微机原理课程设计.docx

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微机原理课程设计

微机原理课程设计

指导老师：

徐文龙千博董瑞军

学号：

04093092

班级：

04093102

姓名：

王琴

目录

概述…………………………………………………………3

一．8088CPU及其引线功能………………………………………4

二．8088CPU的内部结构…………………………………………7

三．芯片介绍……………………………………………………9

1·地址锁存器8282（74LS373）…………………………………………9

2·数据双向收发器8286（74LS245）………………………………10

3·6264（SRAM）的引脚………………………………………………10

4·2764（EPROM）的引线、功能……………………………………11

5·中断控制器8259A………………………………………………12

6·并行接口芯片8255A……………………………………………12

7·数模变换器0832…………………………………………………13

四．电路介绍………………………………………………14

1·8088最小系统地址总线、数据总线、控制总线的形成…………………………………………………………………14

2·存储器电路及译码电路设计…………………………………16

3·8位A/D变换接口电路………………………………………17

4·8位D/A变换接口驱动直流电机……………………………17

5·步进电机控制电路…………………………………………18

6·8259中断实验…………………………………………………19

五．设计心得………………………………………………20

概述

一、课程设计的要求

（1）用8088构成最小系统，完成数据总线，地址总线，控制

总线的电路设计

（2）用0809组成8位温度A/D变换接口电路

（3）用0832组成8位D/A变换接口电路驱动直流电机

（4）用8255和8253组成步进电机控制电路

（5）用两片2764完成ROM的扩展，设计地址分配译码电路，地

址为FFFF0H~FFFFFH

（6）用两片6264完成RAM的扩展，设计地址分配译码电路，地址为0000H~3FFFH

一·8088CPU及其引线功能

8088CPU是一块具有40条引出线的集成电路芯片，其个引出线的定义如图1,，所示。

为了减少芯片的引线，有许多引线具有双重功能，采用分时复用的工作方式，及在不同的时刻，这些引线上的信号是不同的。

同时，8088CPU上有MN/MX输入引线，用以决定8088CPU工作在哪种模式下，当MN/MX=1时，8088CPU工作在最小模式下。

此时，构成的微型机中包括一个8088CPU，且系统总线由CPU的引线形成，微型机所用的芯片最少。

当MN/MX=0是，8088CPU工作在最大模式下。

在此模式下，构成的微型计算机中除了有8088CPU之外，还可以接另外的CPU（如8087）,构成多微处理器系统。

同时，这时的系统总线要由8088的CPU的引线和总线控制器（8288）共同形成，可以构成更大规模的系统。

图１　8088微处理器引线图

8088最小模式下的引线

在最小模式下，8088ＣＰＵ的引线如图１所示，（不包括括号内的信号），它们是：

A16~A19/S3~S6:

这是4条时间复用,三态输出的引线，在8088CPU执行指令的过程中。

某一时刻从这4条线上送出地址的最高4位—A16~A19，而在另外的时刻，这四条线送出状态S3~S6。

这些状态信息里，S6始终为低，S5指出状态寄存器中的中断允许标志的状态，它在每个时钟周期开始时被更新，S4和S3用来指示CPU现在使用的段寄存器。

在CPU进行输入输出操作时，不使用这四位地址，故在送出地址的时间里，这4条线输出低电平。

在一些特殊的情况下（如复位或DMA操作时），这4条线还可以处于高阻（或浮空或三态）状态。

A8~A15：

它们是三态输出引线，在CPU寻址内存或接口时，由这些引线送出地址A8~A15，在某种特殊情况下，这些引线也可以处于高阻状态。

AD0~AD7：

它们是地址·数据分时复用的输入输出信号线，其信号是经三态门输出地，由于8088微处理器只有40条引脚，而它的数据线为8位，地址线为20位，因此引线数不能满足输入输出的要求。

于是在CPU内部就采用时分多路开关，将低八位地址信号和8位数据信号综合后。

通过8条引脚输入输出，利用定时信号区分是是数据信号还是地址信号。

通常CPU在读写存储器和外设时，总是要先给出存储单元的地址或外设单元的地址，然后才读写数据，因此地址数据在时序上是有先后的.

