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指导微机实验
微机系统与接口技术
实验指导书
东南大学电子科学与工程学院
2008年2月
目录
一、概述...........................................................5
二、实验装置基本组成...............................................6
三、实验台结......................................................12
1、I/O地址译码电路.....................................................12
2、总线插孔.............................................................12
3、时钟电路.............................................................12
4、逻辑电平开关电路.....................................................12
5、LED显示电路........................................................13
6、七段数码管显示电路.................................................13
7、单脉冲电路..........................................................14
8、逻辑笔...............................................................14
9、继电器及驱动电路...................................................14
10、复位电路...........................................................14
11、接口集成电路.......................................................15
12、跳线开关(JP)......................................................15
13、+5V电源插针......................................................15
14、通用集成电路插座...................................................15
15、数字电路实验区.....................................................15
16、接线端子............................................................15
17、50线总线插座信号安排..............................................16
18、直流电源开关(K1)和存储器地址选择开关(K2)...................16
19、使用外加直流电源注意事项..........................................16
20、高位地址选择电路...................................................16
四、实验.....................................................................18
实验一、I/O地址译码.....................................................20
实验二、简单并行接口.....................................................21
实验三、可编程定时器/计数器(8253)......................................23
实验四、可编程并行接口
(一)(8255方式0)..............................25
实验五、七段数码管........................................................26
实验六、竞赛抢答器........................................................29
实验七、交通灯控制实验...................................................31
实验八、中断.............................................................32
实验九、可编程并行接口
(二)(8255方式1)................................36
实验十、数/模转换器......................................................39
