-微机原理与应用实验指导书

1、微机原理与应用实验指导书微机原理与应用实验指导书 第一章 TD-PIT+实验系统概述1.1 TD-IT+实验系统简介实验系统通过PCI总线扩展的形式将32位高速总线连接到实验平台上，在实验平台上实现了面向80x86应用的32位系统总线。在提供的Tddebug集成调试环境下，可以进行80x86系列32位微机实模式和保护模式下汇编程序的编写、运行及调试。结合实验平台上丰富的实验单元，可完成多种接口实验。从而全面支持32位微机原理与接口技术的实验教学内容。系统同时还提供了大量基于Windows的驱动程序开发实验（VxD和WDM），用户可以参考这些实例快速掌握Windows下的驱动程序开发方法。 实验

2、系统还提供了3种可选的扩展实验开发平台。 PCI总线应用开发平台：可以进行PCI扩展总线接口的逻辑电路设计，完成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与应用开发为一体的多种功能。 USB总线应用开发平台：可以学习USB总线设备的应用开发和8051单片机的接口实验与应用开发。 TD-51实验开发平台：结合实验系统中的接口实验单元，可以进行基于增强型51单片机的实验教学及应用开发。 TD-PIT+实验系统主要构成如图1-1所示。 图1-1 TD-PIT+实验系统主要构成 1.2 TD-PIT+实验系统的硬件安装TD-PIT+的硬件安装主要是完成PCI总线扩展卡在PC

3、机内的安装以及实验平台和PCI卡的连接。安装过程如下： （1）进行总线电缆和PCI总线扩展卡的连接。将40线和50线扁平电缆的一端穿过PCI卡侧板的方孔，插入卡上相应的插座中，如图1-2所示。 图1-2 连接PCI卡端总线电缆（2）关闭计算机电源，打开计算机机箱。找到一个未用的PCI插槽，将其对应的机箱侧挡板去掉。如图1-3所示。 图1-3 打开机箱准备安装PCI卡（3）将 PCI 总线扩展卡插入PCI插槽中，用螺丝将侧档板上紧。注意要将扁平电缆从机箱背后穿出。如图1-4所示。图1-4 插入PCI总线扩展卡（4）连接实验平台的电源，实验平台的电源插座在实验平台的后部。（5）进行总线电缆和实验平

4、台的连接，将 2 条扁平电缆的另一端从实验平台后部的侧缝穿入，如图1-5所示。图1-5 扁平电缆穿入实验平台（6）将扁平电缆插头插到系统总线单元的两个 IDC 插座中。注意让扁平电缆保持一定的松度，不要绷的太紧。如图1-6所示。图1-6 将扁平电缆插入插座1.4 TD-PIT+实验系统软件安装系统为微机原理与接口技术实验提供了一个集成操作软件Tddebug。它是专门用于编写及调试 32 位微机实模式、保护模式汇编程序的集成操作软件，包括编辑、编译、连接、调试、运行等功能。微机原理与接口技术实验均在该集成环境下完成。实验运行环境：操作系统：实 DOS 操作系统CPU：80x86 及兼容 CPU内

5、存：16MB 以上显卡：标准 VGA硬盘：15MB 以上该集成操作软件要求微机系统具有实 DOS 操作系统方可运行，其原因出于以下两点：(1)集成操作软件要将微处理器从实地址模式下切换到保护模式，完全操作、调试 CPU 的运行。若微机系统已启动在如 Windows 之类的保护模式系统下，则无法运行。(2)在 Windows 下系统对 I/O、存储器或中断采取保护，汇编程序无法直接操作硬件。在实地址模式下则不受限制，可以更好的反映硬件操作和指令的运行。(可以安装一个 DOS 操作系统或安装 Win98，Win98 带实 DOS 系统)Tddebug 集成操作软件及实验程序安装如下：(1)将光盘中

6、 Pit-asm.exe 自解压文件拷贝到硬盘任一根目录下。(2)执行该自解压文件。实验软件及参考实验程序就拷贝到 x:TangduPit-asm 目录下。1.5 TD-PIT+实验系统的硬件环境1.5.1 概述TD-PIT+实验系统硬件主要由 PCI 总线扩展卡和 TD-PIT+实验平台构成。PCI 总线扩展卡包括 PCI 总线接口电路和系统配置电路以及扩展总线插座。主要实现 PCI 总线接口以及将 32 位总线的引出。其结构如图 1-7 所示。图1-7 PCI总线扩展卡结构图TD-PIT+实验平台上的电路结构主要分两部分：系统总线单元电路和实验单元电路。是微机接口实验的主要操作平台。实验平

