浅谈如何完善I/O接口实验

摘 要 微机原理与接口技术的实验教学是该课程教学中的重点环节。I/O接口实验承前启后，要获得良好的教学效果有一定难度。本文在实际教学的基础上，总结了好的教学经验，对如何完善实验内容及方法进行了一定探索。

关键词 I/O接口 实验教学 霓虹灯

中图分类号：G642文献标识码：A

0 前言

在微机原理与接口技术这门课的教学中，I/O接口一章起到了承前启后的作用。在前面的章节中介绍了Intel微处理器的结构、汇编语言程序设计，在后续章节中将介绍中断系统、定时器/计数器芯片、并行I/O接口、数模转换接口等。①学生在学习汇编语言的过程中，经常会把汇编语言同其他高级语言（例如C语言）加以比较，觉得汇编语言在解决同类问题上繁琐复杂、难以学习，无法直观地理解汇编语言的优点。而后续学习8259、8237、8253、8255等芯片时，都要用到汇编语言。I/O接口实验内容简单，程序很简短，远比利用汇编语言解决纯软件的问题容易得多，学生可以更好地理解汇编语言的优势。②从实验教学的角度说，之前完成的汇编语言编程，侧重于对语言本身规则的熟悉与使用，并不涉及对硬件的编程，在任何一台计算机上都可以完成实验。而I/O接口实验是学生第一个涉及硬件芯片的编程，要使用到开关，LED灯等简单外设，实验还可以体现出存储器地址译码等知识点的应用。可以说实验本身很简单，但涉及的知识的应用却很丰富，要求学生真正理解软硬件之间的关系。因此做好这项实验很重要。如果只是单纯完成验证性实验，往往达不到实验的预期目的，也很难引起学生的学习兴趣，所以应该对这项实验进行进一步完善。

1 基本实验

笔者所在学校采用DJ系列8086/8088微机实验开发系统。验证性实验内容为利用74LS244作为输入口，读取开关状态，并将此状态通过74LS273再驱动发光二极管显示出来。③实验接线图如图1所示：

开关作为输入设备接缓冲器74LS244，LED灯作为输出设备连接锁存器74LS273。缓冲器、锁存器作为接口，其地址由74LS138译码器产生，分别是FF80H、FF90H。实验程序如下：

实验中，AL某位为0，对应LED灯亮；AL某位为1，对应LED灯不亮。该实验可要求学生思考以下几个问题：能否用74LS244连接LED灯，用74LS273连接开关？接口地址在编程中如何体现的？程序最后为什么要有一条无条件转移语句？

通过基本实验，学生对接口编程有了一个直观的了解，也认识到汇编语言在解决硬件类问题的方便。由于实验本身内容简单，学生的学习兴趣难以持续较长时间。

图1 简单I/O口扩展实验接线图

2 拓展实验

城市里每到夜晚，五光十色的霓虹灯构成了一种亮丽的风景。利用现有设备，可以将I/O接口实验与霓虹灯效果制作结合起来。教师可以介绍几种基本的霓虹效果制作，然后由学生自由发挥，制作自己喜欢的霓虹效果。

2.1 利用一个开关控制8个LED灯亮灭

在制作霓虹灯效果之前，可做此准备实验，加强学生对软硬件结合的理解，熟悉查询式传送的使用。硬件连线可以同基本实验。首先，需要学生加强理解的是LED灯的状态直接取决于从输出接口写出的AL值。一个开关控制8个灯意味着输出AL的值只有两个选择：00H（全0）、FFH（全1）。其次，基本实验中一个开关对应一个LED灯，采用的是无条件传送方式。本实验只用一个开关，应采用软件查询式传送。实验程序修改如下：

具体采用哪一个开关控制，是可以调整的，可要求学生加以变化。

2.2 单灯闪烁效果制作

一种最基本的霓虹效果即单灯闪烁效果。硬件连线类似于基本实验，可以不采用输入接口，即霓虹效果完全由程序控制。本实验涉及到一个新的知识点――软件延时。所谓灯的闪烁，即灯亮一段时间，灭一段时间，循环往复。其中的一段时间如何控制？由于在学习I/O接口一章时，尚未介绍到硬件定时芯片8253，因此本实验只适用软件来控制延时。其原理也很简单，利用循环执行一些不影响程序最终结果的指令来消耗时间，从而达到延时目的。灯的闪烁也就是AL对应位在0和1之间跳变。实验程序修改如下：

软件延时的长短可在实验过程逐步调整。如果闪烁时间间隔过长，可减小CX的值；如果闪烁时间间隔过段，可在LOOP循环体中增加语句，如INCBX，DECBX等。建议时间间隔不要过短，容易影响灯丝使用寿命。

2.3 单灯循环移动闪烁效果制作

单灯循环移动闪烁也是一种简单霓虹效果。硬件连线同上。与上述实验的区别在于具体实现这种变化的指令是移位指令，类似于接力赛跑，在8个LED灯之间传递0状态（灯亮）。实验程序修改如下：

可让学生思考尝试，采用普通移位指令会是什么结果；如果要实现多灯移动闪烁，程序又该如何修改。

通过介绍以上几个例子，学生将对如何实现霓虹效果有了一个直观认识。总结一句话就是改变AL值，输出，延时。不同的霓虹效果，主要取决于对AL的变化。可以让学生自行设计想要的霓虹效果。指导学生实验时，为提高实验作用，注意要求学生先考虑好想要实现的效果，编程运行调试，根据调试结果修改程序以达到预期目的。要求学生对调试中出现的错误或非预期效果，要思考原因，不要胡乱写一个程序，无任何预期目的，直接将运行结果作为最终结果。

3 总结

通过近三年的实际教学，I/O接口实验完善前后，学生的学习兴趣完全不同。之前只做基本实验，学生学习兴趣不浓，觉得不好玩，没有参与感。改善后的拓展实验，很多学生都积极设计属于自己的霓虹效果，形成一种有益的竞争，争取做出更有趣、更复杂的效果，如多灯跳变，多种霓虹效果按一定顺序实现、通过开关控制霓虹的始终等。教学相长，学生的创新也给教师带来很多新思路。实验中所用软件延时还可以与后续章节中硬件延时形成呼应。本文介绍的对实验的完善，主要是与生活中的实际应用相结合，提高学生的参与感和积极性，可按照此思路继续完善各章节的实验。

注释

① 赵树升,赵雪梅.现代微机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社,2008.

② 周荷琴,吴秀清.微型计算机原理与接口技术（第三版）[M].合肥:中国科技大学出版社,2004.

③ 启东市东疆计算机有限公司 DJ系列8086/88实验指导书.

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