实验十一、模/数转换器......................................................39
实验十二、步进电机控制实验................................................60
实验十三、数字温度检测实验................................................79
附录1、查看PCI卡资源的方法.........................................97
附录2、汇编语言使用方法............................................97
一、概述
“TPC-2005通用32位微机接口(PCI)实验系统”是清华大学科教仪器厂推出的微机硬件实验教学设备。
该教学实验系统具有实验项目多、内容全面、开放能力和灵活性强等特点。
它不仅适用于一些典型的微机接口教学实验,而且还是一个为学生在提供了锻炼学生动手能力,发挥创造才能和开展创新活动的计算机硬件平台。
该系统主要有以下特点:
★实验电路连接采用了国家专利、获奖产品“自锁紧”插座及导线,消除了连线接触不良的现象。
★电路设计中增加了多项保护措施,可有效的避免由于学生实验时错接、错编程损坏主机或接口集成电路的现象。
★实验台上增加了逻辑笔、通用IC插座等电路。
可作为数字电路实验仪器使用,也可以用于学生毕业设计、科技创新活动及科研开发。
仪器硬件包括接口卡、实验台(箱)两部分组成,两者之间通过50线扁平电缆相连。
接口卡可以插入PC系列微机中任意一个PCI扩展插槽,它的主要功能是将与实验有关的总线信号加以驱动后引到实验台上,同时引出信号还有与“中断”和“DMA”实验操作有关的信号及+5V、+12V、-12V电源。
实验台上设有I/O地址译码电路、总线插孔、接口实验常用集成电路、外围电路及通用IC插座等部分组成。
外围电路包括逻辑电平开关电路、LED显示电路、时钟电路、单脉冲电路、逻辑笔、复位电路、七段数码管显示电路、基本门电路、继电器及步进电机、小直流电机的驱动电路。
二、实验装置基本组成
(1)硬件:
PC机;PCI接口卡;实验箱;50线扁平电缆;自锁紧导线。
本实验装置在PC系统中的位置如图所示(虚线框内):
(2)软件:
DOS操作系统的汇编系统;TPC-2003A集成开发环境。
三、实验平台结构
1、I/O地址译码电路
如图-3所示,地址空间:
280H~2BFH共分8条译码输出线:
Y0~Y7,其地址分别是280H~287H;288H~28FH;290H~297H;298H~29FH;2A0H~2A7H;2A8H~2AFH;2B0H~2B7H;2B8H~2BFH,8根译码输出线在实验台“I/O地址”处分别由“自锁紧”插孔引出,供实验选用。
2、总线插孔
采用“自锁紧”插座在标有“总线”区引出数据总线D7~D0;地址总线A9~A0;读、写信号IOR、IOW;中断请求信号IRQ;DMA请求信号DRQ1;DMA响应信号、;及AEN信号,供学生搭试各种接口实验电路使用。
3、时钟电路
如图-4所示,可以输出1MHZ、2MHZ两种信号,供A/D转换器、定时器/计数器、串行接口实验使用。
4、逻辑电平开关电路
如图-5所示,实验台右下方设有8个开关K7~K0,开关拨到“1”位置时开关断开,输出高电平,向下打到“0”位置时开关接通输出低电平,电路中串接了保护电阻,使接口电路不直接同+5V、GND相连,可有效地防止学生因误操作、误编程损坏集成电路现象。
5、LED显示电路
如图-6所示,实验台上设有8个发光二极管及相关驱动电路(输入端L7~L0),当输入信号为“1”时发光,为“0”时灭。
6、七段数码管显示电路
如图-7所示,实验台上设有两个共阴极七段数码管及驱动电路,段码为同相驱动器,位码为反相驱动器,从段码与位码的驱动器输入端(段码输入端:
a、b、c、d、e、f、g、dp,位码输入端:
s1、s2)输入不同的代码即可显示不同数字或符号。
7、单脉冲电路
如图-8所示,采用RS触发器产生,实验者每按一次开关即可以从两个插座上分别输出一个正脉冲及负脉冲,供“中断”、“DMA”、“定时器/计数器”等实验使用。
8、逻辑笔
如图-9所示,当输入端Ui接高电平时红灯(D2)亮;接低电平时绿灯亮。
9、继电器及驱动电路
如图-10所示,实验台上设有一个+5V直流继电器及相应的驱动电路,当其开关量输入端输入数字量“1”时,继电器动作:
常开触点闭合、常闭触点断开。
通过相应的实验使学生了解开关量控制的一般原理。
10、复位电路
如图-11所示,能在上电时,或按下复位开关S2后产生一个高电平的复位信号供8255、8251等接口芯片使用。
11、接口集成电路
实验台上有微机原理硬件实验最常用接口电路芯片,包括:
可编程定时器/计数器(8253)、可编程并行接口(8255)、数/模转换器(DAC0832)、模/数转换器(ADC0809),这里芯片与CPU相连的引线除片选信号CS外都已连好,与外界连接的关键引脚在芯片周围用“自锁紧”插座引出,供学生实验时使用。
其中数/模转换器附有双极性输出,模/数转换器附有双极性输入插座。
具体电路可见下面实验说明。
12、跳线开关(JP)
实验台上共有5个跳线开关,其中Ja、Jb、Jc在实验台的左上角,50线总线插座的左方。
Ja用来选择用主机电源还是用外加电源的,当用主机电源时,应将JA上+5V、+12V、-12V三个短路片插好。