IO/M：

它是CPU的三态输出控制信号，用于区分当前操作是访问存储器还是访问IO端口，若引脚输出低电平，则访问存储器，若引脚输出高电平，则访问IO端口。

WR:

它是CPU的三态输出控制信号，该引脚输出低电平时，表示CPU正处于写存储器或写IO端口的状态。

DT/R：

它是CPU的三态输出控制信号，用于确定数据传送的方向。

高电平为发送方向，低电平为接收方向。

DEN：

这是CPU经三态门输出的控制信号，该引脚为低电平时，表示数据总线上有有效的数据。

它在每次访问内存或接口以及在中断响应期间有效。

它常用作数据总线驱动器的片选信号。

ALE：

三态输出控制信号，高电平有效，当它有效时，表明CPU经其引线送出有效的地址信号，因此，它常作为锁存控制信号讲A0~A19锁存于地址锁存器的的输出端。

RD：

它是读选通三态输出信号，低电平有效，当其有效时表示CPU正进行存储器的读或IO口的读操作。

READY：

它是准备就绪输入信号，高电平有效，当CPU对存储器和IO口进行操作时，在T3周期开始采样READY信号，若其为底，表明被访问存储器或IO口还未准备好数据，则应在T3周期以后插入TWAIT（等待周期），然后在TWAIT周期中采样READY信号，直到READY信号有效，TWAIT信号才可以结束，进入T4周期，完成数据传送。

INTR：

它是可屏蔽中断请求输入信号，高电平有效，CPU在每条指令执行的最后一个T状态采样该信号以决定是否进入中断响应周期。

TEST：

它是可用WAIT指令对该引脚尽心测试的输入信号，低电平有效，当该信号有效时，CPU继续执行程序，否则CPU进入等待状态，这个信号在每个时钟周期的上升沿由内部电路进行同步。

NIM：

它是非屏蔽输入中断信号，边沿触发，上升沿有效，这条引脚上的信号不能用软件进行屏蔽，所以由高到低的变化将使CPU在执行指令结束后就引起中断。

RESET：

它是CPU的复位输入信号，高电平有效，为使CPU完成内部复位过程，该信号至少在4个时钟周期内保持有效。

INTA:

它是CPU输出地中断响应信号，是CPU对外部输入的INTR中断请求信号的响应，在响应中断的过程中，由INTR引出端送出两个负脉冲，可用做外部中断源的中断向量码的读选通信号。

