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微机原理上机指导书硬件部分
微机原理与单片机实验教程
(微机原理分册)
天津大学仁爱学院
2009.11
目录
第一章实验系统介绍1
1.1系统概述1
1.2基本电路介绍2
1.38086单元15
第二章8086调试软件的使用17
第三章示波器的基本使用方法21
第四章实验内容及其安排29
实验一8253定时器/计数器接口实验
(一)29
实验二8253定时器/计数器接口实验
(二)32
实验三8255并行接口应用实验
(一)33
实验四8255并行接口应用实验
(二)37
第一章实验系统介绍
本实验系统采用EL-MUT-III型微机原理教学实验系统。
1.1系统概述
EL-MUT-III型微机原理教学实验系统由电源、系统板、可扩展的实验模板、微机串口通讯线、JTAG通讯线及通用连接线组成。
系统板的结构简图见下图。
图1-1系统板结构简图
1)微处理器:
8086CPU及其相关电路,时钟频率:
6MHz。
2)存储器:
随机存储器RAM40K字节,EPROM40K字节。
3)CPLD译码电路:
包括系统译码CPLD和用户CPLD两部分采用ALTERA公司速度最快的高集成度可编程逻辑器件EPM7064SLC44-10。
4)可编程并行接口:
采用8255A芯片。
5)串行接口:
采用8250芯片,用作与主机通讯或供用户编程实验。
6)8279键盘、显示控制器:
六位LED数码显示,LED和键盘可扩展。
7)A/D转换电路:
采用ADC0809,8位8通道逐次比较AD转换器,典型转换时间100us。
8)D/A转换电路:
采用DAC0832,8位微处理器兼容D/A。
9)8253可编程定时/计数器
10)8259可编程中断控制器
11)8237DMA控制电路
12)脉冲产生电路:
采用74LS161计数器,输出5路时钟信号。
13)简单I/O口扩展电路:
缓冲驱动器74LS244和输出锁存器74LS273。
14)开关量输入输出电路:
8位逻辑电平输入开关,8位LED显示电路。
1.2基本电路介绍
1、单脉冲发生器电路
(1)、电路原理
该电路由一个按扭,1片74LS132组成,具有消颤功能,正反相脉冲,相应输出插孔P+、P-。
原理图如下:
图1-2单脉冲发生器电路
(2)、电路测试
常态P+为高电平,P-为低电平;按扭按下时P+为低电平,P-为高电平。
若异常可更换74LS132。
2、脉冲产生电路
(1)、电路原理
该电路由1片74LS161、1片74LS04、1片74LS132组成。
CLK0是6MHz,输出时钟为该CLK0的2分频(CLK1),4分频(CLK2),8分频(CLK3),16分频(CLK4),相应输出插孔(CLK0~CLK4)。
图1-3脉冲产生电路
(2)、电路测试
电路正常时,可通过示波器观察波形。
若CLK0有波形而其它插孔无波形,更换74LS161;若都无波形,74LS04、74LS132或6M晶振有问题。
3、开关量输入输出电路
(1)、电路原理
开关量输入电路由8只开关组成,每只开关有两个位置H和L,一个位置代表高电平,一个位置代表低电平。
对应的插孔是:
K1~K8。
开关量输出电路由8只LED组成,对应的插孔分别为LED1~LED8,当对应的插孔接低电平时LED点亮。
原理图如下:
(2)、电路测试
开关量输入电路可通过万用表测其插座电压的方法测试,即开关的两种状态分别为低电平和高电平;开关量输出电路可通过在其插孔上接低电平的方法测试,当某插孔接低电平时相应二极管发光。
图1-4开关量输入输出电路
4、简单I/O口扩展电路
(1)、电路原理
输入缓冲电路由74LS244组成,输出锁存电路由上升沿锁存器74LS273组成。
74LS244是一个扩展输入口,74LS273是一个扩展输出口,同时它们都是一个单向驱动器,以减轻总线的负担。
74LS244的输入信号由插孔IN0~IN7输入,插孔CS244是其选通信号,其它信号线已接好;74LS273的输出信号由插孔O0~O7输出,插孔CS273是其选通信号,其它信号线已接好。
其原理图如下:
图1-5简单IO扩展电路
(2)、电路测试
当74LS244的1、19脚接低电平时,IN0~IN7与DD0~DD7对应引脚电平一致;当74LS273的11脚接低电平再松开(给11脚一上升沿)后,O0~O7与DD0~DD7对应引脚电平一致。
或用简单I/O口扩展实验测试:
程序执行完读开关量后,74LS244的IN0~IN7与DD0~DD7对应引脚电平一致;程序执行完输出开关量后,74LS273的O0~O7与DD0~DD7对应引脚电平一致。
