接口技術論文

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接口技術論文范文第1篇

（一）內涵

機電接口主要就是機電一體化產品中機械裝置與控制微機之間的接口，其是基于機電一體化而產生的。機電接口根據信息傳輸方向的不同，可以分為信息采集接口、輸出接口[1]。在機電一體化產品中，傳感器是一種較為常用的設備，在輸出信號的時候，一般采用模擬量方式進行檢測，時刻掌握發電機轉速，并且檢測差動變壓器位置。然而，在輸出控制量的時候，存在一個比較特殊的形式，就是數字系統。機電接口技術主要就是研究機電系統各項組成技術與子系統連接問題的綜合技術，其主要包括電子技術、信息技術、機械技術等，共同構成了一個綜合系統，在實際應用中，實現了信息的交互與融合，在機電系統設計中發揮了至關重要的作用。機電接口主要是由硬件與軟件共同構成，在機電系統運行中，與環境及操作者之間成立一種有效連接，在物理通道中展開信息與能量的輸入、轉換及傳輸。在信息轉換的過程中，需要進行有效的交互與調整，實現機電一體化技術的協調與綜合，保證各系統的有效運行，充分發揮系統功能，實現預期的工作目標。

（二）分類

目前，機電接口主要包括以下幾種：智能接口、動力接口、機電接口、人機接口[2]。智能接口應用較為復雜，不同技術形式產生的信息形式也不同，并且在使用過程中，可以根據不同要求展開相應的改變。在各種信息轉換與傳輸的過程中，智能接口可以確保不同技術與子系統的有機結合，構成一個完整系統。動力接口可以有效連接動力源與機電系統，之后給予機電系統相應的驅動動力。在機電系統中，動力類型有很多種，主要包括直流電、交流電、液壓等，在系統中運用不同動力類型的時候，需要選用不同的接口形式，確保系統可以正常運行。機電接口的作用就是實現各種驅動系統的有效連接，并且將驅動信號轉變成執行信號，在轉變的過程中滿足傳感器運行要求。人機接口是機電系統與操作者之間存在的接口，通過這一接口，可以在操作者眼前呈現系統運行狀態，并且有效監控系統運行，實現人性化操作目標。

二、機電一體化發展及其發展趨勢

（一）機電接口技術對機電一體化發展的影響

近些年來，隨著社會經濟的快速發展，人們生活水平的不斷提高，對一些事物的要求也在明顯提高。經濟的快速發展離不開科學技術水平的提高，傳統機械技術已經無法滿足現代人們日益增長的技術需求，需要對其進行改進與完善。從而在此形勢下，機電一體化技術應運而生，其主要包括電子技術、信息技術、機械技術等，充分滿足了現代社會發展的技術要求。在機電一體化技術初始發展中，只是將電子技術與機械技術進行融合，接口十分簡單、便捷[3]。然而，隨著科學技術的不斷發展與進步，機電一體化技術水平也在不斷提升。目前，機電一體化技術不再是簡單的機電一體化產品，逐漸形成了一個復雜的系統，其系統內部接口也日益復雜。現階段，機電一體化技術研究越來越深入、成熟，然而，簡單的技術研究已經無法滿足系統的運行需求，需要充分重視其復雜性研究。針對機電一體化技術而言，其復雜性較強，如果只是單純研究系統設計及其集成理論，根本無法充分實現系統的作用，為此，需要加深對機電接口技術的研究，在設計方面，加強對有關理論的融合，確保機電一體化系統的全面實施。在機電一體化技術發展過程中，越來越向智能化、系統化、微型化、網絡化方向發展，其系統內部接口要求越來越高，不僅要確保接口技術與系統技術的有效融合，還要確保信息傳輸的順暢。

