基于TPC-USB系统的《微机原理》典型实验设计

### 基于TPC-USB系统的《微机原理》典型实验设计 #### 实验背景与目标 在高等职业院校的计算机教育体系中，《微机原理》作为一门基础且核心的专业课程，承载着培养学生理论与实践相结合能力的重要使命。然而，在实际的教学过程中，学生往往难以将复杂的理论知识与具体的实验操作有效对接，尤其是在使用如VC++编程语言、汇编语言指令与实验流程图的融合应用上存在较大挑战。为此，基于清华大学TPC-USB实验系统平台，本文旨在探讨一种创新的实验教学设计，通过典型的实验案例——交通灯控制，旨在解决上述问题，提高实验教学效果，激发学生学习兴趣，进一步提升计算机专业课程的教学质量。 #### 实验平台概述 TPC-USB实验系统由清华大学开发，主要包括USB总线接口模块、扩展实验台以及软件集成实验环境。其中，USB总线接口模块采用ISPL581 USB2.0高速接口芯片，支持USB2.0规范，具备高速通信能力，实现了即插即用的便捷性。系统通过50芯扁平电缆将模块与实验台连接，为实验提供了稳定可靠的硬件平台。此外，软件集成实验环境TPC-USB提供了丰富的实验资源，便于学生进行实验操作与数据验证。 #### 实验设计与实施 ##### 实验过程设计 实验设计围绕“学生为主体”的原则展开，通过分组合作、自主设计、教师引导等方式，促进学生深度参与实验全过程。学生需在实验前进行充分预习，了解实验目的、原理及所需知识，尤其关注8255A交通灯控制并口芯片的功能与引脚定义。接着，学生根据实验要求，自主设计实验方案与程序，强化理论与实践的结合。在实验过程中，教师将重点讲解实验的设计思路与方法，通过示范操作，引导学生掌握并行接口8255A的使用，从而实现交通灯的模拟控制。 ##### 芯片功能分析 学生需对比理论资料与实验平台上的8255A芯片实物，分析并记录引脚功能，加深对芯片功能的理解。以图一为例，L7、L6、L5分别对应南北路口的红、黄、绿灯，与PC7、PC5、PC5引脚相连；L2、L1、L0则对应东西路口的红、黄、绿灯，与PC2、PC1、PC0相连。通过编程控制这些引脚的状态，实现交通灯按预定规律亮灭。 ##### 线缆连接与VC++编程 学生自主完成8255A芯片的引脚连线，并参照实验指导书进行检查与校正。随后，基于TPC-USB系统自带的汇编语言程序，学生需独立设计并绘制实验流程图，完成VC++实验程序的编写，实现对汇编语言的“翻译”。这一过程不仅考验学生的编程技能，更锻炼了他们将抽象概念转化为具体操作的能力。 #### 实验运行与结果分析 完成编程后，学生启动实验箱电源，运行USB软件，执行实验程序，观察并记录实验结果。在这一阶段，学生需仔细检查程序逻辑，确保交通灯控制符合预期变化规律，如南北路口绿灯亮、东西路口红灯亮持续30秒，然后过渡到黄灯闪烁，再切换至东西路口绿灯亮、南北路口红灯亮等状态。通过不断调试与优化，学生不仅能加深对微机原理的理解，还能提升解决问题的能力。 基于TPC-USB系统的《微机原理》典型实验设计，不仅为学生提供了理论联系实际的机会，还通过交通灯控制这一具体案例，有效提升了学生的实验操作技能与编程能力。这种教学模式强调学生主动参与、自主探究，对于培养具有创新精神和实践能力的计算机专业人才具有重要意义。