn)換、編碼、存儲(chǔ)器等知識(shí)入手逐漸深入到微機(jī)原理其他未知的領(lǐng)域，由淺入深地安排好課程計(jì)劃，慢慢地培養(yǎng)學(xué)生興趣。如此安排易于學(xué)生接受知識(shí)，起到了很好的承接作用。經(jīng)過(guò)在集美大學(xué)信息工程學(xué)院、理學(xué)院和誠(chéng)毅學(xué)院的實(shí)踐教學(xué)表明，這樣的課程安排很受學(xué)生歡迎。
二、選擇合適的課堂教學(xué)方法
理工學(xué)科的課程內(nèi)容相對(duì)枯燥又難以理解，所以就更加要求理論教學(xué)應(yīng)該針對(duì)性地尋求靈活的教學(xué)方法。適合“微機(jī)原理與接口技術(shù)”的課堂教學(xué)方法很多，如啟發(fā)式教學(xué)法、漸進(jìn)式教學(xué)法、比較式教學(xué)法、歸納式教學(xué)法等。這些方法綜合應(yīng)用在課堂教學(xué)中，對(duì)教學(xué)質(zhì)量有很好的保證。但針對(duì)不同的學(xué)生也必須有各自的側(cè)重方法，才能達(dá)到最佳效果。下面以前兩種方法為例進(jìn)行探討。
1.啟發(fā)式教學(xué)
理工課程內(nèi)容的嚴(yán)謹(jǐn)性很容易造成課堂氛圍沉悶，形成填鴨式的教師一言堂。例如信息工程學(xué)院的學(xué)生特點(diǎn)是入學(xué)成績(jī)好，基礎(chǔ)知識(shí)比較扎實(shí)，但缺點(diǎn)是思維不夠活躍，最容易形成死氣沉沉的課堂。如何在教學(xué)中調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，是改善課堂氛圍、提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要環(huán)節(jié)。所以針對(duì)信息工程學(xué)院的學(xué)生，更合適較多地采用啟發(fā)式教學(xué)，以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與興趣，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展。這就要求在教學(xué)中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的鋪展由表及里循序漸進(jìn)地不斷引出問(wèn)題，啟迪學(xué)生去思考、分析問(wèn)題，直到提出解決問(wèn)題的方法或途徑。比如在教授算術(shù)運(yùn)算指令時(shí)，首先引導(dǎo)學(xué)生回憶標(biāo)志寄存器的結(jié)構(gòu)和數(shù)制計(jì)算時(shí)的補(bǔ)碼運(yùn)算，在此基礎(chǔ)上再仔細(xì)講解算術(shù)運(yùn)算類指令的功能。有了良好的理論基礎(chǔ)，再舉一例題：十進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換程序，用傳統(tǒng)的順序結(jié)構(gòu)算法詳盡地講解轉(zhuǎn)換的過(guò)程。下一步就是引導(dǎo)學(xué)生思考傳統(tǒng)算法的不足，有的學(xué)生就提出計(jì)算太繁復(fù)、結(jié)構(gòu)不合理，于是更深地引導(dǎo)如何解決這個(gè)問(wèn)題，要求學(xué)生通過(guò)課堂練習(xí)、課后作業(yè)或上機(jī)實(shí)驗(yàn)完成新的計(jì)算程序。反饋的結(jié)果是有的學(xué)生選擇使用循環(huán)結(jié)構(gòu)、有的選擇過(guò)程調(diào)用，都大大地簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)換程序，達(dá)到了預(yù)期的效果。最后引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用后續(xù)的宏或中斷的知識(shí)完成相應(yīng)的編程，進(jìn)一步拓展學(xué)生思路，為學(xué)習(xí)后續(xù)的知識(shí)打下伏筆。
啟發(fā)式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生是教學(xué)的主體，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。教師要淡化標(biāo)準(zhǔn)答案，鼓勵(lì)學(xué)生多向思維，弱化思維定勢(shì)?！拔C(jī)原理與接口技術(shù)”教學(xué)中針對(duì)信息工程學(xué)院的學(xué)生采用啟發(fā)式教學(xué)，利用學(xué)生相對(duì)比較扎實(shí)的理論知識(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的疑問(wèn)不作正面回答，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，發(fā)揚(yáng)教學(xué)民主，用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生順應(yīng)教師的思路不斷思考，主動(dòng)分析問(wèn)題，找到問(wèn)題所在并最終找到解決辦法。
2.漸進(jìn)式教學(xué)法
漸進(jìn)式教學(xué)法是指利用已有的知識(shí)作為新知識(shí)的基礎(chǔ)和階梯，靈活利用知識(shí)點(diǎn)之問(wèn)的橫向關(guān)聯(lián)和縱向?qū)哟?，由淺入深、由易到難、循序漸進(jìn)的教學(xué)方法。此方法在實(shí)踐中主要針對(duì)集美大學(xué)誠(chéng)毅學(xué)院的學(xué)生，他們的特點(diǎn)是思維活躍、富有個(gè)性，但是基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱。例如在講解存儲(chǔ)器時(shí)先是從上學(xué)期學(xué)生剛剛學(xué)過(guò)的觸發(fā)器入手，進(jìn)入到由觸發(fā)器構(gòu)成的存儲(chǔ)器單元，將新知識(shí)鋪墊在學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)上，有了這個(gè)基礎(chǔ)再進(jìn)一步講解CPU對(duì)存儲(chǔ)器的組織、如何尋址，學(xué)生自然而然進(jìn)入所授新知識(shí)的環(huán)境中。這樣由淺入深，層層遞進(jìn)，符合認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生系統(tǒng)全面地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。
三、改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>
在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往以驗(yàn)證理論知識(shí)為主要目的，這樣安排旨在讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程加深對(duì)理論知識(shí)的記憶和理解，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為課堂教學(xué)的有限延伸。在實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生用統(tǒng)一的模式，無(wú)法將自己的創(chuàng)造性想法和實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合起來(lái)，也無(wú)法靈活地將所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課堂教學(xué)內(nèi)容過(guò)多重復(fù)，無(wú)法激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣；理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多，學(xué)生也很難去真正地思考、分析問(wèn)題，失去了提高動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)。改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，以理論?yàn)證為基礎(chǔ)，增加實(shí)驗(yàn)的拓展性、挑戰(zhàn)性和綜合性，真正達(dá)到讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中提高動(dòng)手能力、鍛煉思維能力的目的。
