设计题目简单微型计算机设计文档格式.docx
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串行数据传输方式
1)全双工方式通讯双方能同时进行发送和接收操作
2)半双工方式只有1根数据线传送数据信号,要求通讯双方的发送和接收由电子开关切换。
由于只有一条信道,所以数据不能同时在两个方向上传送。
3)单工方式只允许数据按照一个固定的方向传送
各引脚的作用
CS是片选信号,它由CPU的地址信号通过译码后得到;
D0-D7是三态双向数据线,与系统的数据总线相连,传输CPU对8251A的编程命令字和8251A送往CPU的状态信息及数据;
RD是读信号,低电平时,CPU当前正从8251A读取数据或者状态信息;
WR是写信号,低电平时,CPU当前正往8251A写入数据或者控制信息;
C/D是控制/数据信号,用来区分当前读写的是数据还是控制信息或状态信息;
RxD串型数据接收;
TxD串型数据发送;
RxRDY接收准备好,可作CPU的中断请求;
TxRDY发送准备好,可作CPU的中断请求;
RxC接收时钟;
TxC发送时钟;
DSRDataSetReady,输入数据通信装置(DCE)准备好,低电平有效;
CTSClearToSend,输入清除发送(即允许发送),低电平有效。
(2)可编程并行接口8255A
并行通信与串行通信(一位一位传输)相比,在相同传输率下,并行通信的信息实际传输速度快、信息率高。
但并行通信比串行通信所用电缆多,随着距离的增加,电缆的开销会成为突出的问题。
所以,并行通信总是用在数据传输率要求较高,而传输距离较短的场合。
实现并行通信的接口就是并行接口。
一个并行接口可以设计为只用来作为输出接口,也可以只用来作为输入接口,此外,还可以把它设计成既作为输入又作为输出的接口。
并行接口是在多根数据线上,以字节/字为单位与I/O设备交换数据。
在计算机内部数据是并行传送的。
因此,并行接口电路相对简单,而串行接口电路由于要进行串并行转换相对复杂。
(3)存储器扩展
原理图
Intel6264是8K×
8SRAM,单一的+5V电源,所有的输入端和输出端都与TTL电路兼容。
其中,CS为片选信号,OE为输出允许信号,WE为写信号,A0~A12为13根地址线,D0~D7为8位数据线。
存储器与CPU连接应考虑的问题
1)存储器类型选择
RAM最大的特点是其存储的信息可以在程序中用读/写指令随机读写,但掉电时信息丢失。
所以RAM一般用于存储用户的调试程序(或程序存储器中的用户区)、程序的中间运算结果及掉电时无需保护(存)的I/O数据及参数等。
ROM中的内容掉电不易失,但不能随机写入,故一般用于存储系统程序(监控程序)和无需在线修改的参数等。
2)CPU总线的负载能力
通常CPU总线的直流负载能力(也称驱动能力)为一个TTL器件或20个MOS器件。
因存储器基本上是MOS电路,直流负载很小,所以在小型系统中CPU可直接与存储器芯片连接。
而当CPU总线上需挂接的器件超过上述负载时,就应考虑在其总线与挂接的器件间加接缓冲器或驱动器,以增加CPU的负载能力。
常用的驱动器和缓冲器有单向的74LS244以及Intel8282、8283等,用于单向传输的地址总线和控制总线的驱动;
对双向传输的数据总线通常采用数据收发器74LS245或Intel8286、8287等实现驱动。
3)存储器的地址分配和片选问题
内存通常分为RAM和ROM两大部分,而RAM又分为系统区(即机器的监控程序或操作系统占用的区域)和用户区,所以内存的地址分配是一个重要的问题。
存储器芯片单片的容量有限,由多片存储器芯片组成一个存储器系统,要求正确解决片选问题。
4)CPU的时序和存储器的存取速度之间的配合问题
CPU在取指令和读写操作、存储器芯片读/写都有相应的固定时序。
选用存储芯片时,必须考虑它的存取时间与CPU的固定时序之间的匹配问题,即时序配合问题
(4)电源的提供部分与去除干扰
开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作,所以设计中用到高频滤波电容和旁路电容。
电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。
由于它的谐振频率很低,所以只能使用在低频滤波上。
钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感,因而它的谐振频率会高于电解电容器,并能使用在中高频滤波上。
瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小,因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器,所以能使用在高频滤波和旁路电路上。
由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高,因此,在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。
为了改善电容的高频特性,多个不同特性的电容器可以并联起来使用。
(6)总原理图
其中,8284有3条线与CPU连接;
CLK为主频率信号,由外部晶体振荡器产生,经8284内部3分频送给8088,作为整个系统定时的基准。
RESET为复位信号,由外部电路提供,经8284整理和同步送8088作为系统复位。
REDAY为准备好信号,由外部电路提供,经8284整理和同步送8088,它是当外设或低速存储器跟不上CPU速度时相CPU发出的联络信号,即READY为低电平时CPU在执行总线周期中插入等待状态,当READY变为高电平后,CPU退出等待状态,执行信息传送操作。
8088的NMI引脚是外部非屏蔽中断,在系统中它应接外部非屏蔽中断逻辑的输出。
INTR是外部可屏蔽中断输入引脚,系统用8259A管理可屏蔽中断。
因此,8259A的中断请求输出INT接8088的可屏蔽中断请求输入INTR。
3片地址锁存器74LS373在地址锁存信号ALE的控制下经20位地址锁存,形成20位的地址总线。
8288与CPU之间由3条状态线相连,根据这三条线的不同状态,8288会输出不同的控制信号。
(7)总的连接电路
最大模式下系统总线的形成:
地址的锁存、驱动以及数据总线的双向驱动和最小模式时一样,只是所用到的控制信号ALE、DEN和DT/
是由总线控制器8288产生的(最小模式时这三个信号由8088本身产生)。
在最大模式系统中,存储器读/写、I/O读/写以及中断响应等总线命令信号由8288产生。
请注意,此时的MN/
引脚应接地。
8259A初始化程序流程图如图
四.方案论证
1.硬件:
8088位数据总线为8位的系统地址总线为20位,将8088的MN/MX引脚接地,就使CPU工作在最的模式在最大模式下,需要外加的电路来对CPU发出的控制信号进行变换和组合,已得到对存储器和I/O的读写信号核对锁存器8288及对总线收发器8286的控制信号。
8288总线控制器就是完成上面的这些功能的专用芯片。
在最大模式下,第26,27,28引脚分别为S0,S1,S2.信号输出端,这些信号组合起来可以指出当前总线周期中所进行的数据传输过程的类型。
最大模式下的8288就是利用这些状态信号来产生对存储器和I/O接口的控制信号。
状态信号中隐含了M/IO,WR.INTA.ALE,DT/R,DEN.使用8288后,就可以从状态信息中组合出完成这几方面功能的信息。
S2
S1
S0
操作过程
1
发中断响应信号
读I/O端口
写I/O端口
暂停
取指令
读内存
写内存
无源状态
无源状态,对于S2,S1,S0在前一个总线周期的T4状态和本总线周期的T1,T2状态中,至少有一个信号为高电平,每种情况下,都对应某一个总线操作过程,通常称为有源状态。
在总线周期的T3,TW状态并且READY信号为高电平时,S2.S1.S0都成为低电平,此时一个总线操作过程就要结束,另一个新的总线周期还未开始,成为无源状态。
而在总线周期的最后一个状态T4状态,S2,S1.S0中任何一个或几个信号的改变,都意味着下一个总线周期的开始。
根据S2,S1,S0组合得到的信号可以分为四类:
1.送给地址锁存器的ALE.同最小模式中的ALE。
2.送给数据总线收发器的信号DEN,DT/R。
分别为数据允许信号和数据接收信号,前者控制收发器是否开启,后者控制数据传输的方向。
同最小模式,只是允许信号相位相反。
3.用来作为CPU进行中断响应的信号INTAM与最小模式下的中断响应信号含义相同。
4.两组读写信号分别控制存储器读写和I/O端口的读写。
在最大模式系统中,需要用总线控制器变换和组合的控制信号在于:
在最大模式系统中,一般包含2个或多个处理器,这样就要解决主处理器和谐处理之间的协调工作问题和对总线的共享控制问题,为此,要从软件和硬件两个方面去寻求解决措施。
8288总线控制器就是出于这种考虑而加在最大模式系统中的。
在最大模式系统中一般还有中断优先级管理部件。
8284除了提供频率恒定的时钟信号外,还对准备好(READY)信号和复位(RESET)信号进行同步。
外界的准备好信号输入到8284的RDY,同步的准备好信号输入到READY从8284输出同样,外界的复位信号输入到8284的RES.
