計算機接口技術論文范文

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第1篇

規劃用戶需求，實行軟件接口設計，為用戶提供便捷[1]。根據軟件內部的數據結構，設計數據接口，促使其與計算機系統形成統一整體，優化軟件格式，排除格式差異所造成的制約，保障用戶在系統內，直接實現軟件操作。

2計算機軟件數據接口的應用

實際數據接口并不是體現單一的形式，其包含多樣化模式，例如：函數、API，或者是格式數據包，在此基礎上，針對數據接口的應用做如下分析：

2.1函數模式應用

數據接口的函數模式，屬于特性程序，由開發商在軟件出廠時，設定一套函數，預測、評估用戶可能進行的行為操作，全部輸入到數據接口內，促使函數接口的方式表現出多樣化，封裝后投入使用。此類函數基本由技術人員控制，僅限于軟件開發商，其在出廠時已經完成函數的封閉工作，所以只有單方人員知曉，屬于密閉的數據接口。此類模式，保持數據接口程序的完整性，如果用戶使用函數模式，由開發商提供，無需進行二次書寫[2]。函數模式的數據接口技術含量較高，保密性和穩定性明顯，在現代軟件開發中，屬于常用數據接口。

2.2中間數據庫模式應用

數據庫模式，主要依賴于具有公共特性的數據庫，本身則屬于數據類型，需要借助授權途徑。此模式局限性較高，用戶在使用軟件時，只能根據數據庫規模的數據接口，實現數據訪問，針對性強，可操作性低。常見格式有：Access、Oracle，基本為訪問頻率比較高的數據庫。其在開發時，較為簡單，適用于小型軟件。雖然在特定數據接口的處理上，效率明顯，但是相對其他數據庫，可能會出現配置問題，特別是復雜的類型，會增加數據接口的處理難度，限制數據接口的工作范圍。

2.3文件交換模式應用

此模式應用具備一定的特殊性，必須借助特性數據，才可支持數據接口應用。一般數據包括兩類，第一是TXT文件，由windows自主配置，在現代計算機系統內比較常見，屬于通用格式，例如：程序開發基本都會支持TXT，在文本內記錄html代碼、編程，可以迅速轉化為可讀模式，供軟件讀取，實現靈活轉換。目前，大部分技術員習慣利用TXT編寫代碼，完成軟件開發，應用便捷，不僅可以實現簡單語言的書寫，同時對特殊符號的識別能力明顯，體現常規特性[3]。第二是INI文件，屬于系統內配，系統內直接配置INI函數，適應于普遍軟件，在INI約束下，軟件自主記錄自身信息，實現數據交互，INI文件具備自主特性，應用規模逐漸擴大。綜上所述，數據接口應用為計算機軟件發展提供可靠、穩定的空間，簡化軟件開發流程，提高開發效率，保障軟件開發質量，推進軟件迅速投入使用。

3結語

第2篇

一、前言

微機原理與接口技術是電子信息類理工科的一門重要專業基礎課。內容涵蓋微機原理、匯編語言程序設計及微機接口技術，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。實踐教學對于學生理解課程內容，培養學生動手能力是十分重要的。

二、《微機原理與接口技術》實踐教學現狀

隨著高等教育正在由知識型教育向能力培養為中心的教育進行轉變，電子信息類課程的實踐教學環節都大大加強。但由于受到硬件實驗環境與實驗內容制約，特別是《微機原理與接口技術》實踐教學只發生了量變而非質變，仍處于滯后的位置。

在目前的教學中，《微機原理與接口技術》實踐教學存在以下幾個方面的問題：

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

（2）實驗平臺落后，實驗平臺芯片資源少，擴展性差，只能進行一些簡單的功能驗證實驗，實驗內容也因芯片種類和實驗臺架構固定而不易調整，不能發揮學生的創新能力。平臺外設簡單，無法激發學生的興趣。

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

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

微機接口技術被廣泛應用于電子信息各個領域，因此《微機原理與接口技術》是門應用性很強的課程，學生通過學習達到在掌握理論的基礎上，能運用所學知識解決一些實際問題的能力。但因為在實踐教學中存在以上問題，學生在學完這門課程后，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“培養應用型創新人才”的目標是不相符的。