1.改驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為引導(dǎo)性的試驗(yàn)
教師僅提供實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，指出?shí)驗(yàn)的方向，學(xué)生提前到圖書館或者網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，編寫相關(guān)的流程圖和預(yù)習(xí)程序。在實(shí)驗(yàn)中的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，最后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)過(guò)程撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，重要的環(huán)節(jié)是報(bào)告中一定要包括實(shí)驗(yàn)中各自遇到的問(wèn)題，解決方案是什么；如果最終也未能解決問(wèn)題，要分析原因并考慮可能的解決方案。同時(shí)教師也可以組織學(xué)生交流，分組討論，對(duì)各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果與報(bào)告展開(kāi)分析，從而提高學(xué)生的研究能力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
2.加強(qiáng)參與實(shí)踐的積極性
為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主觀能動(dòng)性，實(shí)踐中還引入激勵(lì)機(jī)制。每一個(gè)能提前完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的學(xué)生都有機(jī)會(huì)從教師那里隨機(jī)的得到一道拓展性的題目，這個(gè)題目是教師根據(jù)學(xué)生前面完成任務(wù)的具體情況、遇到的問(wèn)題和存在的不足或是希望其在某一方面有更深的思考而針對(duì)性地提出新任務(wù)，是本次試驗(yàn)的鞏固和延伸。等學(xué)期結(jié)束后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，完成拓展任務(wù)多的學(xué)生就有機(jī)會(huì)實(shí)驗(yàn)考試免試。由于新任務(wù)是學(xué)生主動(dòng)要求的，再加上激勵(lì)機(jī)制，故學(xué)生積極性非常高，解決問(wèn)題的主動(dòng)性很強(qiáng)，收獲也更大。
3.充分利用好課外時(shí)間
“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的課外教學(xué)也是實(shí)踐教學(xué)中很重要的一個(gè)組成部分。學(xué)生往往對(duì)抽象的理論知識(shí)感覺(jué)枯燥難學(xué)，對(duì)實(shí)際動(dòng)手比較有興趣。為此，可以通過(guò)組織興趣小組、參與教師的科研、參加各種講座、參與校內(nèi)外組織的各種相關(guān)競(jìng)賽活動(dòng)等各種方式進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，開(kāi)闊視野，增長(zhǎng)才干，增強(qiáng)獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力。逐步培養(yǎng)學(xué)生的研究能力、創(chuàng)新能力以及自我管理、相互學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作等多方面的能力。
【關(guān)鍵詞】單片機(jī)及接口技術(shù)；應(yīng)用型創(chuàng)新人才；學(xué)生主體；教學(xué)改革
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(jì)算機(jī)、通信等專業(yè)開(kāi)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(shí)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(guò)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(yǔ)言指令，還要應(yīng)用這些知識(shí)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，才能完成一個(gè)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(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很少能夠有機(jī)會(huì)運(yùn)用理論知識(shí)解決工程設(shè)計(jì)的實(shí)際問(wèn)題，這種教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和解決問(wèn)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(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)任務(wù)，但在面對(duì)具體應(yīng)用時(shí)仍然存在知識(shí)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(shí)驗(yàn)為輔的傳統(tǒng)授課方式，形式單一，枯燥，學(xué)生覺(jué)得知識(shí)理解不到位，只能靠硬背，造成學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性，難以建立學(xué)習(xí)興趣[3]。（2）教材偏重理論，工程知識(shí)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(shí)的講解，很少提到在實(shí)際工程中的具體應(yīng)用方法，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)了解所學(xué)知識(shí)在實(shí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，缺乏創(chuàng)新課程配置的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，缺乏生動(dòng)實(shí)例，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、新意和趣味性不足，不利于學(xué)生動(dòng)手能力和知識(shí)運(yùn)用能力的培養(yǎng)。（4）學(xué)生個(gè)體意識(shí)強(qiáng)烈，缺乏團(tuán)隊(duì)合作傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生都是以個(gè)體形式學(xué)習(xí)，教師很少組織學(xué)生開(kāi)展團(tuán)隊(duì)協(xié)作任務(wù)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，難易建立良好的溝通交流能力。