7、台结构如图 1-8 所示。图1-8 TD-PIT+实验平台结构图1.5.2 系统总线单元电路系统总线单元实现了 80x86 微机系统主要的系统总线信号，符合80x86总线时序标准。满足 80x86 时序标准的接口电路均可以直接连接到该总线上。总线信号说明如表1-1所示。表1-1 系统总线信号说明信号名称 含义 XD31:0 32位数据总线 XA23:2 22位地址总线 XMER、XMEW、XIOR、XIOW 存储器读写信号、I/O读写信号 IOY0 、IOY1、 IOY2、 IOY3 I/O空间片选信号 MY0、MY1、MY2、MY3 存储器空间片选信号 BE0、BE1、BE2、BE3 32位

8、数据字节使能信号 HOLD、HLDA 总线保持请求和总线保持响应信号 IOM/ 存储器/输入输出总线周期定义信号 INTR 中断请求信号(上升沿有效) CLK 系统时钟 CLK = 1.041667MHz PCLK 扩展时钟 PCLK = 1.8432MHz RST、RST# 系统复位信号 实验系统向PC机申请了接口实验所需的配置资源。其中包括16MB的存储地址空间、256字节的I/O地址空间和一个中断请求线。中断请求线是映射到PC机内15个中断线中的一个。系统总线单元将地址空间进行了译码，各提供 4个片选信号，片选信号同偏移地址空间对应关系如表1-2所示。用PC机分配的I/O或存储器空间始地

9、址加上这个偏移地址，就是实验系统中端口占用的实际地址。PC机分配的起始地址由实验系统附带的配置资源检查程序 CHECK.EXE获得。表1-2 片选信号对应偏移地址范围片选信号 偏移地址范围 片选信号 偏移地址范围 IOY0 003FH MY0 0000003FFFFFH IOY1 407FH MY1 4000007FFFFFH IOY2 80BFH MY2 800000BFFFFFH IOY3 C0-FFH MY3 C00000FFFFFFH 1.5.3 实验平台单元电路 （1）地址译码单元 该单元提供一片开放的译码器74LS138，用于学习地址译码方法，其线路连接如图1-9所示。 图1-9

10、地址译码单元（2）基本输入输出单元 该单元包括2组8位的数据输入输出端口，用于学习基本I/O端口设计及编程。其中A组线路连接如图1-10所示，B组与A组连接形式相同。 图1-10 基本输入输出单元 （3）SRAM单元 该单元提供32位存储器及其连接电路，并针对32位系统总线提供了存储器译码电路，可以任意完成8位、16位及32位不同字节宽度的存储器操作。其线路连接如图1-11所示。 图1-11 SRAM单元 （4）FLASH ROM单元 该单元提供一片开放的FLASH存储器，用于学习FLASH存储器的编程操作方法。其线路连接如图1-12所示。 图1-12 FLASH ROM单元（5）8259单元

11、 该单元提供中断控制器8259的连接电路，用于学习中断控制器的操作方法。其线路连接如图1-13所示。 图1-13 8259单元 （6）8237单元 该单元提供DMA控制器8237的连接电路，用于学习DMA传送应用编程方法。其线路连接如图1-14所示。 图 1-14 8237单元（7）8255单元 该单元提供一片开放的并口控制器8255，用于学习并行接口8255的编程方法。其线路连接如图1-15所示。 图1-15 8255单元（8）16550单元 该单元提供串行控制器16550的连接电路，并提供一个RS-232C接口，用于学习串行通讯编程方法。其线路连接如图1-16所示。 图1-16 16550

12、单元（9）8254单元 该单元提供一片开放的定时/计数器8254，用于学习定时/计数器的应用编程方法。其线路连接如图1-17所示。 （10）A/D转换单元 该单元提供模/数转换器ADC0809的连接电路，用于学习A/D转换原理及编程操作方法。其线路连接如图1-18所示。 图1-17 8254单元图1-18 AD转换单元（11）D/A转换单元 该单元提供数/模转换器DAC0832的连接电路，用于学习D/A转换原理及编程操作方法。其线路连接如图1-19所示。 图1-19 DA转换单元（12）电子发声单元 该单元提供一个微型扬声器，控制和驱动电路已经连接好。在控制输入端输入一定频率的波形信号即可发声

13、。其线路连接电路如图1-20所示。图1-20 电子发声单元（13）键盘及数码管显示单元 该单元提供4×4的小键盘阵列及4位七段数码管，电路连接为扫描电路形式。其线路连接如图1-21所示。 图1-21 键盘及数码管显示单元 （14）点阵LED显示单元 该单元提供一个8×8的点阵LED显示模块，点阵LED的行列控制已经连接好。行控制为R1R8，列控制为L1L8。其线路连接如图1-22所示。 图1-22 点阵LED显示单元 （15）LCD接口 该单元提供了连接128×64的图形LCD显示模块的接口电路，用于学习液晶显示模块的使用方法。将扩展的LCD模块引线同单元中JLC