三、將fpga技術與《微機原理與接口技術》實踐教學相結合

fpga（現場可編程邏輯陣列）技術[4，8]，用戶可以通過硬件編程語言重新配置芯片內部的電路，同時fpga芯片中有豐富的邏輯單元，可以滿足設計復雜電路的需要，用fpga技術對微機接口實驗平臺進行改進，正好彌補了現有平臺，芯片資源少，擴展性差，電路設計受限的缺點。配上usb，sata接口，液晶屏等新型外設以及相應ip核，學生便可以進行一些新的接口技術的實驗，增強了實驗的趣味性，也加強了學生動手能力的培養。同時由于fpga技術的廣泛應用，很多大學也開設了相關課程，但大都從硬件語言和sopc(可編程片上系統)兩方面作手[5]，知識跨度大，而且學生缺少復雜邏輯與接口設計的實踐機會，將fpga教學引入《微機原理與接口技術》實踐教學正好彌補了這一空缺。在熟練掌握電路設計的基礎上，學生可以運用微機接口，組成原理，體系結構，數字邏輯等知識設計多模塊的系統，使學生通過實踐教學將計算機多門硬件基礎課程融合成一個有機的整體。

四、基于fpga的《微機原理與接口技術》實踐教學方法

1.改進實驗硬件環境

我們學?！段C原理與接口技術》是一門重要的計算機專業基礎課，多年來一直努力探索實踐教學的改革方法。我們與xilinx(賽靈思)公司建立了聯合實驗室，并自主研發了基于fpga的微機接口實驗平臺[6]。該平臺采用多模塊“樂高”思想分為：芯片組板、fpga擴展板、外設板等三個部分并且可以靈活組合，便于調整與維護。芯片組板可以用來進行傳統的接口實驗，fpga板可以用來學習硬件編程，同時還有配套的用verilog實現8255，8253，8251接口芯片的邏輯，將其下載到fpga中可以代替相應的接口芯片。因為fpga中豐富的邏輯資源，學生可以在fpga中配置多個接口芯片，并且可以用fpga實現16位、32位接口芯片，從而設計復雜的接口電路。fpga中還可以配置多種cpu架構如80x86，8051的ip核，可以建立多種系統架構。pc機與實驗平臺是采用fpga邏輯配合橋接芯片實現pci總線接口轉isa總線接口，支持硬件在線編程與調試，同時提供相應的實驗供學生學習pci總線接口與isa總線接口。外設板上在傳統外設的基礎上還提供了液晶屏，usb接口，ddrⅱ接口，spi接口，傳感器等新型外設，實驗結果的驗證方法將更加豐富有

轉貼于

趣，大大提供了學生的興趣，并且可以根據實驗和開發的需要，組裝成新的io外設板?？傮w上因為fpga技術與新型外設的引入大大增強了實驗平臺的擴展型，而且實驗平臺功能豐富可用于學生畢業設計，電了競賽等綜合型實驗中。

2．改進實踐教學的內容

在以前的實驗內容基礎上，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計上。在學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計一些多芯片電路，解決一些實際問題，如車輛計數系統，點歌系統等，可讓學生自由發揮，極大發揮創造性，鍛煉學生的動手能力。在學生熟練的掌握硬件編程語言的情況下，學生可以自己編寫接口邏輯，實現與外設的通信。增加pci總線接口，isa總線接口，8051架構，usb，ddr接口驅動的實驗，擴展學生的視野，將學生的知識與現實應用緊密聯系起來。鼓勵有興趣的，學有余力的學生充分利用實驗臺上的外設擴展進行綜合性實驗，為電子競賽與畢業設計打基礎。

3.新實踐教學方法的推進

在教學方法的推廣上，采用以點帶面的方式，為有興趣的同學開展微機及接口技術的實訓培訓，由學生自愿報名擇優參加。由于實驗內容貼近應用，且有趣新穎，學生報名踴躍。經過兩期實訓班，實訓成果明顯，已有多名同學開始自主申請科研項目并獲得校級基金資助（例如正在進行的項目有：數控直流穩壓電源（立項編號：kycx110403z）和基于壓電傳感器和個人計算機構成的體溫信號實時監測系統（立項編號：kycx110411z）），同時在期刊上公開發表科技論文[7,8]。同時教學中采用“以競賽促學習”的模式，在實訓班之外成立興趣小組，組織同學們參加挑戰杯、全國和省級電子設計大賽、xilinx openhw等相關比賽，調動學生的積極性，在比賽中培養學生的團隊能力，增強同行業內的交流。通過一系列新型實踐教學方法的運用，學生動手解決問題的能力大大加強，畢業學生的能力得到用人單位的認可和好評。

我們有針對性開發的微機接口技術教學實驗平臺，對實驗內容的調整方便組裝靈活，教師通過學術交流、互聯網等手段快速了解相關技術動態后，可快速調整教學內容，指導學生開展創新行技術實踐活動。接下來，準備在現有實驗平臺的基礎上建立相關網絡平臺，加強課堂和課外聯系，使微機原理和接口技術實驗對廣大學生真正做到完全開放。