若想使用外加电源,必须首先将JA上的三个短路片全部拔掉,才能将外接电源加入。
JB和JC是在使用ISA卡时来选择实验类型的,I/O实验时JB、JC上的短路片都应插在标有“I/O”的位置。
做存储器实验时,短路片应插在标有“MEM”的位置。
做DMA实验时JB应插在“I/O”位置,JC应插在DMA位置。
实验台出厂时短路片在I/O实验位置。
实验台上另外两个跳线开关为JP2和JP3,在实验台的左下角,分别用于模/数转换器模拟量输入极性选择,将JP2的1、2短路时IN2(J2)可输入双极性电压(-5V~+5V),2、3短路为单极性(0~+5V),JP3用于选择IN1的输入极性,方法与JP2相同。
13、+5V电源插针
为了减少主机+5V电源的负担和各主要芯片的安全,在主要接口芯片的左上角都有相应的电源连接插针(标记为+5V),当实验需要该芯片时,用短路块短接插针即可接通+5V电源。
对用不到的芯片可将短路片拔掉,以确保芯片安全。
14、通用集成电路插座
实验台上设有4个通用数字集成电路插座,其中插座A、B为20P,插座D为40P,插座D可以插入一个24~40脚的集成电路芯片或者2个8~20脚的集成电路芯片。
每个插座引脚附近都有相应的“自锁紧”插座,部分实验(简单并行接口、DMA、串行通讯、集成电路测试)电路是利用这些插座搭试的。
要求高的学校可以让学生自己搭试更多的实验,以提高学生动手能力。
利用这些插座可以开发新的实验,也可以进行数字电路实验,及学生毕业设计。
自锁紧插座插入导线时,应稍加力并延顺时针方向旋转一下,才能保证接触良好,拔出时,应先逆时针方向旋转待插头完全松开后,再向上拔出。
15、数字电路实验区
实验台上有一块数字电路实验区,设有三种基本门电路(与、或、非)及D触发器,供学生在接口实验或数字电路实验时直接使用。
16、接线端子
实验台上设有J7,J8共2个接线端子。
J7用于外接用户开发的实验板,J7是一个20芯通用插座,用于外接用户开发的实验板,本系统中8279键盘显示实验板就从此插头引出。
J8为用户外接开发实验板时外接板的片选信号端。
J7各引脚信号安排如下:
17、50线总线插座信号安排
18、直流电源开关(K1)和存储器地址选择开关(K2)
实验台上有一直流电源开关(K1),在实验台的左上角。
在主机电源打开后,再打开实验台上开关K1,实验台才会加电。
另外,实验台上还有一个四位拨动开关K2,在实验台8255芯片的右方。
K2是在做存储器实验时选择存储器地址使用的。
19、使用外加直流电源注意事项:
《1》用户可以使用主机电源,也可以使用外加直流电源,主机电源通过总线扩展卡引入到实验台的50芯插座上,再通过短路子JA接到电源开关上。
该实验台出厂时是按使用主机电源连接的。
《2》用户若想使用外加电源。
必须首先将JA上的三个短路片全部拔掉,将主机电源断开,才能将外部电源接入。
《3》用户电源通过外接电源插座J0接到实验台上。
插入以前应仔细检查电源插头上各路电源与J0上标注的是否相同,如不相同应修改电源插头,否则会损坏实验台。
《4》外接电源插入以前,应检查各路电源输出是否正确,如不正确应修改或更换电源。
《5》以上各项都正常后,打开电源即可进行实验。
20、高位地址选择电路
如图所示,实验台上设有一高位地址选择电路,将高位地址线A19、A18、A17、A16与设置开关K2的设置值进行比较,都相同时MEMCS输出低电平。
因此可以选择出16个64K的地址空间。
译码表如下:
1
2
3
4
译码地址
1
2
3
4
译码地址
1
ON
ON
ON
ON
00000H
9
OFF
ON
ON
ON
80000H
2
ON
ON
ON
OFF
10000H
10
OFF
ON
ON
OFF
90000H
3
ON
ON
OFF
ON
20000H
11
OFF
ON
OFF
ON
A0000H
4
ON
ON
OFF
OFF
30000H
12
OFF
ON
OFF
OFF
B0000H
5
ON
OFF
ON
ON
40000H
13
OFF
OFF
ON
ON
C0000H
6
ON
OFF
ON
OFF
50000H
14
OFF
OFF
ON
OFF
D0000H
7
ON
OFF
OFF
ON
60000H
15
OFF
OFF
OFF
ON
E0000H
8
ON
OFF
OFF
OFF
70000H
16
OFF
OFF
OFF
OFF
F0000H
四、实验
实验一I/O地址译码
一、实验目的
掌握I/O地址译码电路的工作原理。
二、实验原理和内容
实验电路如图11所示,其中74LS74为D触发器,可直接使用实验台上数字电路实验区的D触发器,74LS138为地址译码器。
译码输出端Y0~Y7在实验台上“I/O地址“输出端引出,每个输出端包含8个地址,Y0:
280H~287H,Y1:
288H~28FH,⋯⋯当CPU执行I/O指令且地址在280H~2BFH范围内,译码器选中,必有一根译码线输出负脉冲。
例如:
执行下面两条指令,Y4输出一个负脉冲;
MOVDX,2A0H
OUTDX,AL(或INAL,DX)
执行下面两条指令,Y5输出一个负脉冲。
MOVDX,2A8H
OUTDX,AL(或INAL,DX)
利用这个负脉冲控制L7闪烁发光(亮、灭、亮、灭、⋯⋯),时间间隔通过软件延时实现。
三、编程提示
1、实验电路中D触发器CLK端输入脉冲时,上升沿使Q端输出高电平L7发光,CD端加低电平L7灭。
