《微机原理与接口技术》2012-2013(1)计系Z11实验指导书.doc

微机原理与接口技术微机原理与接口技术 课程实验指导书课程实验指导书 课程名称 微机原理与接口技术 英文名称 Principle of Microcomputer 课程类别 专业基础课 实验学时 实验 16 学时 适应对象 计算机 Z111 2 软件 Z111 2 网络 Z111 2 任课教师 李艳萍 于丽梅 实验列表实验列表 实验 1 PC 机中断实验 实验 2 定时器 计数器 8253 实验 实验 3 并行接口 8255A 实验 一 实验 4 并行接口 8255A 实验 二 实验 5 串行接口 8251 实验 实验 6 数 模转换器 DAC 0832 实验 实验 7 模 数转换器 ADC 0809 实验 一 实验 8 模 数转换器 ADC 0809 实验 二 2 实验要求实验要求 预习实验内容 1 明确实验目的及任务 了解和掌握实验所需的理论知识及相关接口芯片的工作原理 2 通过阅读示例程序 掌握编程方法及相关技巧 3 对每次实验 应根据要求设计接口电路并编写程序 实验过程 1 带上理论课教材 实验指导书及准备的实验程序 2 连接接口电路前 请关闭电源再搭接线路 检查无误后 再开电源 3 调试程序 记录结果 4 实验结束后 请关闭电源 将各实验器材归位 清洁自己的桌面 编写实验报告 实验报告格式实验报告格式 实实验验 X XX X 实实验验项项目目名名称称 一 实验目的 二 实验内容 描述本次实验任务及要求 三 实验原理 分析设计思想 绘制实验原理图 流程图 四 实验程序 程序清单及相关注释 五 实验结果 描述实验现象及结果并给予分析 六 问题解决及收获体会 说明在实验过程中遇到了哪些问题 是如何处理的 收获体会 不足之处和今后应注意的问题等 注意事项 1 实验前 应确保实验箱与微机通过 USB 串口正确连接 2 爱护实验设施 插接 拔取排线时 应旋转插头 不得从线中间拉取 3 实验完毕后 先关闭实验箱电源 后拔下实验箱与微机的串行连接接口 以免造成串口损坏 主要设备仪器配置 实验仪器 清华大学科教仪器厂 TPC ZK 教学实验系统 包括配套的软件系统 3 第第1 1章章 TPC ZK USBTPC ZK USB实验系统介绍实验系统介绍 在各种计算机外围接口不断推陈出新的今天 USB 接口已经成为个人计算机最重要的接口方式之一 USB 接口设备的应用也以惊人的速度发展 几乎新型的 PC 都 100 支持 USB 技术 TPC ZK USB 微机接口实 验系统正是在这种背景下推出的 该设备在 TPC ZK 实验系统上配置了 USB 接口模块 直接与主机 PC 的 USB 接口连接 形成了一套完整的 USB 接口的微机接口实验系统 1 2 TPC ZK USB 实验系统构成 该系统由一块 USB 总线接口模块 TPC ZK 实验系统及集成开发环境软件组成 USB 总线接口模块通 过 USB 总线电缆与 PC 机相连 模块直接插在 TPC ZK 实验系统上 其主要特点如下 1 USB 总线接口使用 ISP1581 USB2 0 高速接口芯片 完全符合 USB2 0 规范 提供了高速 USB 下的通 信能力 即插即用 2 满足 微机原理与接口技术 课程教学实验要求 实验台接口集成电路包括 可编程定时器 计数 TPC ZK教学实验系统 该仪器适应能力更强 配置更灵活 该实验系统可以配接不同的核心板 成 为不同的实验接口系统 1 1 TPC ZK教学实验系统主要特点 根据学校不同的需求 可以配接PCI卡 USB接口 各类单片机等核心板 构成不同的接口实验系统 TPC ZK实验系统可以同时配接微机接口 PCI微机接口或USB微机接口 和其它类型的接口核心板 51单片机 AVR单片机 386微机接口C8051单片机 ARM系统 PSOC现场可编程实验系统等 二种核心板 二种核心板可 以通过开关SW2 选择手动选择 也可以自动优先级选择 即插上实验系统板上的核心时就自动断开实验系统 板下的核心板 实验台结构采用了综合实验和扩展实验模块相结合的方式 既保证基本实验结构紧凑 