（二）機電一體化發展歷程及趨勢

機電一體化發展主要經歷3個階段。一是，在20世紀50年代，電子技術發展越來越成熟，人們嘗試在機械工業中應用電子技術，進而刺激了機械產品與電子技術的融合，初步產生機電一體化概念。二是，在20世紀80年代，機電一體化已經發展了30來年，不管是技術還是產品性能都得到了很大的提升，技術更加成熟，產品性能更加健全。三是，在20世紀90年代末，微細加工技術、電子通信技術、光學技術等得到了快速發展，并且逐漸融入發到了機電一體化當中，使得機電一體化技術越來越成熟。我國機電一體化起步比較晚，現今已經取得了一定的成績，在機械工業中得到了廣泛應用。隨著信息技術的快速發展，人工智能機電一體化建設取得了很大的進步，在數控機床和機器人制造中得到了廣泛運用，促進了機械工業的進一步發展。系統化發展使機械系統更加開放，為多子系統的協調發展與綜合管理提供了可靠依據。同時，在綠色生產概念下，機械綠色化也是工業發展的必然趨勢，是人類保護生態環境資源的重要手段[4]。

接口技術論文范文第2篇

片上網絡借鑒了大規模并行計算機的網絡互連結構，以數據包的形式進行處理器核間通信，圖1以3×3的mesh網絡為例示意了其基本結構，主要包括如下組件：1）處理單元（ProcessElement，PE）：處理單元負責具體的計算及數據包的發起和接收，其中可包含處理器核（Core），協處理器（CP），存儲器（Mem）及I／O等資源；2）路由器（Router，R）：路由器通過數據鏈路相互連接組成特定的網絡，并按照一定的路由算法和交換策略實現數據包的轉發；3）網絡接口（NetworkInterface，NI）：網絡接口負責處理單元和路由器之間的數據交互，根據雙方的協議完成數據包的打包和解包工作；4）數據鏈路（Link）：數據鏈路連接相鄰的路由器，是信號傳輸的載體。當處理器間需要進行通信時，數據包首先通過源節點的網絡接口進入路由器的輸入隊列，路由器再根據數據包中的路由信息計算其輸出方向，并將其轉發到相鄰的路由器，然后重復該過程直到數據包到達其目的節點。最后，數據包被目的節點的網絡接口接收，經過解析之后，其數據被存放到處理單元的存儲器中供計算使用。

2單邊通信協議

根據蟲孔（Wormhole）交換策略［5］，一個數據包被劃分為若干個微片（flit），其中位于數據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），這三種微片可進一步通過微片類型編碼進行區分。數據包的頭微片主要包含相關的路由信息，如源節點坐標（src＿x和src＿y）、目的節點坐標（dst＿x和dst＿y），以及數據包長度、冗余校驗碼等信息，尾微片和體微片則包含了具體待傳輸的數據。此外，在具有多個虛通道的片上網絡中，微片中還包含了其所屬的虛通道號（vcid），以使不同數據包的微片可以在數據鏈路上混合傳輸，從而提高數據鏈路的帶寬利用率。為了減少處理器的干預、提高數據傳輸效率，本文對片上網絡采用單邊通信協議，其主要思想是在數據包中顯式地包含數據的目的地址。圖2示意了本文使用的數據包格式：一個數據包由至多16個微片組成，每個微片的數據負荷為32位；第一個微片為頭微片，包含了路由信息及數據包長度信息；第二個微片包含了一個32位的目的地址，該地址指定了后續數據在目的節點中應被存放的位置；后續微片則包含了具體傳輸的數據。這種將目的地址包含在數據包中的單邊通信方式使網絡接口能直接將接收到的數據存入存儲器，而無需處理器進行干預，因此有助于提升網絡接口的數據接收能力。

