MFPT实训平台实验指导书.doc

多功能MFPT实训平台微机接口实验指导书华中科技大学计算机学院武汉豪申光电新技术有限公司前 言本书是MFPT多功能实训平台的配套实验指导书。全书分为两篇，在第一篇中重点介绍了MFPT配套的硬件结构和软件使用说明；在第二篇中详细介绍了例如8251、8253、8255等重要芯片的工作原理以及四大类接口实验并口、定时计数、ADA、DAD的典型基本实验的搭建方法。在基本实验的基础上我们设立了一些综合实验来提高学生的综合应用能力。在现今的社会学生只学习书本上的知识已经不大可能为他们带来好的工作，只有那些书本知识扎实并具有相当强的动手能力和解决问题能力的学生才会在激烈的竞争中最终胜出。因为课时紧张，普通的教学过程已经很难为学生提高动手能力做出什么，于是课程设计和毕业设计已经成为高等院校教学培养方案和教学计划的重要环节。怎样在这有限的时间里培养学生的实践能力、分析问题和解决问题的能力以及综合运用所学基础知识和基本技能的能力，同时也增强学生适应社会的能力和就业竞争力？MFPT实训平台就是针对高校课程设计和毕业设计所开发制作的一款全开放式实验系统。这款平台开放性高，它开放了PCI出来所有的总线；它设计小巧，携带方便，可供学生带回寝室搭建自己的设计；它安全可靠，学生可以在上面任意搭建，大胆实验，充分发挥自己的主观能动性而不需要考虑烧机的发生。由于时间及水平上的限制，书中难免有不妥之处，敬请批评指正。 武汉豪申光电新技术有限公司 2006/10第一篇 MFPT多功能实训平台技术说明第一章 实验平台结构功能第一节 实验硬件结果及其特点1.1.1.1 硬件结构 该系统是一个采用PCI总线的32位（兼容16位）现代微机多功能实验系统，集实验与开发为一体，与PC系列机配套使用。硬件由PCI驱动板和实训平台板，两部分组成，组建灵活，应用方便。PCI总线驱动板 系统以PC微机为主机，通过PCI总线扩展卡将微机PCI总线扩展的32位高速总线接入高级接口实验平台，并提供CPLD应用开发单元，采用先进的CPLD实现总线接口逻辑电路设计思想，使用户可以进行各种硬件接口逻辑的设计，由此进行PCI总线扩展应用实验及PCI总线的扩展应用开发。从而实现了集教学实验及应用开发为一体的多种功能。其具体参数：n 兼容PCI规范2.1版/2.2版n 提供了强大的Local Bus驱动能力n Local Bus提供了16位地址线，8位数据线以及存储器读写、I/O读写、地址锁存允许、系统复位信号和时钟信号n 在板CPLD使系统的逻辑更为灵活n 在板提供32Kb32 SRAMn 提供了PCI总线模式下Local Bus多路中断源的识别方法MFPT PCI总线驱动板逻辑结构如图1.1.1所示图1.1.1 MFPT驱动板逻辑结构框图可以看出，MFPT PCI总线驱动板主要作为PCI总线与ISA总线之间的桥接器，并且是通过一块南桥芯片PCI9052/9054和一片CPLD（复杂可编程逻辑器件）完成这个功能的。1.1.1.2 PCI总线驱动板硬件结构图MFPT PCI总线驱动板硬件结构如图1.1.2所示。MFPT PCI总线驱动板插在主机箱内系统PCI总线插槽中。它将主机的PCI总线信号（包括数据线、地址线和主要的控制线）变换成Local Bus（仿ISA信号）总线信号（同样包括数据线、地址线和主要的控制线），并将Local Bus地址线和控制线驱动后，用扁平电缆引到主机机箱外面的实训平台板上。图1.1.2 驱动板硬件结构框图1.1.1.3 PCI总线驱动板插座Local Bus50P Local Bus50P是MFPT PCI总线驱动板的Local Bus的扩展总线信号插座，共有50个引脚。它通过50芯扁平电缆连接到了实训板上的50芯插座，其信号的排列如图1.1.5所示。这50根信号线已包括了接口电路所需的全部信号。1.1.1.4 实训平台板接口板系统以PC微机为主机，通过PCI总线扩展卡将微机PCI总线扩展的32位高速总线经过逻辑电路转化成Local Bus接入实验平台，供作基本接口实验使用。平台板提供给用户使用的硬件资源配置包括I/0端口，数据总线，地址总线，中断资源，电源等。用户利用这些资源可灵活、方便、安全地组建各种实验系统。系统提供了各种常用外围接口资源及其控制应用部件：*基本I/O：300H30FH*8259A：主片20H，21H 从片A0H, A1H中断资源 系统为本平台动态分配的中断请求号IRQ2和IRQ10。用户可以此信号线进行中断申请。电源及保护系统平台系统的电源可由机内和机外供电。为确保主机安全，采用短路自动隔离保护技术。当实训平台发生短路故障时自动隔离平台板与主机的电源联系，并及时报警，不影响主机正常工作。当短路故障解除，自动恢复主机电源对平台供电。时钟源本系统为用户提供大量的时钟资源（1.19318MHz标准时钟、2MHz、1MHz、0.5MHz、0.25MHz）主要供用户自己连接使用，完全满足实验中的要求。RS-232串行接口插座RS-232标准串行通信插座，它包括9根信号线可以用于全双工和半双工点对点的异步串行通信。由于本平台系统的串行通信实验均为近距离，不采用MODEM，即零MOEM方式。因此，实验中只使用了3根信号线与通信电缆连接。它们是TXD、RXD和GND三根信号线。RS-485串行接口插座4芯RS-485标准串行通信插座。