5、CPLD译码电路
(1)、电路原理
该电路由EPM7128、EPM7032、IDC10的JTAG插座、两SIP3跳线座组成。
其中EPM7128为系统CPLD,EPM7032为用户CPLD,它两共用一下JTAG插座,可通过跳线选择,当两跳线座都1,2相连时为系统CPLD,当两跳线座都2,3相连时为用户CPLD使用。
LCS0~LCS7为用户CPLD输出。
用户不得对系统CPLD编程。
原理图如下:
图1-6CPLD译码电路
(2)、电路测试:
通过CPLD地址译码实验
6、8279键盘、显示电路
(1)、电路原理
8279显示电路由6位共阴极数码管显示,74LS244为段驱动器,75451为位驱动器,可编程键盘电路由1片74LS138组成,8279的数据口,地址,读写线,复位,时钟,片选都已经接好,键盘行列扫描线均有插孔输出。
键盘行扫描线插孔号为KA0~KA3;列扫描线插孔号为RL0~RL7;8279还引出CTRL、SHIFT插孔。
六位数码管的位选、段选信号可以从8279引入,也可以有外部的其他电路引入,原理图如下:
图1-78279键盘、显示电路
(2)、电路测试见整机测试
六位数码管电路的测试:
除去电路板上数码管右侧的跳线,系统加点,用导线将插孔LED1接低电平(GND),再将插孔LED-A,LED-B,LED-C,LED-D,LED-E,LED-F,LED-G,LED-DP依次接高电平(VCC),则数码管SLED1的相应段应点亮,如果所有的段都不亮,则检查相应的芯片75451,如果个别段不亮,则检查该段的连线、及数码管是否损坏。
用同样的方法依次检查其它数码管。
8259显示、键盘控制芯片电路的测试:
加上数码管右边的所有短路线,复位系统,应能正常显示。
否则检查8279芯片、244芯片、138芯片是否正常。
7、8250串行接口电路
(1)、电路原理
该电路由一片8250,一片MAX232组成,该电路所有信号线均已接好。
原理图如下:
(2)、电路测试:
见整机测试
图1-88250串行接口电路
8、8255并行接口电路
(1)、电路原理
该电路由1片8255组成,8255的数据口,地址,读写线,复位控制线均已接好,片选输入端插孔为8255CS,A,B,C三端口的插孔分别为:
PA0~PA7,PB0~PB7,PC0~PC7.电路原理图如下:
图1-98255并行接口电路
(2)、电路测试
检查复位信号,通过8255并行口实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
9、8237DMA传输电路
(1)、电路原理
该电路由一片8237、一片74LS245、一片74LS273、一片74LS244组成,DRQ0,DRQ1是DMA请求插孔,DACK0、DACK1是DMA响应信号插孔。
SN74LS373提供DMA期间高8位地址的锁存,低8位地址由端口A0~A7输出。
74LS245提供高8位存储器的访问通道。
DMA0~DMA3是CPU对8237内部寄存器访问的通路。
原理图如下:
图1-108237接口电路
(2)、电路测试
检查复位信号,通过DMA实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
10、A/D、D/A电路
(1)、电路原理
八路八位A/D实验电路由一片ADC0809,一片74LS04,一片74LS32组成,该电路中,ADIN0—ADIN7是ADC0809的模拟量输入插孔,CS0809是0809的AD启动和片选的输入插孔,EOC是0809转换结束标志,高电平表示转换结束。
齐纳二极管LM336-5提供5V的参考电源,ADC0809的参考电压,数据总线输出,通道控制线均已接好,八位双缓冲D/A实验电路由一片DAC0832。
一片74LS00,一片74LS04,一片LM324组成,该电路中除DAC0832的片选未接好外,其他信号均已接好,片选插孔标号CS0832。
输出插孔标号DAOUT。
该电路为非偏移二进制D/A转换电路,通过调节POT3,可调节D/A转换器的满偏值,调节POT2,可调节D/A转换器的零偏值。
(2)、电路测试
检查复位信号,通过A/D、D/A实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
图1-11AD/DA转换电路
11、8253定时器/计数器电路
(1)、电路原理
该电路由1片8253组成,8253的片选输入端插孔CS8253,数据口,地址,读写线均已接好,T0、T1、T2时钟输入分别为8252CLK0、8253CLK1、8253CLK2。