3網絡接口設計

網絡接口（NI）負責數據包的發送和接收工作，是處理單元與片上網絡通信的接口。一方面，NI監聽從網絡到達該節點的微片，組裝成完整的數據包，然后通知DMA控制器根據接收到的目的地址將數據存放到存儲器中；另一方面，NI從處理器接收數據，將數據進行打包后傳入片上網絡。因此，NI的處理器端和網絡端需分別滿足嵌入式總線協議（本文采用AHB總線［6］）和基于信用量（credit）的流控協議。以具有兩個虛通道（分別用VC0和VC1表示）的片上網絡為例，圖3示意了本文設計的網絡接口結構，其中上半部為網絡接收部分，下半部為網絡發送部分。在網絡接收部分，每個虛通道都對應了一個接收隊列、數據包隊列、目的地址寄存器和DMA寫控制器（wDMA）。數據包的解析和接收是由接收控制狀態機和wDMA控制器協同實現的，圖4示意了兩者的狀態轉換關系與協同工作方式。一方面，接收控制狀態機對接收隊列中的微片進行解析，剝離vcid和微片類型等信息后，將有效數據存入數據包隊列；接收控制狀態機檢測到一個完整的數據包后，就通知相關的wDMA控制器直接將接收到的數據搬移到存儲器中。另一方面，DMA寫控制器（wDMA）接收到DMA傳輸請求之后，首先從數據包隊列中讀取出第一個微片，并將其記錄為后續數據的目的地址；然后，wDMA控制器向AHB仲裁器發送總線請求信號，申請對總線的所有權；接下來，wDMA控制器發起AHB總線傳輸操作，將數據包隊列中的數據按照先前記錄的目的地址連續地存入存儲器中；等到數據包隊列為空之后，接收控制狀態機和wDMA控制器均返回空閑狀態。在網絡發送部分，處理器將待發送數據的起始地址（針對發送節點而言）和數據長度寫入相關的DMA讀控制器（rDMA）中，再由rDMA將數據從存儲器搬移到發送端的數據包隊列。發送控制狀態機再將數據包的目的地址（針對目的節點而言）與數據包隊列中的數據進行打包后傳入網絡。另外，由于VC0和VC1可能同時發送數據包，因此在發送控制狀態機中還進行了虛通道間的仲裁，仲裁的結果用于選擇相應的數據進入網絡。為了簡化接收控制狀態機對完整數據包的探測過程，規定網絡中數據包的長度不能大于NI中數據包隊列的深度，以使數據包隊列可以存放一個完整的數據包。在本文中，NI接收部分和發送部分的數據包隊列深度均被設置為16，因此網絡中的數據包最長不能超過16個微片。

4驗證及性能分析

4.1驗證及測試環境為了對設計的片上網絡傳輸接口進行驗證及性能測試，本文將網絡接口集成到了一個4×4mesh片上多處理器驗證環境中，圖5示意了該多處理器的結構：每個節點均為一個基于AHB總線的小型系統，其中包含了一個小型RISC處理器（μP）、私有SRAM存儲器、片上網絡路由器及網絡接口。為了對網絡接口的性能進行對比分析，本文選取了并行FFT計算［7～10］作為應用案例來對該16核系統進行性能測試。其中，測試組采用本文設計的網絡接口，數據在存儲器和網絡接口間的搬移采用DMA方式實現；而對比組采用非DMA操作的網絡接口，數據的搬移是以中斷的方式通知處理器μP干預實現。

4.2案例測試圖6給出了在16核系統中進行單精度浮點FFT計算的結果，其中橫軸表示輸入序列長度的對數，縱軸為計算過程所消耗的時鐘周期。從圖5可以看出，對比采用CPU干預型網絡接口的16核系統，采用DMA傳輸型網絡接口的16核系統具備了更高的并行計算性能。當FFT序列長度為1024時，本文設計的網絡接口使FFT計算耗時降低了20％左右，且隨著FFT序列長度的增加，DMA傳輸型網絡接口對16核系統并行計算性能的提升更加明顯。導致FFT計算性能提升的原因主要有兩點。1）由于本文設計的網絡接口通過DMA方式實現數據負荷的搬移，而非通過CPU進行顯式的搬移，因此縮減了數據包的發送和接收延時，減低了處理器核間通信帶來的性能損耗；2）網絡接口采用的DMA傳輸方式減少了CPU對數據包的干預，使得CPU能更加專注地進行數據運算，因此應用程序的并行計算性能得到了提升。