实验方便又有扩 展实验灵活的特点 实验接线采用8芯排线和单根自锁紧导线相结合的方式 插线方便灵活 接口实验增加了实用性 趣味性的项目 使用汇编语言和C语言编写实验的程序 实验系统基本实验包括 8255并行接口实验模块 8254可编程定时器 计数器实验模块 书中部分图片说 明标识为8253 8251串行异步通信实验模块 8259中断控制器实验模块 AD0809模数转换实验模块 DA0832数模转换实验模块 RAM6116存储器实验模块 8237DAM控制器实验模块等 扩展实验模块包括 8279键盘显示控制器实验模块 LCD字符图形液晶显示模块 红外收发实验模块 无线收发实验模块 16X16LED点阵显示模块 红外 压力 温度 湿度传感器实验模块 16650串行异步通 信 简单I O扩展实验模块 FPGA实验模块等 陆续增加中 核心控制板包括 51系列单片机模块 PCI微机接口模块 USB微机接口模块 80386微机接口模块 C8051单片机 PSOC现场可编程系统等 微机接口集成开发环境 支持WIN2000 WINXP等操作系统 可以方便的对程序进行编辑 编译 链接和 调试 实验程序可以使用宏汇编和C语言 集成实验开发软件可以自动识别汇编语言还是C语言源程序 可以对 汇编程序和C语言程序进行调试 实验台有二个扩展接口 非常方便用户进行扩展块实验和扩展实验开发与设计 扩展接口采用20芯和26 芯排线连接 接插非常方便 4 器 8254 可编程并行接口 8255 数 模转换器 DAC0832 模 数转换器 ADC0809 等 外围电路包 括 逻辑电平开关 LED 显示 七段数码管显示 8X8 双色发光二极管点阵及驱动电路 直流电机步进电 机及驱动电路 电机测速用光藕电路 继电器及驱动电路 喇叭及驱动电路 键盘显示控制电路等 3 在 USB 接口模块上扩展有 DMA 控制器 8237 可以完成微机 DMA 传送以及 USB 的 DMA 传送等实验 4 开放式结构 模块化设计支持开放实验 实验台上除固定电路外还设有用户扩展实验区 插座引 脚都有对应的 自锁紧 插孔 利用这些插孔可以搭建更多的自己设计的实验 方便进行课程设计 5 功能强大的软件集成开发环境 支持 Win2000 WinXP 等操作系统 不支持 WIN98 系统 可以 方便的对程序进行编辑 编译 链接和调试 6 实验程序可以使 8086 汇编和 C 语言编程实验 7 系统还提供 字符 图形液晶显示实验模块 红外收发实验模块 无线通信实验模块 8279 键盘 显示实验模块等多种扩展实验模块 8 实验台自备电源 具有电源短路保护确保系统安全 9 使用 USB 接口与 PC 机相连 省去了打开主机箱安装接口卡的麻烦 第第 2 2 章章 TPC ZK USBTPC ZK USB 实验系统硬件环境实验系统硬件环境 2 1 TPC ZK 实验系统结构图 如图 2 1 所示 2 2 实验台上包括的主要电路 1 50芯总线信号插座及总线信号插孔 2 USB模块功能 1 实验系统中的USB模块使用PHILIHPS的ISP1581 USB2 0高速接口芯片 符合USB2 0接口规范 提供 了高速USB下的通信能力 2 模块内扩展有DMA控制器8237 可以完成微机DMA传送和USB的DMA传送实验 3 该模块产生的仿ISA总线信号连到TPC ZK实验系统上 3 USB模块的对外接口 1 该模块提供的对外接口 USB接口 连接到主机 实验时用于信息和数据的通信 清零按钮 RESET 用于对USB接口模块内部电路的初始化 50芯接口 为实验台提供仿ISA总线信号 信号安排与TPC ZK实验系统上50芯信号插座信号一一对 应 两个20芯接口 连接到TPC ZK实验系统上所需电源与信号 5 50芯总线信号插座在实验台左上方 总线插座信号安排如上表 各总线信号采用 自锁紧 插孔和8芯 针方式在标有 总线 的区域引出 有数据线D0 D7 地址线A19 A0 I O读写信号IOR IOW 存储器 读写信号MEMR MEMW 中断请求IRQ DMA申请DRQ DMA回答DACK AEN 等 