2、由于TPC卡使用PCI总线,所以分配的IO地址每台微机可能都不同,编程时需要了解当前的微机使用那段IO地址并进行设置,获取方法请参看本书附件1文章中的介绍。
四、思考题:
1、若使用地址A2控制74LS138的E2端。
试写出Y0~Y7的地址范围。
2、试编写一段程序,使L1~L7轮流发光循环显示并以实验验证。
实验二简单并行接口
一、实验目的
掌握简单并行接口的工作原理及使用方法。
二、实验内容
1、按下面图12简单并行输出接口电路图连接线路(74LS273插通用插座,74LS32用实验台上的“或门”)。
74LS273为八D触发器,8个D输入端分别接数据总线D0~D7,8个Q输出端接LED显示电路L0~L7。
2、编程从键盘输入一个字符或数字,将其ASCⅡ码通过这个输出接口输出,根据8个发光二极管发光情况验证正确性。
3、按下面图13简单并行输入接口电路图连接电路(74LS244插通用插座,74LS32用实验台上的“或门”)。
74LS244为八缓冲器,8个数据输入端分别接逻辑电平开关输出K0~K7,8个数据输出端分别接数据总线D0~D7。
4、用逻辑电平开关预置某个字母的ASCⅡ码,编程输入这个ASCⅡ码,并将其对应字母在屏幕上显示出来。
三、编程提示
1、上述并行输出接口的地址为2A8H,并行输入接口的地址为2A0H,通过上述并行接口电路输出数据需要3条指令:
MOVAL,数据
MOVDX,2A8H
OUTDX,AL
通过上述并行接口输入数据需要2条指令:
MOVDX,2ADH
INAL,DX
2、参考流程图
实验三可编程定时器/计数器(8253)
一、实验目的
掌握8253的基本工作原理和编程方法。
二、实验内容
1.按图16虚线连接电路,将计数器0设置为方式0,计数器初值为N(N≤0FH),用手动逐个输入单脉冲,编程使计数值在屏幕上显示,并同时用逻辑笔观察OUT0电平变化(当输入N+1个脉冲后OUT0变高电平)。
2.按图17连接电路,将计数器0、计数器1分别设置为方式3,计数初值设为1000,用逻辑笔观察OUT1输出电平的变化(频率1HZ)。
三、编程提示
1、8253控制寄存器地址283H
计数器0地址280H
计数器1地址281H
CLK0连接时钟1MHZ
2、参考流程图(见图18、19):
四、思考题:
1、在实验内容一的基础上,修改程序,使屏幕上仅显示奇数(即只是显示F、D、B、9、7、5、3、1),并以实验验证。
实验四、可编程并行接口
(一)(8255方式0)
一、实验目的
掌握8255方式0的工作原理及使用方法。
二、实验内容
1.实验电路如图20,8255C口接逻辑电平开关K0~K7,A口接LED显示电路L0~L7。
2.编程从8255C口输入数据,再从A口输出.
三、编程提示
1、8255控制寄存器端口地址28BH
A口的地址288H
C口的地址28AH
2、参考流程图(见图21):
实验五七段数码管
一、实验目的
掌握数码管显示数字的原理
二、实验内容
1.静态显示:
按图22连接好电路,将8255的A口PA0~PA6分别与七段数码管的段码驱动输入端a~g相连,位码驱动输入端S1接+5V(选中),S0、dp接地(关闭)。
编程从键盘输入一位十进制数字(0~9),在七段数码管上显示出来。
2.动态显示:
按图23连接好电路,七段数码管段码连接不变,位码驱动输入端S1,S0接8255C口的PC1,PC0。
编程在两个数码管上显示“56”。
3.动态显示(选作):
使用图23的电路,编程在两个数码管上循环显示“00-99”。
三、编程提示
1、实验台上的七段数码管为共阴型,段码采用同相驱动,输入端加高电平,选中的数码管亮,位码加反相驱动器,位码输入端高电平选中。
2、七段数码管的字型代码表如下表:
显示字形
g
e
f
d
c
b
a
段码
0
0
1
1
1
1
1
1
3fh
1
0
0
0
0
1
1
0
06h
2
1
0
1
1
0
1
1
5bh
3
1
0
0
1
1
1
1
4fh
4
1
1
0
0
1
1
0
66h
5
1
1
0
1
1
0
1
6dh
6
1
1
1
1
1
0
1
7dh
7
0
0
0
0
1
1
1
07h
8
1
1
1
1
1
1
1
7fh
9
1
1
0
1
1
1
1
6fh
3、参考流程图(见图24)
四、思考题:
1、在共阴极条件下,编程从键盘输入一个字母(A~F),在七段数码管上显示出来,并以实验验证之。
2、动态显示过程中,能否不通过延时来保证56稳定显示。
3、请写出方式1输入时A口和B口的STB、IBF、INTR信号分别书由哪几个引脚提供。
4、动态扫描间隔时间的长短对显示效果有何影响?
实验六竞赛抢答器
一、实验目的
1、了解微机化竞赛抢答器的基本原理。
2、进一步学习使用并行接口。
二、实验内容
图27为竞赛抢答器(模拟)的原理图,逻辑开关K0~K7代表竞赛抢答按钮0~7号,当某个逻辑电平开关置“1”时,相当某组抢答按钮按下。
在七段数码管上将其组号(0~7)显示出来,并使微机扬声器响一下。
三、编程提示
设置8255为C口输入、A口输出,读取C口数据,若为0表示无人抢答,若不为0则有人抢答。
根据读取数据可判断其组号。
从键盘上按空格键开始下一轮抢答,按其它键程序退出。
四、参考流程图(见图28)
实验七交通灯控制实验
一.实验目的
通过并行接口8255实现十字路口交通灯的模拟控制,进一步掌握对并行口的使用。
二.实验
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- 指导 微机 实验