第3篇

關鍵詞：計算機監控；仿真軟件；綜合實踐；教學模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913 (2007) 20-0077-04

1引言

目前，我國計算機專業的教學模式主要還是從基礎理論到專業理論，實踐環節較少，這就導致了學生厭學，眼高手低，本科畢業連基本的編程技能都不具備，從而，在就業市場上一敗涂地。這些效果又使在校學生更加沮喪，進一步影響其學習的積極性。中國要發展IT產業，必須改革計算機專業的教學模式。

印度是一個貧窮落后的發展中國家，軟件業的成就卻舉世矚目。印度的軟件人才主要是通過職業教育而不是高等教育來培養的，從而大大降低了培養成本和使用成本，縮短了培養周期。其教學不是按從基礎理論到專業理論，再到實習的路徑，而是把順序顛倒過來，先從做開始，在做的過程中，學生如遇到問題，再以此問題為基點去學習專業理論。學員一入學，便要做項目，培訓中心把所承接的大項目分解成一個個小項目，然后要求每個學員完成一個小項目，讓學員在完成項目的過程中學習。培訓中心的學員最后一年都在公司實習，積累工作經驗，同時也給企業提供深入了解雇員的機會。

我們借鑒印度發展軟件業的成功經驗，結合多年從事計算機監控的項目經驗和從事教學的心得體會，提出一種“趣味實用程序的演示+知識點+趣味實用程序的模仿+綜合訓練+學術論文”的教學模式[1]，引導學生充滿興趣地鉆研技術，最后逐漸成為計算機監控方面的專家，并熟練掌握計算機專業的基礎理論與編程語言。

2計算機監控技術的特點與主要技術

計算機監控系統是以監測控制計算機為主體，加上檢測裝置、執行機構與被監測控制的對象共同構成的整體。在這個系統中，計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制。檢測主要是通過傳感器和相應的輸入模塊來取得被監控對象的狀態數據，監督主要是對狀態數據進行分析后給操作員提供手動操作的參考，控制則是手動或按照一定的策略自動地對被監控對象執行相應的操作。

傳統的檢測與控制所使用的模塊一般采用RS-232接口，因為該接口簡單可靠。隨著網絡技術的發展，采用網絡接口RJ-45的模塊逐漸增多。監控用的計算機一般稱為主控機(或上位機)，各種檢測與控制模塊或嵌入式系統一般稱為受控機(或下位機)。主控機軟件一般采用高級語言(如Visual Basic 6.0，簡稱VB)進行開發；受控機軟件沒有軟件界面，僅實現相關的邏輯功能，一般采用C語言、匯編語言等進行開發，通過調試后，再下載到受控機系統中。主控機通過RS-232/RJ-45接口與受控機通信，進行數據的查詢與命令的發送。各種控制策略、設備的狀態等的保存，都需要使用數據庫技術。因而，實現一個計算機監控系統，需要綜合使用諸多計算機的基礎理論與編程語言：計算機接口技術、計算機網絡、數據庫系統、VB與C語言等，利用計算機監控技術作為計算機專業實踐訓練的主線，具有很高的操作性和極大的意義。

3仿真軟件的設計

學習計算機監控技術，需要購買相應的硬件模塊，從而在一定程度上制約了該技術的推廣。本文提出了一個基于RS-232的仿真模塊的可視化模型，在此基礎之上設計了可視化的仿真數字I/O模塊，模擬量輸入模塊，并設計了對應的通信協議。主控軟件與仿真模塊之間的通信通過虛擬串口實現，從而，達到在計算機房零成本搭建計算機監控系統平臺的效果。

RS-232/RJ-45協議轉換器可以用于實現計算機監控系統的遠程處理，也可以用于將普通的輸入模塊轉換為仿真的網絡傳感器。

3.1仿真模塊的可視化模型

基于RS-232接口的仿真模塊的可視化模型如圖1所示。模塊表示區用來模擬實際的模塊，對于數字量輸入模塊(Digital Input Module，DIM)，輸入開關根據設定的時間隨機閉合/打開，并通過圖形表示；對于數字量輸出模塊(Digital Output Module，DOM)，用有源電路回路表示輸出開關的狀態，例如，開關閉合，播放鈴聲或燈亮等；對于模擬量輸入模塊(Analog Input Module，AIM)，用圖形表示檢測回路，并在檢測點旁邊顯示溫度的原始數據。每個模塊都設置數據接收和發送指示燈，顯示數據收發的狀態。