用于-全双工和半双工多点对多点（32个发送器和32个接收器）异步串行通信。在零MODEM方式下，通信距离远，可达1公里以上，而且抗干扰能力强，可靠性高。它包括两对信号线接点，它们分别与两对双绞线通信电缆连接。当甲乙两机作全双工通信时，须将甲机的一对发送线（Y、Z）接到乙机的一对接收线（A、B）；将甲机的一对接收线（A、B）接到乙机的一对发送线（Y、Z）上。实训实验区用户利用实训平台板引出的局部总线资源自行设计、搭建、调试各种应用系统的硬件电路。从译码电路，到控制芯片电路，到外设模块。学生可以充分发挥自己的主观能动性，加深对知识的理解，提供动手能力，培养解决问题的方法，形成自己的风格。本实验平台是教学中课程设计和学生毕业设计的有力辅助工具。第二节 实验平台软件环境与实训平台相配套的平台软件多功能微型计算机实验软件MFS(Multi Function Soft，简称MF)，从1995年至今，已先后推出了Windows98和Windows2k系列的多个版本：MF for DOS：MFDOS v1.06.0MF for Windows98：MF98MF for Windows2000：MF2KI(微机接口)/MF2KP(微机原理)MF软件分“接口实验集成环境MF2KI”和“微机原理实验集成环境MF2KP”。 MF经过多次教学实践的应用与改进，不断完善，已成为一个成熟的微机实验系统的软件。MF由实验程序的开发环境、开发工具、硬件故障诊断软件、实验演示程序（教师备课软件）、实验参考程序等，全部刻写在光盘中，下面分别进行介绍。1.1.2.1 实验程序开发集成环境MF将实验程序开发工具（汇编语言、C/C+语言程序开发包），故障诊断程序和实验演示程序集成在一个环境中，构成一个用户应用程序集成开发环境（IDE）。实验程序的编辑、编译、连接、调试、运行和修改的全过程都在这个IDE中完成。例如，在Windows2k操作系统下，进行微机接口实验，启动集成开发环境，即运行软件包中的MF2KI.exe文件，用户就可以在显示器上看到一个全屏幕窗口IDE，如图1.1.2.1所示。图1.1.2.1 MFID集成开发环境 for Windows1.1.2.2 实验程序开发工具实验程序开发工具包括编辑器、编译系统、连接程序和调试程序，如图1.1.2.1中MF主菜单所示：编辑器 采用全屏幕多窗口编辑器，复制，粘贴，裁剪十分方便。编译系统 MF软件包含了C/C+语言和汇编语言两个编译系统，用户可按照自己所熟悉的语言，任选一个来编写程序，并在集成环境中进行程序的编译（汇编）、连接、运行与调试。连接程序 采用Tlink。调试程序 采用Tdebugge全屏幕调试程序，直观全面，使用方便。1.1.2.3 实验参考程序大家知道，同一种外设，从不同的应用角度，编写不同的控制程序，就会产生不同的控制效果，实现不同的功能。所谓实验参考程序，就是针对本平台目前所配置的功能，从不同的应用角度所编写的一批控制程序。目的是扩大学生的眼界，让他们明白，在一定的硬件下，驱动程序不同，硬件所发挥的作用不同。从而认识到软件在系统中的作用，培养学生采用硬件与软件相结合的方法解决实际问题的能力。参考程序为实验指导教师提供了不同层次的实验程序实例，以便于在实验教学中实施“因材施教”的原则;有能力的学生可以自己编写完成的程序，层次稍低的学生可以通过改变程序中的参数来加深对程序的理解，帮助他们提高自己，更有专著于硬件的同学可以用我们的参考程序来检验自己的硬件系统。MF软件提供的实验参考程序分微机接口类和微机原理类，由汇编语言和C/C+语言编写，均为源程序，存放在光盘和安装目录下面，供用户随时调用,以作参考，老师也可自由选择或屏蔽程序。1.1.2.4 硬件故障诊断软件 故障诊断软件用于快速、准确检测平台系统的硬件故障。利用故障诊断软件，可以进行系统级和芯片级查错，直至芯片引脚的故障。软件可以检测系统硬件有无错误，以及故障在哪里。故障诊断有两种查错方法，一是自动检测，二是人工检测，可选其中任意一种方法进行检测。一般是先用自动检测方法，检测有/无故障，并提示故障标志；若发现故障，则再用人工检测方法，检测具体故障，以及故障产生的原因，然后采取相应的措施及时排除故障。检测的具体方法步骤和正误判断标准包含在查错工具Test软件中。故障诊断功能大大缩短了实验设备硬件故障检测的时间，提高了工作效率，减轻了实验指导教师的负担。检测的项目及方法如图1.1.2.2所示。图1.1.2.2 Test功能的检测项目与方法第二章 实验平台的特点第一节 实用平台的应用范围1.2.1.1教学(课程设计和毕业设计)丰富的I/O接口资源 I/O地址分配有300H30FH，由用户自主设计译码等电路可实现多种并行接口、串行接口、A/D D/A转器接口、定时/计数基本实验、中断实验。若与组建相关外设功能模块配套使用，则可做的实验不受限制。多样性实验功能丰富的接口总线具有强有力的开发功能，可支持多门微机课程的实验、尤其在课程设计和毕业设计等实践性教学环节。学生可以利用总线资源搭建自己的接口芯片模块。再根据这些最基本的资源搭建自己的简单外设以及衍生出的许多高级的外设模块。整个过程不受限制，变化多样，最大限度的给学生自由度，开发学生的潜力、创造力。自由的扩展功能 系统的开放式结构为添加各种接口插板和模块提供了条件，开放的总线以及大面积的实训平台区为学生开发提供了充分的条件。1.2.1.2开发(微机化产品研究开发的强大工具)系统利用PC