5結語

接口技術論文范文第3篇

論文關鍵詞：微機原理與接口技術；教學計劃；課堂教學方法；實驗教學改革

20世紀70年代大規模集成電路技術的發展促生了第一臺微型計算機，至今，微型計算機技術在短短三四十年的時間里已不可動搖地發展成為計算機技術領域的一個重要的分支，廣泛深入地滲透到工業控制、儀器儀表、消費產品、汽車、辦公自動化和通信等領域，從微控制器的品種、結構、功能、性能、價格、生產工藝到開發方式等都以迅猛的勢頭快速發展。這無疑對微型計算機人才的適應性提出了更高的要求。高校開設的“微機原理與接口技術”是電子、自動化、通信、計算機相關專業一門理論與實踐聯系很強的專業基礎課程，具有很高的實用價值，起到承上啟下的重要作用，其教學質量的好壞直接影響著學生綜合能力的培養與提高。為了更好地滿足社會和企業對具有高技能應用型人才的要求，減輕教師教學的壓力，結合自身教學和實踐，談幾點體會和改革的新思路。

一、安排好合理的教學計劃

“微機原理與接口技術”課程一般安排在大學二年級下學期或三年級上學期，由于內容多、難度大，初次接觸微機的大多數學生對其缺乏正確的認知，其心理上對之有一定的畏懼，所以制訂的授課計劃應重點突出、層次分明、由淺入深循序漸進。

1.重點突出、層次分明

從目前的教學培養方案來看，“微機原理與接口技術”課程的學時一般為60～70學時。在課時這么少的情況下要完成相對較多的內容，安排講授的重點就應放在實用性的理論知識上。為此應遵循以下兩個原則：首先是可行性。根據學生現有的理論儲備、企事業現階段對微機人才的要求和學院相應的設備條件等基礎環境，將有實用價值的內容合理地有重點地安排進課程或適度加強。其次是拓展性。為達到實用性強的特點，在教學計劃安排過程中，加入對知識縱向和橫向的延伸，引導學生積極思考，鼓勵學生對所學習內容在實際的應用中討論，進行更深層次的研究。只有這樣，書本上的知識才能真正成為自己的知識。

2.由淺入深、循序漸進

在“微機原理與接口技術”課程之前學生已進行了大學物理和電子技術的學習。為了更好地銜接，教師在制訂教學計劃時應從學生已經學習過的數制轉換、編碼、存儲器等知識入手逐漸深入到微機原理其他未知的領域，由淺入深地安排好課程計劃，慢慢地培養學生興趣。如此安排易于學生接受知識，起到了很好的承接作用。經過在集美大學信息工程學院、理學院和誠毅學院的實踐教學表明，這樣的課程安排很受學生歡迎。

二、選擇合適的課堂教學方法

理工學科的課程內容相對枯燥又難以理解，所以就更加要求理論教學應該針對性地尋求靈活的教學方法。適合“微機原理與接口技術”的課堂教學方法很多，如啟發式教學法、漸進式教學法、比較式教學法、歸納式教學法等。這些方法綜合應用在課堂教學中，對教學質量有很好的保證。但針對不同的學生也必須有各自的側重方法，才能達到最佳效果。下面以前兩種方法為例進行探討。

1.啟發式教學

理工課程內容的嚴謹性很容易造成課堂氛圍沉悶，形成填鴨式的教師一言堂。例如信息工程學院的學生特點是入學成績好，基礎知識比較扎實，但缺點是思維不夠活躍，最容易形成死氣沉沉的課堂。如何在教學中調動學生積極性，是改善課堂氛圍、提高學生學習效果的重要環節。所以針對信息工程學院的學生，更合適較多地采用啟發式教學，以調動學生學習熱情與興趣，促進學生個性發展。這就要求在教學中根據教學內容的鋪展由表及里循序漸進地不斷引出問題，啟迪學生去思考、分析問題，直到提出解決問題的方法或途徑。比如在教授算術運算指令時，首先引導學生回憶標志寄存器的結構和數制計算時的補碼運算，在此基礎上再仔細講解算術運算類指令的功能。有了良好的理論基礎，再舉一例題：十進制轉十六進制的轉換程序，用傳統的順序結構算法詳盡地講解轉換的過程。下一步就是引導學生思考傳統算法的不足，有的學生就提出計算太繁復、結構不合理，于是更深地引導如何解決這個問題，要求學生通過課堂練習、課后作業或上機實驗完成新的計算程序。反饋的結果是有的學生選擇使用循環結構、有的選擇過程調用，都大大地簡化了轉換程序，達到了預期的效果。最后引導學生應用后續的宏或中斷的知識完成相應的編程，進一步拓展學生思路，為學習后續的知識打下伏筆。