鑒于此，針對(duì)目前單片機(jī)及接口技術(shù)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，在總結(jié)以往成功教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，全方位對(duì)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(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)，從自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的構(gòu)建，到科學(xué)、合理的考核評(píng)價(jià)體系，讓學(xué)生從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施，開(kāi)展多種形式的學(xué)習(xí)活動(dòng)，注重學(xué)生運(yùn)用新知識(shí)、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(duì)合作能力的培養(yǎng)。通過(guò)該課程一系列改革實(shí)施，為推動(dòng)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(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量計(jì)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(diǎn)，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(jiān)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(shí)踐能力為目標(biāo)，以“夯實(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、開(kāi)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(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、實(shí)踐與科研相結(jié)合、科研與工程實(shí)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(diǎn)突出對(duì)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(shí)間，讓學(xué)生積極參與到課堂活動(dòng)中，強(qiáng)烈的參與感能夠充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)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(duì)比法、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法、案例法、團(tuán)隊(duì)協(xié)作法等，營(yíng)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(guò)引入實(shí)際工程項(xiàng)目，讓學(xué)生能夠了解如何運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，注重學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革①建立三級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系：按著基礎(chǔ)訓(xùn)練型綜合設(shè)計(jì)型研究創(chuàng)新型三級(jí)層次組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力[3]。②引進(jìn)科研項(xiàng)目：盡可能地將科研成果引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)讓學(xué)生不同程度地介入科研課題，了解科研過(guò)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(duì)合作精神:設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)合作題目，采取組內(nèi)合作模式完成題目，充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)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(duì)協(xié)作能力與溝通能力。④實(shí)驗(yàn)室全面開(kāi)放：可以充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段探索新知識(shí)的積極性。實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放應(yīng)包括時(shí)間和內(nèi)容的開(kāi)放，不斷發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)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(tái)該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)依托校園網(wǎng)，突破空間和時(shí)間的限制，不但可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及教師對(duì)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(shí)時(shí)討論和交流提供了一個(gè)互動(dòng)平臺(tái)[5]。從理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、課程安排、考勤、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制、成績(jī)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(shí)踐能力考核以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)等多種方式結(jié)合起來(lái)[6]，對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)和創(chuàng)新能力做出綜合、科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)。并通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、競(jìng)賽、科研活動(dòng)、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(shí)踐的機(jī)會(huì)，突出綜合素質(zhì)培養(yǎng)[7]。
3結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)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(shí)踐，取得了顯著的成果。首先，通過(guò)新的教學(xué)模式在教學(xué)實(shí)踐中的實(shí)施，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。其次，通過(guò)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(tái)的建設(shè)，不但可以使學(xué)生強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)，而且可以學(xué)到更多的專業(yè)新知識(shí)，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(tái)可以加強(qiáng)學(xué)生與教師之間的溝通和聯(lián)系。
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