14、D0排针相连，LCD的控制信号和数据信号就由另外两组排针引出。电位器用于调节LCD的输入电压。连接好的线路如图1-23所示。 图1-23 LCD接口（16）驱动电路和直流电机单元 这两个单元由ULN2803驱动芯片、一台DC12V直流电机及霍尔测速电路构成，N为一组反相驱动信号输入端。其线路连接如图1-24所示。 图1-24 驱动电路和直流电机单元 （17） 温度控制单元 该单元由7805芯片产生+5V的稳定电压和一个24欧的电阻构成回路。其线路图连接如图1-25所示。 图 1-25 温度控制单元（18） 开关及LED显示单元 该单元包括十六组拨动开关及LED显示灯，用于输出和指示逻辑电平(正

15、逻辑)。当显示灯亮时表示逻辑高电平，灭时表示逻辑低电平。其电路连接如图1-26所示。图1-26 开关及LED显示单元 （19） 单次脉冲单元 该单元包括两个单脉冲触发器，由74LS00芯片和微动开关等构成两路R-S 触发器。单脉冲输出分上沿和下沿，分别以“+”和“-”表示。其线路如图1-27所示。 图1-27 单次脉冲单元（20） 扩展单元 该单元由若干组排针、单股导线插座和电源引出插座组成，用于将排针形式的电路引脚和单股导线形式的引脚相互转换。从而为各实验单元的相互配合使用提供方便。另外，还提供了一块面包板，用户可以自己在上面搭接电路，通过小圆孔和排针与实验平台上的单元连接，扩展灵活。 1.

16、5.4 系统电源 TD-PIT+实验系统采用西安唐都科教仪器公司生产的SP-15型三路高效开关电源作为系统工作和实验的电源。 （1）主要技术指标为： 输入电压：AC165-265V 输出电压/电流：+5V/2A，±12V/0.2A 输出功率：15W 效率：75% 稳压性能：电压调整率0.2% 负载调整率0.5% 纹波系数0.5% 工作环境温度：-5-40 （2）系统电源安装于电路板下方机箱内，电源开关在电路板左上角，电源输出在供系统使用的同时还以排针方式引出。 （3）当关闭电源后，不能立即重新开启，关闭到重新开启需要至少30秒钟的间隔。 1.6 微机接口技术实验操作说明 1.6.1C

17、HECK检查资源程序 在设计接口实验程序时，关系到接口资源使用的问题。当实验系统安装到一台PC机中时，PC机就为实验系统分配了实验系统申请的相应的接口资源。其中包括I/O、存储器和中断线。具体资源内容通过实验软件目录中的CHECK.EXE程序得出。 例如实验系统安装到某台PC机中，运行CHECK.EXE程序显示画面如图1-28所示。画面中显示了实验系统在该PC机所得到的I/O和存储器空间始地址以及中断号相关信息。 图1-28 系统资源显示1.6.2 实验程序中资源设置举例 （1）使用I/O资源 ;T8255-1.asm ;8255基本输入输出实验 ;*根据CHECK配置信息修改下列符号值* I

18、OY0 EQU 9C00H ;片选IOY0对应的端口始地址 ;* MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址 MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址 MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址 MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址 （2）使用存储器资源 ;Mem-32.ASM ;32位存储器扩展实验(32位宽度访问) .386P ;*根据CHECK配置信息修改下列符号值* MY0_H EQU 0D9H ;片选MY0起始地址的最高位字节 MY0_M EQU 00H ;片选

19、MY0起始地址的次高位字节 MY0_L EQU 0000H ;片选MY0起始地址的低两位字节 ;* （3）使用中断资源 ;T8259-1.asm ;单一中断应用实验 ;*根据CHECK配置信息修改下列符号值* INTR_IVADD EQU 01CCH ;INTR对应的中断矢量地址 INTR_OCW1 EQU 0A1H ;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址 INTR_OCW2 EQU 0A0H ;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址 INTR_IM EQU 0F7H ;INTR对应的中断屏蔽字 PCI_INTCSR EQU 9438H ;PCI卡中断控制寄存器地址 ;* 29第