啟發式教學強調學生是教學的主體，調動學生的學習主動性。教師要淡化標準答案，鼓勵學生多向思維，弱化思維定勢。“微機原理與接口技術”教學中針對信息工程學院的學生采用啟發式教學，利用學生相對比較扎實的理論知識為基礎，對學生的疑問不作正面回答，啟發學生獨立思考，培養學生獨立解決問題的能力，發揚教學民主，用問題引導學生順應教師的思路不斷思考，主動分析問題，找到問題所在并最終找到解決辦法。

2.漸進式教學法

漸進式教學法是指利用已有的知識作為新知識的基礎和階梯，靈活利用知識點之問的橫向關聯和縱向層次，由淺入深、由易到難、循序漸進的教學方法。此方法在實踐中主要針對集美大學誠毅學院的學生，他們的特點是思維活躍、富有個性，但是基礎知識相對薄弱。例如在講解存儲器時先是從上學期學生剛剛學過的觸發器入手，進入到由觸發器構成的存儲器單元，將新知識鋪墊在學生已有的知識結構上，有了這個基礎再進一步講解CPU對存儲器的組織、如何尋址，學生自然而然進入所授新知識的環境中。這樣由淺入深，層層遞進，符合認知規律，有利于學生系統全面地理解學習內容。

三、改革傳統的實驗模式

在以往的實驗教學中，實驗內容往往以驗證理論知識為主要目的，這樣安排旨在讓學生通過實驗課程加深對理論知識的記憶和理解，使實驗教學成為課堂教學的有限延伸。在實驗課中，學生用統一的模式，無法將自己的創造性想法和實驗課程結合起來，也無法靈活地將所學的理論知識和實驗內容結合起來。由于實驗內容和課堂教學內容過多重復，無法激發學生對實驗課程的興趣；理論驗證性實驗過多，學生也很難去真正地思考、分析問題，失去了提高動手能力的機會。改變傳統實驗過程中以驗證性為主的實驗模式，以理論驗證為基礎，增加實驗的拓展性、挑戰性和綜合性，真正達到讓學生在實驗環節中提高動手能力、鍛煉思維能力的目的。

1.改驗證性實驗為引導性的試驗

教師僅提供實驗目的和要求，指出實驗的方向，學生提前到圖書館或者網上查閱相關資料，設計實驗方案，編寫相關的流程圖和預習程序。在實驗中的任務是發現問題并解決問題，最后得到實驗結果。學生應根據自己的實驗過程撰寫實驗報告，重要的環節是報告中一定要包括實驗中各自遇到的問題，解決方案是什么；如果最終也未能解決問題，要分析原因并考慮可能的解決方案。同時教師也可以組織學生交流，分組討論，對各組實驗結果與報告展開分析，從而提高學生的研究能力和科學實驗能力。

2.加強參與實踐的積極性

為了充分調動學生的積極性和主觀能動性，實踐中還引入激勵機制。每一個能提前完成實驗任務的學生都有機會從教師那里隨機的得到一道拓展性的題目，這個題目是教師根據學生前面完成任務的具體情況、遇到的問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性地提出新任務，是本次試驗的鞏固和延伸。等學期結束后進行統計，完成拓展任務多的學生就有機會實驗考試免試。由于新任務是學生主動要求的，再加上激勵機制，故學生積極性非常高，解決問題的主動性很強，收獲也更大。

3.充分利用好課外時間

“微機原理與接口技術”課程的課外教學也是實踐教學中很重要的一個組成部分。學生往往對抽象的理論知識感覺枯燥難學，對實際動手比較有興趣。為此，可以通過組織興趣小組、參與教師的科研、參加各種講座、參與校內外組織的各種相關競賽活動等各種方式進行課外學習，激發學生的創新精神，開闊視野，增長才干，增強獨立解決實際問題的能力。逐步培養學生的研究能力、創新能力以及自我管理、相互學習、團隊合作等多方面的能力。

接口技術論文范文第4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。可以用匯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。

E-mail:

聯系方式：東北大學秦皇島分校計算機工程系，郵編066004

辦公：0335-8047939

接口技術論文范文第5篇

關鍵詞：本科教育；課堂教學；應用能力

作者簡介：陳進（1955-），男，湖南岳陽人，湖南理工學院信息與通信工程學院，教授；郭龍源（1973-），男，福建龍巖人，湖南理工學院信息與通信工程學院，副教授。（湖南 岳陽 414006）

基金項目：本文系2013年湖南理工學院教改基金項目（項目編號：2013B19）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0085-03

“應用為本”是應用型大學的根本特征，[1]應用型本科教育如何培養學生的應用能力，許多論文針對中國高校實踐教學環節比較薄弱的情況，在如何加強實踐教學環節方面進行了有益的探索和研究。

應用型本科院校培養的應用人才屬于“理論應用型”，其應用能力應該體現為具有運用科學理論知識和方法來綜合分析、解決問題的綜合能力以及將解決方案付諸實施的實踐能力。[2]因此，應當在教學各個環節――不僅僅在實踐教學環節――全面地培養學生的應用能力。

課堂教學是本科教學最重要的部分，是人才培養的主陣地。[3]如何在課堂教學中培養學生的應用能力，筆者根據多年“數字電路”和“單片機原理與接口電路”課程的課堂教學經驗，從課堂教學內容取舍、課堂教學過程中的講授、習題的布置與講解等方面對如何培養學生的應用能力談一些自己的體會。

一、從培養學生應用能力出發對課堂教學內容合理取舍

教學內容是課堂教學的生命，從培養學生應用能力出發，應該合理地對教學內容進行取舍。

1.教學內容要緊跟應用發展

知識的創新和應用日新月異，而教材內容更改往往滯后。面對這種情況，教學內容要緊跟應用發展，盡可能與當前工程實際接軌，使學生走向社會后能夠盡快上手應用。

“單片機原理與接口技術”課程，大多數教材采用匯編語言編程。但是，目前單片機實際應用中，設計與開發多使用C51語言編程。根據這個情況，筆者采用匯編語言編程的教材，補充講C51語言編程，并且在應用編程例題上交替采用兩種編程語言。

隨著半導體技術的發展，單片機串行擴展接口已經普遍應用，在《單片機原理及接口技術》教材[4]中，雖然介紹了單片機串行擴展技術，并指出“單片機串行擴展技術與并行擴展技術相比具有顯著的優點”，但在其他各種接口的章節，仍然是講授并行擴展接口，為此筆者增加了串行接口芯片的內容。例如在A/D接口技術中，除了講一個典型并行接口芯片0809與AT89C51接口電路外，增加了串行接口芯片AD7896與AT89C51接口電路的內容。

2.教學內容要從應用角度出發突出重點

課堂教學要從應用角度出發，突出重點，精簡內容，盡量避免或減少繁雜的理論推導。需要說明的是，應用型本科人才的“應用性”不只是繼承性應用，而且是創造性應用。[5]因此，精簡內容并不是基礎知識不講，而是有些基礎知識還需要重點講授。

邏輯門電路是《數字電子技術》中作為基礎的一章，[6]其內容包括了CMOS、TTL等各系列電路的內部組成與工作原理、傳輸特性、電參數定義、邏輯功能與邏輯符號。由于這一章節內容多，特別是集成邏輯門電路的內部電路比較繁瑣。若教學內容面面俱到，只能走馬觀花式講解，學生分不清主次，也無法弄懂。若對于內部電路不講解，也同樣會使得學生知識欠缺，造成應用能力減弱，這是有過教訓的。[7]非微電子專業應用中只用到與邏輯門的輸入、輸出接口，所以學生關鍵是掌握邏輯門內部電路中的輸入、輸出電路結構和工作原理以及與應用相關知識，這是課堂教學的重點。例如，CMOS邏輯門電路，只需要詳細講解CMO反相器內部電路，其他CMOS門的內部電路可不講。因為各種CMOS門電路在輸入、輸出端都加了反相器作為緩沖電路。CMOS反相器內部電路十分簡單，學生容易懂。