定时器输出,GATE控制孔对应如下:
OUT0、GATE0、OUT1、GATE1、OUT2、GATE2、CLK2。
原理图如下:
注:
GATE信号无输入时为高电平
图1-128253定时器电路
(2)、电路测试
检查复位信号,通过8253定时器/计数器接口实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
12、8259中断控制电路
(1)、电路原理
CS8259是8259芯片的片选插孔,IR0~IR7是8259的中断申请输入插孔。
DDBUS是系统8位数据总线。
INT插孔是8259向8086CPU的中断申请线,INTA是8086的中断应答信号。
图1-138359中断控制电路
(2)、电路测试
检查复位信号,通过8259中断控制器实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
13、存储器电路
(1)、电路原理
该电路由一片2764、一片27256、一片6264、一片62256、三片74LS373组成,2764提供监控程序高8位,27256提供监控程序低8位,6264提供用户程序及数据存储高8位,2764提供监控程序低8位,74LS373提供地址信号。
ABUS表示地址总线,DBUS是数据总线。
D0~D7是数据总线低八位,D8~D15是数据总线高八位。
其他控制总线如:
MEMR,MEMW和片选线均已接好。
在8086系统中,存储器分成两部分,高位地址部分(奇字节)和低位地址部分(偶字节)。
当A0=1时,片选信号选中奇字节;当A0=0时,选中偶字节。
原理图如下:
(2)、电路测试
监控正常则2764、27256、74LS373没问题,用户程序可正常运行则6264、62256没问题。
检查复位信号,通过存储器读写实验,程序全速运行,观察片选、读、写、总线信号是否正常。
图1-14存储器扩展电路
14、六位LED数码管驱动显示电路
(1)、电路原理
该电路由六位LED数码管、位驱动电路、端输入电路组成,数码管采用动态扫描的方式显示。
具体见原理图,图中用75451作数码管的位驱动。
跳线开关用于选择数码管的显示源,可外接,也可选择8279芯片。
2)、电路测试:
去除短路线,系统加电,将插孔LED-1与GND短接,用电源的VCC端依次碰触插孔LED-A-----LED-DP,观察最左边的数码管的显示段依次发亮,则可断定此位数码管显示正常,否则检查芯片75451、及连线。
依次检查其他各位数码管电路。
图1-15六位LED数码管驱动电路
15、3X8键盘扫描电路
(1)电路原理:
键盘采用行列扫描的方式。
如下图,其中SHIFT、CTRL两键通过检查是否与GND相连来判断按键是否按下。
图1-16键盘电路
(2)电路测试
按照上图,系统加电,首先用万用表的电压档依次测试各个插孔的电压,在无键按下的情况下,共13个插孔的电压皆为VCC电压,否则检查故障插孔相关的电路。
上述检查无误后,将插孔KA10与GND短路,依次按键,插孔RL10---RL17应有一个电压将为GND,并且每当一个按键按下时,仅有一个对应插孔的电压降低。
否则检查相应的案件是否正常。
依次检查KA11、K112。
17、扩展板
(1)扩展接口定义
为方便用户设计其他实验模块,本系统设计了两个总线扩展接口,用户最多可同时扩展两块模块,对用户来说十分方便,其主要性能指标及要求为:
1)模块外形:
170mmX81mm
2)模块于系统的接口:
通过两条SIP接口相连。
接口的相对位置见图2-3,各位的定义见下表。
表1-1模块接口定义
EXA插针定义
EXB插针定义
编号
定义
编号
定义
1
LCS0
1
VCC
2
LCS1
2
VCC
3
LCS2
3
GND
4
LCS3
4
GND
5
DA4
5
DA0
6
DA5
6
DA1
7
DA6
7
DA2
8
DA7
8
DA3
9
A8
9
DD0
10
A9
10
DD1
11
A10
11
DD2
12
A11
12
DD3
13
CS0
13
DD4
14
CS1
14
DD5
15
CS2
15
DD6
16
CS3
16
DD7
17
ALE
18
IOWR
19
IORD
20
CS4
21
+12V
22
+12V
23
-12V
24
-12V
其中:
CS0—CS4为系统CPLD产生的片选信号;LCS0—LCS3为用户CPLD产生的片选信号;DA0—DA7为低8位地址总线,A8—A11为高4位地址总线;DD0—DD7为低8位数据总线;ALE、IOWR、IORD均来自CPU,分别为地址锁存、IO写、IO读信号。