图 2 1 TPC ZK实验系统结构图 2 微机接口I O地址译码电路 实验台上I O地址选用280H 2BFH 64个 分8组输出 Y0 Y7 其地址分别为 280H 287H 288H 28FH 290H 297H 298H 29FH 2A0H 2A7H 2A8H 2AFH 2B0H 2B7H 2B8H 2BFH 8 根输出线在实验台 I O地址 处分别由自锁紧插孔引出 见图2 2 所示 6 3 时钟电路 输出1MHZ 2MHZ两种信号 供定时器 计数器 A D转换器 串行接口实验使用 4 逻辑电平开关电路 如图2 3所示 实验台右方有8个开关K0 K7 开关拨到 1 位置时开关断开 输出高电平 拨到 0 位 置时开关接通输出低电平 电路中串接了保护电阻 接口电路不直接同 5V GND相连 有效的防止因 误操作损坏集成电路现象 5 LED显示电路 如图2 4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 实验台设有4个共阴极数码管及驱动电路 电路图如图2 5 图中省去了S2 S3二位数码管 段码输 入端 a b c d e f g dp 位码输入端 S0 S1 S2 S3 图 2 2 I O 地址译码电路 图 2 3 逻辑电平开关 电路 图 2 4 发光二极管驱动电路 7 7 单脉冲电路 如图2 6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 9 接口集成电路 实验台上有微机接口实验最常用接口电路芯片 包括 可编程定时器 计数器 8254 兼容8253 可编程并行接口 8255 数 模转换器 DAC0832 模 数转换器 ADC0809 串行异步通信 8251 RAM存储器 6116 中断控制器 8259 等 模块芯片与CPU 相连的引线除去片选 CS 信号和每个实 验模块特有信号外都已连好 与外围电路连接的关键引脚在芯片周围用 自锁紧 插座和8芯排线插针引出 供实验使用 8 继电器及驱动电路 图2 7为直流继电器及相应驱动电路 当其开关量输入端 Ik 输入数字量 1 时 继电器动作 常开触点 闭合红色发光二极管点亮 输入 0 时继电器常开触点断开发光二极灭 图 2 5 数码管显示电路 图 2 6 单脉冲电 路 图 2 7 继电器及驱动电路 8 10 逻辑门电路 实验台上设有几个逻辑门电路 包括 与门 或门 非门 触发器 供实 验时选择使用 2 3 用户扩展实验区 实验台上设有通用数字集成电路插座 40芯活动插座以方便插拔器件 插座的每个引脚 都用自锁紧 插孔引出 实验指导书中所列出的部分实验 简单并行接口 集成电路测试等 这些电路也可选购为扩 展实验模块 电路就是利用活动插座搭试的 扩展接口包括一个20芯的双排插座和一个26芯的双排插座 大板上基本信号都由该两个扩展接口插座引出 利用扩展接口可以进行其它的扩展模块实验 利用扩展 插座及扩展接口可以进行数字电路实验 也可以设计开发新的接口实验或让学生做课程设计 毕业设计 等项目 9 第第 3 章章 实验部分实验部分 实验实验 1 1 PCPC 机中断实验机中断实验 一 实验目的一 实验目的 掌握PC机中断处理系统的基本原理 学会编写中断服务程序 二 实验原理二 实验原理 PC机用户可使用的硬件中断只有可屏蔽中断 由8259中断控制器管理 中断控制器用于接收外部的 中断请求信号 经过优先级判别等处理后向CPU发出可屏蔽中断请求 IBMPC PC XT 机内有一片8259中 断控制器对外可以提供8个中断源 8个中断源的中断请求信号线 系统已设定中断请求信号为 边沿触发 一般中断结束方式 对于 PC AT及286以上微机内又扩展了一 片8259中断控制 IRQ2用于两片8259之间级连 如图3 1所示 对 外可以提供15个中断源 三 实验内容三 实验内容 1 利用单脉冲模拟产生中断请求 只需连接一根导线 要求每按一次开关产生一次中断 在屏幕 上显示相关信息 中断规定次数后不再响应 程序退出 实验提示 TPC ZK USB 实验系统上 外部中断源固定的接到了主片 