“數字電子技術”課程中，介紹了多種集成電路芯片。從應用角度出發教學，重點應放在器件引腳、邏輯功能及典型應用講解，而對其內部電路，不要過于糾結。例如譯碼器74138，在本課程的存儲器擴展和后續課程中都會出現地址譯碼，因此必須引入地址譯碼的概念，并重點講解地址譯碼的意義和作用。筆者在課堂教學中，通過圖1所示地址譯碼電路課件，重點講解地址譯碼的意義和作用。

3.教學內容要適當增加工具軟件的內容

隨著計算機技術的發展，各種工具軟件應運而生。課堂教學在突出重點精簡內容后，留有時間講授工具軟件。這一部分內容以教師引導，學生自學為主。“數字電子技術”課程引入電子線路仿真軟件Multisim 10，“單片機原理與接口技術”課程引入單片機集成開發環境Keil ?Vision4。引導學生對分析和設計的電路和自己編寫的程序進行仿真，有利于培養學生的應用能力。課堂教學中，講解例題和習題時進行仿真，有利于學生對教學內容的理解。

二、在課堂教學過程中注意培養學生應用能力

認真做好教學課件，讓學生有感性認識。要通過多媒體課件，使學生對學習的知識有一定的直觀感覺，這種感性認識是有利于培養學生應用能力的。

“數字電子技術”課程中顯示譯碼器這一章節，筆者在多媒體課件中使用與實際數碼管類似的圖標，來說明共陰極數碼管的段碼是如何得到的，以及顯示譯碼器的功能。當介紹了共陰極數碼管引腳為高電平時對應LED發光后，用圖2所示課件分別給出顯示“0”，“1”，“2”的abcdefg的值和段碼，對應LED發光和數碼管顯示對應數字。多媒體課件不是靜止的，而是動態的，課件中首先是數碼管顯示“0”，然后要學生考慮哪些LED發光，再使“a，b，c，d，e，f”LED發光，最后出現“0”的段碼“11111100”；“0”，“1”，“2”按照這個過程出現一次，段碼是如何得到的就很清楚了。圖2顯示的是數字“2”的段碼“11011010”的來由。

然后很容易引入七段顯示譯碼器的功能：輸入的十進制數代碼進行譯碼，輸出段碼abcdefg，點亮LED顯示器的各段，顯示對應的數碼。圖3是說明74HC4511的譯碼功能的課件界面。

1.注重從總體思路入手，培養學生的應用能力

課堂教學中比較復雜的問題，教師應該從總體思路合理引導，使學生先明白總體思想，就比較容易理解具體的步驟，這樣也能夠培養學生分析問題和設計電路時從總體思路入手的習慣。

例如，“數字電子技術”講解8位D/A采用雙極性輸出方式所設計的電路的原理，必須先講清楚設計總體思路：利用已有的單極性輸出D/A電路，設計雙極性輸出電路，措施是：數字提升，模擬下降。第一，數字提升，將輸入的帶符號的二進制補碼+128，變成單極性數字量；第二，采用單極性轉換電路得到單極性輸出模擬量；第三，模擬下降，將輸出模擬量-5V，變成雙極性輸出模擬量。這個總體思路清楚了，實現數字提升、模擬下降的具體方法就好理解了。

“單片機原理與接口技術”課程中，串行通信編程，也必須先講清楚程序設計總體思路。以較簡單的雙機通信方式1發送編程為例。首先要強調發送時只要將需要發送的數據送到發送緩沖器，則串行口自動地按照指定的數據格式、波特率從TXD引腳發送。發送完后，TI=1，產生串行口中斷。

編程需要解決什么問題？主程序：編程指定發送數據格式和波特率，中斷設置；需要發送到數據準備好，發送數據指針指向發送第一個數據；將發送的第一個數據，送入發送緩沖區；中斷服務子程序：判斷需要發送的全部數據是否發送完，完了退出，如未完，發送數據指針下移，將下一個發送數據送入發送緩沖區。編程的總體思路清晰了，再講解相關程序就容易理解了。