用户可根据以上定义及尺寸自行设计接口模块
(2)扩展模块的安装和测试
关断电源,将扩展模块插到实验箱的任意一组接口座上,应使插针与插座紧密接触并且不能有错位。
(注:
两组接口完全一致,可互换。
)上电,观察系统能否正常复位,数码管是否显示正常,模块上电源指示灯是否正常。
若不正常,关电,拔下扩展模块,先检查实验箱工作是否正常。
若正常,则检查接口座上的+5V、+12V、-12V和GND是否正常,若正常则说明扩展模块有问题,应进行维修或更换。
1.38086单元
1)微处理器:
8086
2)时钟频率:
6MHz
3)存储器
6264系统RAM,地址范围0~3FFFH,奇地址有效
6264系统RAM,地址范围0~3FFFH,偶地址有效
27C64系统ROM,地址范围FFFFF~FC000H,奇地址有效
27C256系统ROM,地址范围FFFFF~FC000H,偶地址有效
4)可提供的对8086的基本实验
(1)简单I/O扩展实验
(2)存储器扩展实验
(3)CPLD地址译码实验
(4)8255可编程并口实验
(5)8253定时/计数器实验
(6)A/D0809实验
(7)D/A0832实验
(8)8250可编程串口实验
(9)8279显示器接口实验
(10)8279键盘扩展实验
(11)8259可编程中断控制器实验
(12)8237DMA控制器实验
5)系统资源分配
本系统采用可编程逻辑器件(CPLD)EPM7128做地址的编译码工作,可通过芯片的JTAG接口与PC机相连,对芯片进行编程。
此单元也分两部分:
一部分为系统CPLD,完成系统器件,如监控程序存储器、用户程序存储器、数据存储器、系统显示控制器、系统串行通讯控制器等的地址译码功能,同时也由部分地址单元经译码后输出(插孔CS0---CS5)给用户使用,他们的地址固定,用户不可改变。
具体的对应关系见表1-2。
另一部分为用户CPLD,它完全对用户开放,用户可在一定的地址范围内,进行编译码,输出为插孔LCS0----LCS7,用户可用的地址范围见表1—2,注意,用户的地址不能与系统相冲突,否则将导致错误
地址分配如下:
6264系统RAM,地址范围0~03FFF,奇地址有效
62256系统RAM,地址范围0~03FFF,偶地址有效
2764系统ROM,地址范围FFFFF~FC000,奇地址有效
27256系统ROM,地址范围FFFFF~FC000,偶地址有效
CS0片选信号,地址04A0~04AF偶地址有效
CS1片选信号,地址04B0~04BF偶地址有效
CS2片选信号,地址04C0~04CF偶地址有效
CS3片选信号,地址04D0~04DF偶地址有效
CS4片选信号,地址04E0~04EF偶地址有效
CS5片选信号,地址04F0~04FF偶地址有效
CS6片选信号,地址F000~FFFF偶地址有效
8250片选地址:
0480~048F,偶地址有效
8279片选地址:
0490~049F,偶地址有效
硬件实验说明
所有实验程序的起始地址为01100H,CS=0100H,IP=0100H,代码段、数据段、堆栈段在同一个64K的地址空间中。
第二章8086调试软件的使用
8086集成开发环境是为INTEL8086系列程序开发的多窗口程序级开发调试软件,它的友好的WINDOWS的界面使用户的使用简单快捷,极大的提高了程序的开发效率。
1.用通信电缆将EL-MUT-III型微机原理教学实验系统侧面的RS232接口与PC机的COM口相连接。
2.启动EL-MUT-III型微机原理机教学实验系统的电源开关,EL-MUT-III型单片机教学实验系统面板上的LED显示“1996_7”,几秒后显示P-。
3.双击桌面TECH快捷图标如图2-1,启动8086实验系统,出现如图2-2的界面。
图2-1图2-2
4.如需改变串口和波特率,在相应列表框中修改。
点击“确定”,PC机屏幕显示“教学实验环境”界面,如图2-3。
也可以选择“取消”,不联机,直接进入软件。
图2-38086教学实验环境界面
8086调试软件包含了菜单栏、快捷工具栏、寄存器窗口、消息窗口、内存窗口以及主工作区。
其中,快捷工具栏包含了诸如汇编、连接、单步运行、跟踪运行、全速运行等常用的命令;寄存器窗口中可以看到8086内部各个寄存器的当前值;消息窗口用于显示当前操作的提示信息;内存窗口可以看到内存中各地址的当前内容;主工作区用于编辑和调试汇编程序;
下面主要对菜单栏相关各项进行详细的介绍:
在菜单栏中,可以看到文件、编辑、编译、运行、窗口和帮助六个主菜单。