功能按鈕區為系統設置按鈕和關閉程序按鈕。系統設置主要完成串行通信的端口號、波特率、校驗碼、結尾碼、模塊地址等的設置，對于DIM模塊，還需要設置隨機切換輸入開關所需要的時間段。

協議描述區顯示本仿真模塊適用的通信協議，包括協議的格式及其具體的含義。

數據接收區顯示接收到的主控程序發送的原始數據包，以字節形式顯示；數據響應區則發送對應的響應數據包，也是以字節形式。

利用此可視化模型設計的軟件界面，使用方便，動態效果好，仿真模塊的開關狀態、溫度數據、數據收發狀態以及傳輸的數據均一目了然。與實物模塊相比，不需要物理連線，也不需要信號發生器與萬用表來產生信號和測量狀態與數據，對于通信協議，也不需翻閱手冊。

3.2通信協議的設計

相同類型(或廠家)的模塊一般采用相同的前導字符，EOT是一個特殊的ASCII字符(0x04)，常被用做控制字符，這里的仿真模塊全部采用EOT作為前導字符。

計算機所連接的I/O模塊比較多，CPU為了與連接的設備相互溝通，必須給設備設置一個編號，從而使CPU可以通過每個設備獨一無二的編號與不同的設備進行溝通，這個設備編號就是地址，用ADD表示，地址占用一個字節。

功能碼主要包括讀功能碼(用RD表示)和寫功能碼(用WD表示)。RD用字符“R”(0x52)表示，WD用字符“W”(0x57)表示。

BCC為數據塊校驗碼，一般有Xor、Add、CRC、CheckSum幾種。Xor與Add分別是異或與累加和，占一個字節的長度；CRC與CheckSum分別是循環冗余校驗碼與TCP/IP協議簇中所使用的累加求補校驗碼，分別占兩個字節。這里的仿真模塊提供4種數據塊校驗方式，根據程序設置進行選擇。

不少模塊以回車CR(0x0d)作為結尾標志EM(End Message)，而TCP/IP協議簇(如HTTP，POP3等)較多地采用CRLF(0x0d0a)作為結尾標志，這里的仿真模塊也提供這兩種結尾標志，根據程序設置進行選擇。

協議舉例。讀取仿真模塊狀態的命令協議如圖2所示，其中，ADD的范圍為1至255，可由程序進行設置，這樣，一臺主控設備可以連接多達255個虛擬模塊。BCC和EM的種類也可以根據需要由程序進行設置。

3.3RS-232/RJ-45協議轉換器

該協議轉換器的主要功能是用軟件轉換器來替代硬件轉換器，實現串口數據與網口數據的直接轉發，不涉及到協議的變換。串口只要進行常規的設置，與所連接設備的串口參數一致。由于主控機與嵌入式模塊之間一般采用串口進行連接，另外，數據采集模塊也大部分采用串口，因而，通過該協議轉換器，可以將此類串口設備連接到Internet，進行遠程處理。AIM模塊與該協議轉換器配合，可以轉換為一個開關量輸入的網絡傳感器。

3.4虛擬串口的使用

除了跟內置的Modem通信，一般地，進行串行通信的調試都需要RS-232連接線。參考文獻[2]提供了虛擬串口驅動程序，模擬實際的RS-232接口，可以在沒有物理RS-232接口和電纜的情況下，進行串行通信的調試，并且，還可以模擬硬件引腳信號的變化。

4教學模式的具體實現

重視教材建設和教學方法的研究，在教學過程中重視由實踐而激發學生對相關理論的興趣，再用提高了的理論水平來指導新的實驗和實踐活動。傳統的教學模式在實踐環節上的缺乏與不足也與今天社會人才市場急功近利的需求遠遠不能相適應。長期以來，我們培養的學生存在著“什么都學過，卻什么都不會”的尷尬局面，專業教育和教材與市場需求嚴重脫節。事實上，學生就業難并不是就業市場不需要人才，其根源還是教學的現狀所致[3]。

本文采用“趣味實用程序的演示+知識點+趣味實用程序的模仿+綜合訓練+學術論文”的教學模式，在講解新的課程的時候，首先演示程序，例如，用主控程序對仿真數字I/O模塊進行監控，讓學生觀察輸入開關量的變化，可以導致輸出開關量的變化，并可以看到指示燈的亮與滅，聽到電鈴的響與停，通過實物激發學生的興趣，為學生樹立一個目標：要實現該系統，需要掌握哪些技術？從而引出本課程中涉及的主要相關技術。