20、二章 基于TD-PIT+的接口技术实验2.1 80x86简单程序设计实验 2.1.1 实验目的 (1) 掌握基本I/O接口电路的设计方法。 (2) 熟练汇编语言I/O端口操作指令的使用。 2.1.2 实验设备 PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 2.1.3 实验内容 利用三态缓冲器74LS245、锁存器74LS374设计微机总线和外部设备的数据通道，实现微机对外部输入数据的读取和对输出数据的输出。用开关及LED显示单元的开关和数据灯作为输入和输出显示设备，将读到开关的数据显示在数据灯上。 2.1.4 实验原理 2.1.4.1 输入接口设计 输入接口一般用三态缓冲器实现，外部设备输入数

21、据通过三态缓冲器，通过数据总线传送给微机系统。74LS245是一种8通道双向的三态缓冲器，其管脚结构如图2-21所示。DIR引脚控制缓冲器数据方向，DIR为1表示数据由A7:0至B7:0，DIR为0表示数据由B7:0至A7:0。G引脚为缓冲器的片选信号，低电平有效。 图2-21 74LS245双向三态缓冲器管脚图 2.1.4.2 输出接口设计 输出接口一般用锁存器实现，从总线送出的数据可以暂存在锁存器中。74LS374是一种8通道上沿触发锁存器。其管脚结构如图2-22所示。D7:0为输入数据线，Q7:0为输出数据线。CLK引脚为锁存控制信号，上升沿有效。当上升沿到时，输出数据线锁存输入数据线上

22、的数据。OE引脚为锁存器的片选信号，低电平有效。 图2-22 74LS374上沿触发锁存器管脚图 2.1.4.3 输入输出接口设计 用74LS245和74LS374可以组成一个输入输出接口电路，既实现数据的输入又实现数据的输出，输入输出可以占用同一个端口。是输入还是输出用总线读写信号来区分。总线读信号IOR和片选信号CS相“或”来控制输入接口74LS245的使能信号G。总线写信号IOW和片选信号CS相“或”来控制输出接口74LS374的锁存信号CLK。实验系统中基本输入输出单元就实现了两组这种的电路，任意A组的电路连接如图2-23所示。 图2-23 用74LS245和74LS374组成的输入输

23、出接口电路 2.1.5 实验说明及步骤 本实验实现的是将开关K7:0的数据通过输入数据通道读入CPU的寄存器，然后再通过输出数据通道将该数据输出到数据灯显示，该程序循环运行，直到按动键盘上任意按键再退出程序。实验程序流程如图2-24所示。参考实验接线如图2-25所示。 实验步骤如下。 (1) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 (2) 参考图2-25所示连接实验线路。 (3) 首先运行CHECK程序，查看并记录与片选信号对应的I/O端口始地址。 (4) 参考实验流程图编写程序，注意使用正确的端口地址，然后编译链接。 (5) 运行程序，拨动开关，观看数据灯显示是否正确。 图2-

24、24 基本I/O接口设计实验参考程序流程图 图2-25 基本I/O接口设计实验参考接线图 2.11 8155/8255并口控制器应用实验 2.11.1 实验目的 (1) 掌握8255的工作方式及应用编程。 (2) 掌握8255的典型应用电路接法。 2.11.2 实验设备 PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 2.11.3 实验内容 (1) 基本输入输出实验。编写程序，使8255的A口为输出，B口为输入，完成拨动开关到数据灯的数据传输。要求只要开关拨动，数据灯的显示就改变。 (2) 流水灯显示实验。编写程序，使8255的A口和B口均为输出，实现16位数据灯的相对循环显示。 2.11.4

25、实验原理 并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位、32位等。8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O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/出方式、方式1-选通输入/出方式、方式2-双向选通工作方式。8255的内部结构及引脚如图2-38所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图2-39所示。 图2-38 8255的内部结构及引脚 图2-39 8255控制字格式 2.11.5 实验说明及步骤 2.11.

26、5.1 基本输入输出实验 本实验使8255端口A工作在方式0并作为输出口，端口B工作在方式0并作为输入口。用一组开关信号接入端口B，端口A输出线接至一组数据灯上，然后通过对8255芯片编程来实现输入输出功能。参考程序流程如图2-40所示。 图2-40 8255并口应用实验(1)参考程序流程图 实验步骤如下。 (1) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 (2) 参考图3-7-4所示连接实验线路。 (3) 首先运行CHECK程序，查看I/O空间始地址。 (4) 利用查出的地址编写程序，然后编译链接。 (5) 运行程序，拨动开关，看数据灯显示是否正确。 图2-41 8255并口应用