在数据总线上需要由发送器和接收器来增加驱动能力。
在总线的前一部分时间,CPU总是发出地址信息,为了告诉地址已准备好,可以锁存,CPU此时会发送出高电平的ALE信号。
所以ALE就是允许的所存信号,74L373常坐地址锁存器,74L373他是8位的,所以需要3片地址锁存器。
为了提高CPU的效率和是系统有实时性能,可以采取中断传送方式,外设具有申请CPU服务的主动权,当输入设备将准备好或者输出设备可以接受数据时,便向CPU付出中断请求,使CPU暂时停下目前的工作而和外设进行一次数据传输。
等输入操作或者输出操作完成后,CPU继续进行原来的工作。
8259是典型的中断控制器1片8259能管理8级中断为了使所有的数据传输都利用总线的第8为,必须把地址总线的A1线和8259的A0端相连。
中断控制器8259A是专门为控制优先级中断而设计开发的芯片。
它将中断源优先排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集于一片中。
因此无需附加任何电路,只需对8259A进行编程,就可以管理8级中断,并选择优先模式和中断请求方式,即中断结构可以由用户编程来设定。
同时,在不需要增加其他电路的情况下,通过多片8259A的级连,能构成多达64级的矢量中断系统。
8259A被初始化,其初始化是通过系统中的初始化程序设置初始化命令字ICW1-ICW4来完成的。
五.调试过程
1./*单片8259A初始化程序如下********************/
MOVAL,13H
OUT 20H,AL ;
单片,边沿触发
MOV AL,40H ;
中断类型号40H
OUT 21H,AL
MOV AL,01H ;
非自动结束
MOV AX,SEGINT-P ;
设置中断向量
MOV DS,AX ;
中断服务子程序入口段基址送DS
MOV DX,OFFSETINT-P;
中断服务子程序入口偏移地址送DX
MOV AL,42H ;
IR2的中断类型号42H送AL
MOV AH,25H ;
25H功能调用
INT 21H
IN AL,21H ;
读IMR
AND AL,0FBH ;
允许IR2请求中断
OUT 21H,AL ;
写中断屏蔽字OCW1
WAIT1:
STI ;
开中断
CMP COUNT,0 ;
判断10次中断是否结束
JNZ WAIT1 ;
未结束,等待
INT 21H
INT-P PROC
;
中断服务子程序
PUSH DS
保护现场
PUSH AX
PUSH DX
STI ;
/*******************8259A中断返回程序如下********************/
NEXT:
CLI ;
关中断
MOV AL,20H
;
写OCW2,送中断结束命令EOI
OUT 20H,AL
POP DX ;
恢复现场
POP AX
POP DS
IRET ;
中断返回
INT-P ENDP
CODE ENDS
END MAIN
MOVAL,20H;
中断结束
OUT80H,AL
IRET;
返回主程序
2.对8255的初始化
STACKSEGMENTSTACK
DW64DUP(?
)
STACKENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE
START:
MOVAL,82H;
设8255方式字10000010A位输出,B口位输入。
OUT63H,AL
A1:
INAL,61H
OUT60H,AL
JMPA1
CODEENDS
ENDSTART
六.收获体会
微机原理课程是上学期学的一门课程,当时学习的时候不求甚解,只为了考试。
结果是考完了,学过的也忘得差不多了。
在做这次课程设计的时候感到很后悔,后悔自己当时没有深入的学习。
所以就去图书馆查阅的大量的单片机和数字芯片的资料,由于资料比较分散,所以整理有用的资料就显得很重要,有些东西实在是不懂我就把资料带回来请教同学,让我受益匪浅。
然后在硬件电路的设计中,由于要涉及软件设计的具体情况,最终确定了一可以接受的方案。
当时感觉这下任务该完成了,没有想到的是在实际的调试中更是遇到了太多的麻烦。
编程是个难题所以在选择题目的时候,避免选有大量编程的。
虽然编程能力得不到提高,但总体设计思路,方案的选定论证,实现资料的查找能力得到了很好的锻炼。
在设计硬件电路原理图的时候发现,多种芯片的引脚及连接电路都不熟悉,甚至有的芯片以前都没有接触过。
只好跟据网上开源的资料来掌握这部分芯片。
可以利用的比较好的资料就是原始的PDF文档,可以根据文档画元件原理图库,PCB库。
并了解每一个芯片的时序。
便于分析软硬件功能。
在设计软件时要根据设计的硬件电路和设计的总体功能要求来设计。
选择合适的开发环境也是非常重要的,如果环境不合适,不仅设计过程复杂,工作量大,甚至设计大中间发现根本没法实现设计的要求。
因此选择一个合适的软件是非常重要的。
我在增长知识、提高能力的同时,产生了很深的感触。
从初步定下方案到编出程序,从不断的运行排错到调试成功,在整个设计过程中,着实受益匪浅,不仅可以巩固以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的东西。
我懂得了理论与实际相结合是很重要的,眼高手低的现象常常难以避免。
只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中难免会遇到各种各样的问题,但是在这重重困难之中我了解到自己的真实水平,并努力提高自己。
同时我明白,对于想要成功的人来说更重要的不是知识或技能,而是克服困难的信心。
实践证明看似“莫名其妙”的错误只要坚持尝试必定有办法解决,应灵活地从各方面找原因而不是一味归咎于实验仪器或软件平台。
同时我意识到规范的流程设计是非常重要的。
合理的划分模块可以提高课程设计的质量和效率。
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