8259A 的 3 号中断 IRQ3 上 即进 行中断实验时 所用中断类型号为 0BH 或者使用从片 8259A 的 2 号中断 IRQ10 进行中断实验 所用中断 中断源 中断类型号 IRQ0 08H IRQ1 09H IRQ2 0AH IRQ3IRQ3 OBHOBH IRQ4 0CH IRQ5 0DH IRQ6 0EH IRQ7 0FH 中断功能 时钟 键盘 保留 串行口2 串行口1 硬盘 软盘 并行打印机 中断功能 实时时钟 用户中断 保留 保留 保留 协处理器 硬盘 保留 中断源 中断类型号 IRQ8 070H IRQ9 071H IRQ10IRQ10 072H072H IRQ11 O73H IRQ12 074H IRQ13 075H IRQ14 076H IRQ15 077H IRQ2 IRQ3 8259 主 地址 20H 2 1H IRQ2 8259 从 地址 A0H A1 H IR10 IRQ 图 3 1 PC 机主 从片 8259 连 接 INT 10 类型号为 72H 2 利用扩展芯片插槽 实现通过 74LS273 连接发光二极管的输出显示实验 要求对外设采用中断 控制 显示 5 个数据 244 与 273 引脚连线参考如下图 3 2 3 调试课上例子 理解中断控制原理 理解外设数据传输的工作 图 3 2 74LS244 与 74LS273 的引脚连接图 实验实验 2 2 定时器 计数器定时器 计数器 82538253 实验实验 一 实验目的一 实验目的 1 学会 8253 芯片和微机接口原理和方法 2 掌握 8253 定时器 计数器的工作方式和编程原理 二 实验预习要求二 实验预习要求 1 复习 8253 的工作原理 六种工作方式各自的特点 2 复习 8253 的控制字格式 读 写操作方式以及如何进行初始化编程等 3 根据实验内容 仔细阅读相关的实验要求及说明 编写程序 以便上机调试 4 8253 芯片介绍 8253 是一种可编程定时 计数器 有三个十六位计数器 其计数频率范围为 0 2MHz 都具有定 时和计数功能 8253 的六种工作方式 方式 0 计数结束中断 方式 1 可编程单脉冲发生器 方式 2 频率发生器 方式 方式 3 方波发生器 方式 4 软件触发的选通信号发生器 方式 5 硬件触发的选通信号发生器 11 三 实验内容及要求三 实验内容及要求 1 8253 定时实验 实验内容 用 8253 输出周期为 2S 的方波信号 使发光二极管周期性的亮灭 要求 自行设计硬件连接 确定 8253 适合定时的工作方式 写入 8253 方式控制字和计数初值 运 行程序观察实验现象 可用脉冲源有 1MHz 2MHz 2 利用 8253 对外部事件 手动脉冲 计数 计数 N 次产生中断请求 屏幕显示相关信息 自定义 3 8253 计数实验 实验内容 利用单脉冲按钮手动产生计数脉冲 采用 8253 的计数方式对其计数 计数器初值为 N N 10 记录各信号的变化情况 通过实验理解 8253 各种工作方式的特性 要求 比较不同工作方式计数的特点 如各种工作方式触发计数的方式 计数到 0 时输出的波形 计数中途门控信号 GATE 的变化 如 GATE 变为低电平或 GATE 引脚再次出现上升沿 对计数带来的影 响 并将其描述在实验报告中 实验实验 3 3 并行接口并行接口 8255A 实验 一 实验 一 一 实验目的一 实验目的 1 掌握并行接口芯片 8255 的使用与硬件接口方法 2 掌握 8255A 的各种工作方式和编程原理 二 二 8255A 芯片介绍芯片介绍 8255A 是可编程通用并行接口芯片 它具有 A B C 三个并行接口 用 5V 单电源供电 能在以下 三种方式下工作 方式 0 基本输入 输出方式 方式 1 选通输入 输出方式 应答式输入输出方式 方式 2 双向选通工作方式 8255 工作于方式 1 或 2 时 PC 口的一些引脚作为 A 和 B 口的联络信号线 如下表 方式 1 输入方式 1 输出方式 2 PC0INTRBINTRBI O PC1IBFBOBFB I O PC2STBB