27、实验(1)参考接线图 2.11.5.2 流水灯显示实验 首先分别向A口和B口写入80H和01H，然后分别将该数右移和左移一位，再送到端口上，这样循环下去，从而实现流水灯的显示。参考实验程序流程如图2-42所示。 图2-42 8255并口应用实验(2)参考程序流程图 实验步骤如下： (1) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 (2) 首先运行CHECK程序，查看I/O空间始地址。 (3) 利用查出的地址编写程序，然后编译链接。 (4) 参考图2-41所示连接实验线路。 (5) 运行程序，看数据灯显示是否正确。 2.13 8253/8254定时/计数器应用实验 2.13.1 实验

28、目的 (1) 掌握8254的工作方式及应用编程。 (2) 掌握8254的典型应用电路接法。 2.13.2 实验设备 PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 2.13.3 实验内容 (1) 计数应用实验。编写程序，应用8254的计数功能，用开关模拟计数，使每当按动KK1-五次后，产生一次计数中断，并在屏幕上显示一个字符5。 (2) 定时应用实验。编写程序，应用8254的定时功能，实现一个秒表计时并在屏幕上显示。 2.13.4 实验原理 8254是Intel公司生产的可编程间隔定时器。是8253的改进型，比8253具有更优良的性能。8254具有以下基本功能： (1) 有3个独立的16位计数器

29、； (2) 每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数； (3) 每个计数器可编程工作于6种不同工作方式； (4) 8254每个计数器允许的最高计数频率为10MHz（8253为2MHz）； (5) 8254有读回命令（8253没有），除了可以读出当前计数单元的内容外，还可以读出状态寄存器的内容。 (6) 计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。计数初值公式为n=fCLKi÷fOUTi、其中fCLKi是输入时钟脉冲的频率，fOUTi是输出波形的频率。 图2-51是8254的内部结构框图和引脚图，它是由与CPU的接口、内部控制电路和三个计数器组成。8254的工作方式如下述： (

30、1) 方式0：计数到0结束输出正跃变信号方式。 (2) 方式1：硬件可重触发单稳方式。 (3) 方式2：频率发生器方式。 (4) 方式3：方波发生器。 (5) 方式4：软件触发选通方式。 (6) 方式5：硬件触发选通方式。 图2-51 8254的内部接口和引脚8254的控制字有两个：一个用来设置计数器的工作方式，称为方式控制字；另一个用来设置读回命令，称为读回控制字。这两个控制字共用一个地址，由标识位来区分。控制字格式如表2-14所示。读回控制字格式如表2-15所示。当读回控制字的D4位为0时，由该读回控制字D1D2位指定的计数器的状态寄存器内容将被锁存到状态寄存器中。状态字格式如表2-16所

31、示。 表2-14 8254的方式控制字格式 D7 D6 D5 D4 D3D2D1D0 计数器选择 读/写格式选择 工作方式选择计数码制选择 00计数器001计数器110计数器211读出控制字标志 00锁存计数值 01读/写低8位 10读/写高8位 11先读/写低8位 再读/写高8位000方式0 001方式1 010方式2 011方式3 100方式4 101方式5 0二进制数 1十进制数 表2-15 8254读出控制字格式D7D6D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 0锁存计数值0锁存状态信息计数器选择（同方式控制字） 0 表2-16 8254状态字格式D7 D6 D5D4D3D2D1D0

32、OUT引脚现行状态 1高电平 0低电平计数初值是否装入 1无效计数 0计数有效计数器方式（同方式控制字） 2.13.5 实验说明及步骤 2.13.5.1 计数应用实验 编写程序，将8254的计数器0设置为方式3，计数值为十进制5，用微动开关KK1-作为CLK0时钟，OUT0连接INTR，每当KK1-按动5次后产生中断请求，在屏幕上显示字符“5”。参考程序流程如图3-9-2所示。单元中GATE0已经连接了一个上拉电阻，所以GATE0不用连接。 (a)主程序 (b)中断处理程序 图2-52 8254应用实验(1)参考程序流程图 实验步骤如下。 (1) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平

33、台上。 (2) 首先运行CHECK程序，查看I/O空间始地址IOY0，查看PCI_INTCSR寄存器的地址。 (3) 利用查出的地址修改IOY0和PCI_INTSCR的定义，编写程序，然后编译链接。 (4) 参考图2-53所示连接实验线路。(5) 由于在Windows下运行程序时，Windows将截获中断请求，因此程序在Windows下编译成EXE文件后，应重新启动计算机至DOS状态下运行程序。考虑计算机有还原卡，因此生成的EXE文件应放在未被还原的盘符上。(7) 运行程序，按动KK1-微动开关，观察是否5次后屏幕显示字符“5”。 (8) 可以改变计数初值，从而实现不同要求的计数。 图2-53 8254应用实验(1)参考接线图2.1