下面分别对这六个菜单进行简单的介绍。
(1)文件:
在文件菜单栏下,包含新建、打开、反汇编、保存、另存为、打印、打印预览、打印设置和退出九个子菜单。
该菜单栏主要完成汇编文件的新建、打开、保存以及打印等工作。
其中,反汇编菜单可以机器码转换成比较容易记的汇编代码,然后对程序进行分析。
(2)编辑:
在编辑菜单栏下,包含撤销、剪切、复制和粘贴。
这些都是windows平台下常用的操作,这里不再赘述。
(3)编译:
在编译菜单栏下,包含编译、链接以及编译并链接。
其中编译是以所编辑的源程序作为输入,通过汇编程序将.ASM文件汇编成扩展名为.OBJ的二进制代码文件,以及扩展名为.LST的汇编语言程序列表文件。
虽然OBJ文件是二进制文件,但其不能直接在系统机上运行,需要通过链接菜单将目标文件、其他目标文件和库文件连接起来形成可执行文件。
编译并链接菜单是将编译和链接两个子菜单命令结合在一起。
(4)运行:
在运行菜单栏下,包含连接设置、程序复位、系统复位、运行程序、运行到光标处、从光标处运行、单步运行、跟踪运行、连续单步运行、设置断点、清除断点、数据采集。
连接设置:
单击此项会弹出如图2-2的对话框,用于设置串口端口以及波特率。
程序复位:
将正在运行或单步运行的程序的IP恢复到程序段的起始处。
系统复位:
将8086实验系统恢复到上电运行的起始状态。
运行程序:
全速运行所编辑的程序
运行到光标处:
将光标放在汇编程序的某一行,单击此命令,则程序运行到该行暂停。
从光标处运行:
程序从光标处继续全速运行
单步运行:
单击此命令,程序将逐条指令执行。
跟踪运行:
单击此命令,程序将逐条指令执行。
它与单步运行区别主要是循环语句和CALL语句上,单步会一步执行完毕CALL调用,IP指向CALL的下一条指令,而跟踪却会进入到CALL的子程序里面。
连续单步运行:
该菜单项有开始、暂停和停止三个子菜单命令。
单击开始命令,程序将逐条单步执行。
此时,可以看到程序IP不断地变化。
暂停和停止可以暂停或停止正在连续单步运行的程序。
设置断点:
将光标放在程序的某一行,使用此命令可以为该行设置程序断点。
当全速运行程序时,程序将运行到断点处暂停。
清除断点:
单击程序断点处,使用此命令可以将之前设置的断点清楚。
数据采集:
该菜单配合扩展模块使用,这里不再介绍。
(5)窗口:
在窗口菜单栏下,包含工具栏、状态栏、内存窗口、寄存器窗口、消息窗口和波形窗口六个菜单命令。
单击这些命令可以打开或关闭相应的窗口。
(6)帮助:
其中包含了关于8086实验系统、8086调试软件的使用方法以及实验介绍的相关内容。
5.下面通过实例对8086调试软件进行介绍。
(1)通过“文件”菜单新建或打开汇编语言文件,新建汇编文件的扩展名为.ASM。
图2-4打开汇编源文件
在org100h的下一行,必须写标号start,否则不能通过连接。
(2)编辑程序结束后,选择“运行”菜单“连接设置”,选择通讯串口,确认后,选择“运行”菜单“系统复位”,出现系统复位提示窗口,单击“确定”,然后立即按下实验箱上的复位按钮(黄色按钮),此时软件的状态栏中的“通讯未连接”将变成“通讯已连接”,同时实验箱的数码管将从“P_”变为“C_”,此时系统复位,通讯连接成功,否则,重复上述步骤重新进行通讯连接、系统复位。
(3)然后可以对汇编源程序进行编译、链接,分别单击“编译”菜单栏中的“编译”、“链接”命令,完成对汇编源程序的编译和链接。
如果所编译的程序存在错误,单击编译命令后,消息窗口会提示程序存在错误,并红条标识出存在错误的程序行处,同时自动打开.LST文件提示编译结果。
(4)在“运行”菜单中可选择多种调试手段进行调试运行,如单步、跟踪、全速以及连续单步运行,既可以通过“运行”菜单栏选择相应的命令,也可以单击快捷工具栏进行选择。
同时可在寄存器窗口、内存窗口等浏览器内容,通过修改存储器地址可查看不同地址区的内容,并可以对其进行修改。
寄存器修改:
先修改寄存器数值,然后按回车键;
内存修改:
先修改内存,然后按回车键;
内存地址的修改:
单击内存窗口绝对地址栏,右键选择“设置观察内存”命令,在弹出的窗口中输入所要查看的地址;
图2-5“调试”界面
表1-1内部FLAG寄存器位定义
FLAG寄存器位定义
D15
D14
D13
D12
D11
D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D
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- 关 键 词:
- 微机 原理 上机 指导书 硬件 部分