ACKB I O PC3INTRAINTRAINTRA PC4STBA I OSTBA PC5IBFAI OIBFA PC6I OACKA3ACKA PC7I OOBFA3OBFA 三 实验内容三 实验内容 1 并行口工作于方式 0 时的传送 1 设计一个电路 用 8255A 做并行口 读入 8 个开关的状态并通过发光二极管显示出来 当拨 动开关时 相应的发光二极管的状态时刻跟随变化 2 当总开关 K 闭合 K 1 时 分开关能够控制对应的发光二极管 而当总开关 K 断开 K 0 12 时 开关无论如何拨动 对应发光二极管都不跟随变化 2 方式 1 用 8255 芯片的 B 口工作于方式 1 做输入 A 口工作于方式 0 做输出 采用查询与中断 2 种方式 实 现拨动开关控制发光二极管的显示 连线参照图 3 3 PB7 0 PA7 0 STBB LED7 0 8255 图 3 3 8255 方式 1 实验 IBFB K7 0 提示 必须理解 8255 方式 1 输入的工作过程及相关联络控制信号的先后时序关系 根据上述要求设计电路并编写程序 实验实验 4 并行接口并行接口 8255A 实验 二 实验 二 一 实验目的一 实验目的 1 通过可编程并行接口芯片 8255 实现十字路口交通灯的模拟控制 2 掌握七段数码显示管的使用方法 3 掌握软件延时方法的使用 4 进一步掌握并行接口芯片 8255 的使用方法 二 实验内容二 实验内容 设计电路 画出软件流程图并编写程序 1 根据实验系统现有的实验电路 设计电路并编写程序使 6 个灯按交通变化规律亮 灭或闪烁 要完成本实验 必须先了解交通路灯的亮灭规律 设有一个十字路口分为南北方向和东西方向 初 始状态为红灯全亮 之后 南北绿灯亮 东西红灯亮 南北方向通车 延时一段时间后 南北绿灯熄灭 而南北黄灯开始闪烁 闪烁若干次以后 南北红灯亮 而同时东西的绿灯亮 东西方向通车 延时一段 时间后 东西绿灯熄灭 而东西黄灯开始闪烁 闪烁若干次以后 再切换到南北方向 之后 重复上述 过程 编程提示 1 各发光二极管共阴极 使其点亮应使 8255A 相应端口的位输出 1 2 通过软件延时实现定时 用较短的定时控制黄灯的闪烁 较长的延时控制通行 2 通过 8255 所连接电键 控制 8253 连接的喇叭的发声 提示 1 8253 对蜂鸣器输出不同频率的方波 可以控制喇叭发出不同音阶的声音 2 8255 连接 7 个电键 不同按键控制不同的音阶 已知各音阶频率如下 13 实验实验 5 串行接口串行接口 8251 实验实验 一 实验目的一 实验目的 1 了解串行通讯的一般原理 2 掌握串行接口芯片 8251 的工作原理和编程方法 二 实验内容二 实验内容 1 硬件线路原理图如图 3 4 1 TxC 和 RxC 分别为 8251A 的发送时钟和接收时钟 由片外定时器 8253 提供 2 RxRDY TxRDY 为允许接收和允许发送信号 由于在本系统中使用查询方式进行通讯 这两 个信号线不用 中断方式时 这两个信号分别用作发送和接收时的中断申请信号 3 实验中为 8253 和 8251 分配地址 2 实验内容要求 8253 计数器用于产生 8251 的发送和接收时钟 TXD 和 RXD 连在一起 编程 从键盘输入一个字符 将 其 ASCII 码加 1 后发送出去 再接收回来在屏幕上显示 实现自发自收 用查询方式实现 图 3 4 串行通讯电路 14 提示 8253 计数器的计数初值 时钟频率 波特率 波特率因子 若时钟频率接 1MHz 波特率若选 1200 波特率因子若选 16 则计数器初值为 52 参考流程图如图 3 5 所示 实验实验 6 数数 模转换器模转换器 DAC0832 实验实验 一 实验目的一 实验目的 了解数 模转换器的基本原理 掌握 DAC0832 芯片的使用方法 二 实验原理与内容二 实验原理与内容 1 实验原理 电路原理如图 3 6 所示 DAC0832 采用单缓冲方式 具有单双极性输出端 图中的 Ua 和 Ub 输出 数据给 DAC0832 用万用表测量单极性输出端 Ua 和双极性输出