2.盡量貼近實際，讓學生盡早接觸應用

課堂教學中，相關示例要盡量貼近實際應用，讓學生盡早接觸應用，同時也讓學生容易理解。

《數字電子技術》第9章中，教材采用的一個泛指的工業生產過程控制對象，說明為什么需要D/A和A/D。為了貼近實際應用，筆者采用一個染色鍋溫度控制實例來說明，如圖5所示。

“單片機原理與接口技術”課程中，C51編程一章的例題都是與硬件電路無關的軟件編程，而單片機實際應用主要是根據硬件電路設計程序。因此，筆者講解一個軟件與硬件結合的例題，電路如圖6所示，并且在?Vision_4下進行仿真調試，使學生盡早進入單片機應用的境界，同時在作業中也安排了一個類似習題。

三、通過做習題培養學生的應用能力

學生做習題，其實也是一種應用，雖說只是“紙上談兵”，但如果習題都做不好的話，就更談不上實際應用。因此，布置習題和指導學生做習題也是課堂教學中培養學生應用能力的一個重要環節。要有選擇性地布置習題。布置的習題要少而精，不要太難，但不能都是基礎題。筆者在“單片機原理與接口技術”課程中，除了前3章外，每一章布置一個接近應用的綜合習題。例如第5章中斷，補充了一個習題如圖7所示。這個習題是一個軟件與硬件結合的比較完整的中斷編程，通過這個習題，對單片機中斷編程有一個總體的概念。

要引導學生對習題進行仿真調試，特別是要求有一定能力的學生這樣做。在調試過程中，出現問題盡量自己分析原因并且解決問題，這是對于實際應用能力培養是非常重要的。當學生自己獨立或者在老師指導下解決了問題，甚至學生經過多次調試仍然不能分析出原因，最終由教師分析出原因。只要有這個過程，就培養了學生分析問題和解決問題的能力。

“單片機原理與接口技術”課程中定時器/計數器一章中，習題要求P1.0輸出周期為400?s占空比為10%的矩形脈沖。某學生采用C51編程，進行調試時發現輸出波形如圖所示與要求不符。反復檢查所編程序，沒有找到任何問題。為什么實際輸出結果不對？在教師的指導下，分析其原因是C程序編譯后，中斷服務程序增加了保護現場和恢復現場，造成中斷程序執行時間大于40us，使得輸出波形不對。

要在課堂上認真講解習題。對于錯誤帶普遍性的和重點的習題要詳細講解，要分析學生為什么會錯，癥結在哪？講解習題與講解例題的效果是不一樣的，因為學生做過這個習題，不會做或者做錯了，是經過思考的，再聽教師講解，就知道錯在哪里，為什么會錯，印象深刻。一般說來，講解過的習題絕大多數學生都會做了。

在講解習題的過程中，要有意識地培養學生的應用能力，如仿真調試波形不符的一例，在習題課中引導學生進行仿真，分析C51中斷程序編譯后的匯編語言程序執行時間大于40us，培養學生自主調試能力，并針對部分學生認為匯編語言無用的思想，指出即便采用C語言編程，在分析所出現的問題時，仍然需要用到匯編語言。

四、結束語

要在課堂很好地培養學生的應用能力，首先教師本身就應該具有較好的實際應用經驗，否則就是一句空話。目前高校中一部分教師是從學校到學校，自身缺乏實際應用能力。因此，對于應用型的本科院校，在強調教師高學歷的同時，應該注重教師的實際應用能力。對于在校的年輕教師，應該采用各種方式，進行一定的應用能力培養。

參考文獻：

[1]朱科蓉.應用型大學的核心競爭力及其提升策略[J].北京聯合大學學報（人文社會科學版），2006，4（4）：9-12.

[2]徐理勤，顧建民.應用型本科人才培養模式的探索與實踐[J].高教探索，2007，（2）：57-60.

[3]彭美云.提高本科課堂教學效果的建議[J].中國大學教育，2010，

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[4]張毅剛，彭喜元.單片機原理及接口技術[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[5]唐向宏，章堅武，姜斌.應用型本科人才培養模式的探索與實踐[J].電氣電子學報，2009，（Sl）：76-78.

[6]康華光.電子技術基礎（數字部分）[M].北京：高等教育出版社，

2006.