4.1C語言和匯編語言的應用

C語言是許多高校為計算機專業學生設置的第一門計算機程序設計語言。學習一門語言，不是學習其語法，而是要學習利用該語言去解決問題的方法，從而培養相關的能力。通信是計算機監控系統的關鍵技術，為了確保數據傳輸的可靠性，制訂了通信協議，引入了校驗碼與結尾碼，如果收到的數據，其頭字節、校驗碼或結尾碼錯誤，一般不進一步處理，而是直接丟棄該數據。

可以利用C語言設計異或校驗碼的生成程序，即對給定的一批字節，計算其異或校驗碼；對于含異或校驗碼的一批字節，編寫子程序檢查是否正確。同理，可以編寫其它校驗碼處理程序。在此基礎之上，進一步講解在一個C語言項目中集成子程序的方法。如果學生掌握了這些方法，就基本掌握了用C語言開發受控機軟件的80%以上的技術。

匯編語言是符號化了的面向機器的語言，比較枯燥?？梢杂脜R編語言來生成校驗碼與檢查數據是否正確，通過調試，讓學生明確各個寄存器的作用。在字節處理方面，可以用0表示開關打開，1表示開關閉合，在置位和復位某位時，不能影響其它位的值。

4.2計算機接口技術的應用

在計算機接口中講解“串行通信技術”時，首先演示一個“支持來電顯示的多賬號撥號器”，可以讓學生一鍵撥號──201卡與IP卡及所撥打的長途電話，只要一鍵即可完成，還支持來電顯示。通過演示，激發學生的學習興趣，讓學習成為其需要；然后，講解知識點，讓學生模仿軟件的開發。

可以通過匯編語言設置串口參數，對串口進行初始化，然后，發送字節數據，控制仿真模塊的輸出開關，通過聲光效果觀察程序運行的結果，這比觀察單純的數據變化要形象直觀，對學生更有吸引力。

4.3計算機網絡的應用

在C語言、匯編語言，以及計算機接口技術中都涉及到字節數據流，這就是協議及主控機與受控機之間的約定。通過串行通信協議，可以自然過渡到TCP/IP協議，加深學生對協議的理解。

在網絡編程方面，可以演示一個充當客戶機的POP3密碼攻擊程序，讓學生在增強信息安全意識的同時，學習基于Socket的客戶機與服務器程序的設計。3.3節中的協議轉換器，就是通過客戶機/服務器編程，實現網絡數據與串行通信數據的無縫轉換。這個協議轉換器雖然功能簡單，代碼簡單，但是，作用非常大，可以用來對計算機監控系統進行遠程調試與維護。

4.4VB與數據庫的應用

有了仿真模塊，就可以采用VB開發主控程序。VB是一門快速語言，采用VB編程，學生可以很快入門，有利于增強學生學習編程的自信心。VB可以很方便地設計各種表單界面，通過MSComm32控件和Winsock控件，實現串行通信和網絡通信，從而與受控機或模塊建立通信，完成查詢和控制功能。VB也可以很方便地調用數據庫，用數據庫來存儲控制策略、通信協議及設備的狀態數據、報警記錄等，對數據庫進行各種操作。通過主控程序的開發，可以提高對計算機接口技術、計算機網絡技術與數據庫的感性認識，從而加深理論方面的理解。

5結束語

計算機監控系統廣泛應用于眾多領域。本文提出了“趣味實用程序的演示+知識點+趣味實用程序的模仿+綜合訓練+學術論文”的教學模式，通過程序演示，提高學生的學習興趣，為學生樹立一個學習目標，然后，講解知識點，讓學生模仿相應的程序，再進行綜合訓練。同樣是學習相同的課程，但是我們在其中融入了計算機監控技術，設計了仿真模塊，可以在計算機房零成本搭建計算機監控系統平臺，通過我們的教學，學生畢業后，可以直接作為項目負責人或技術骨干參加計算機監控系統項目的開發。進行深入學習后，學生也可以發表計算機監控方面的學術論文。

目前，我校已經開設了“計算機監控技術與系統開發”課程，實踐表明，該課程的開設，將計算機專業的若干專業平臺課有機地融合到一起，對提高學生的學習興趣，加強技能的培養，加深對理論的理解，提高就業率具有重要意義。

參考文獻

[1] 馬玉春. 計算機監控技術與系統開發[M]. 北京：清華大學出版社，2007.

[2] Virtual Serial Port[EB/OL]. /products /vspdxp/，2007-7.

[3] 周蘇，王文. 軟件工程實驗教學的設計與創新[J]. 計算機教育，2006，(10).

作者簡介

馬玉春(1969-)，男(漢族)，江蘇南京人，博士，東北大學秦皇島分校計算機工程系教學主任。

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