HOLD：

它是高电平有效的输入信号，用于向CPU提出保持请求，

HLDA：

这是CPU对HOLD请求的响应信号，是高电平有效的输出信号。

当CPU收到有效的HOLD信号后，就会对做出响应：

一方面使CPU的所有三态输出地地址信号·数据信号和相应的控制信号变为高阻状态；同时还输出一个有效的HLDA，表示处理器已放弃对总线的控制。

当CPU检测到HOLD信号为底时，就立即使HALD信号变低，同时恢复对总线的控制。

SSO：

是一条状态输出线，低电平有效。

它与IO/M和DT/R一起决定最小模式下现行总线周期的状态，

CLK：

这个是时钟信号输入端，由它提供CPU和总线控制器的定时信号，8088的标准时钟频率为5MHz。

Vcc：

它是5V的电源输入引脚

GND：

它是接地端。

二8088CPU的内部结构

8088微处理器的内部结构分为两部分：

执行单元（EU）和总线接口单元（BIU）。

（如图2所示）EU单元负责指令的执行，它包括运算器（ALU），通用寄存器和状态寄存器等，主要进行16位的各种运算及有效地址的运算。

BIU单元主要负责与存储器IO口设备的接口。

它由段寄存器指令指针地址加法器和指令队列缓冲器组成。

地址加法器将段和偏移地址相加，生成20位的物理地址。

图28088微处理器内部结构

8088内部寄存器

数据寄存器

8088有4个16位的数据寄存器，可以存放16位的操作数，它们在需要的时候，可分为8个8位寄存器来用，这样就大大增加了使用的灵活性

指针寄存器

8088的指针寄存器有两个：

SP和BP，SP是堆栈指针寄存器，由它和堆栈寄存器一起来确定堆栈在内存中的位置，BP是基数指针寄存器。

通常用于存放基地址。

以使8088的寻址更加灵活

变址寄存器

SI是源变址寄存器，DI是目的变址寄存器，都用于指令的变址寻址。

SI指向源操作数，DI指向目的操作数

控制将寄存器

8088的控制寄存器有两个：

IP，PSW。

IP是指令指针寄存器，用来控制CPU的指令执行顺序，它和代码段寄存器CS一起可以确定当前所取的指令的内存地址。

顺序执行程序时，CPU每取一条指令字节，IP自动加1，指向下一个要读取的字节，当IP单独改变时，会发生段内转移。

当CS和IP同时改变时，会产生段间的程序转移。

PSW是处理机状态字，或状态寄存器标志寄存器，用于存放8088CPU在工作过程中的状态，该寄存器是一个16位的寄存器。

8088使用了其中的9位。

C（进位标志）有进位或借位时为1，否则为0；P（奇偶标志位）当结果中低8位中1的个数为偶数时为1，否则为0；A（半加标志位）在加法时当位3需向位4进位或借位时为1，否则为0；Z（零标志位）运算结果为0时，该位为1，否则为0；S（符号标志位）运算结果的最高位为1，则为1，否则为0；T（陷进标志位）；I（中断允许标志位）该位为1，处理器响应可屏蔽中断，否则不能响应；D（方向标志位）当该位为1时，串操作指令为自动减量指令，及从高地址到底地址处理字符串，否则串操作指令为自动增量指令；O（溢出标志位）。

段寄存器

8088有4个段寄存器:

代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，堆栈段寄存器SS和附加段寄存器ES

三．常用芯片介绍：

1·地址锁存器8282（74LS373）

有8个数据输入端和8个数据输出端

两个控制引脚：

选通信号STB和输出允许信号OE

2·数据双向收发器8286（74LS245）

有8路双向缓冲电路

两个控制引脚：

方向控制T和输出允许信号OE

3·6264（SRAM）的引脚

6264是8K×8SRAM

A0~A12:

为13根地址线

D0~D7:

为8位数据线。

CS1和CS2:

为片选信号，CS1=0，CS2=1时，才能选中芯片。

OE:

为输出允许信号，只有在/OE=0时，即其有效时，才允许该芯片将某单元的数据送到芯片外部的D0~D7上。

WE为写信号，当WE=0时，允许将数据写入芯片，当WE=1时，允许芯片的数据读出。

4·2764（EPROM）的引线、功能

2764EPROM存储器容量为64K，结构为8K*8。

A0~A12:

13条地址线,

D0~D7:

8条数据线。

CE和OE:

为控制信号有片选引脚，低电平有效时，分别选中芯片和允许芯片输出数据。

2764的编程由编程控制引脚/PGM和编程电源Vpp控制，在编程时，对引脚加较宽的负脉冲；在正常读出时，该引脚应该无效。

在正常工作时，要求Vpp接+5V；在编程状态时，要求Vpp接+25V作为编程电压

5·中断控制器8259A

6·并行接口芯片8255A

RESET:

复位输入线

CS:

芯片选择信号线CS=0时,表示芯片CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.

RD:

读信号线，RD=0且CS=0时,CPU从8255读取信息或数据。

WR:

WR=0且CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。

D0～D7:

三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道

PA0～PA7:

端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。

工作于三种方式中的任何一种；

PB0～PB7:

端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。

不能工作于方式二；

PC0～PC7:

端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。

端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。

不能工作于方式一或二。

8255具有3个相互独立的输入/输出通道端口

A1

A0

0

0

A端口

0

1

B端口

1

0

C端口

1

1

控制寄器

7·数模变换器0832

DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，具有双缓冲器输入结构，其引脚排列如图所示，

DAC0832各引脚功能说明：

DI0～DI7：

转换数据输入端。

、

CS：

片选信号输入端，低电平有效。

ILE：

数据锁存允许信号输入端，高电平有效。

WR1：

第一写信号输入端，低电平有效，

Xfer：

数据传送控制信号输入端，低电平有效。

WR2：

第二写信号输入端，低电平有效。

Iout1：

电流输出1端，当数据全为1时，输出电流最大；当数据全为0时，输出电流最小。

Iout2：

电流输出2端。

DAC0832具有：

Iout1+Iout2=常数的特性。

Rfb：

反馈电阻端。

Vref：

基准电压端，是外加的高精度电压源，它与芯片内的电阻网络相连接，该电压范围为：

-10V～+10V。

VCC和GND：

芯片的电源端和地端。

四．电路介绍

1·8088最小系统地址总线、数据总线、控制总线的形成

8088的MN/MX信号线接至＋5V时，系统就处于最小工作模式，即单处理器系统方式，它适合与较小规模的应用。

8088最小模式典型的系统主要由8088CPU时钟发生器8284、地址锁存器8282及数据总线收发器8286组成。

由于地址与数据、状态线分时复用，系统中需要地址锁存器。

地址锁存信号ALE控制8282的STB，用8282锁存器产生地址总线；用8286收发器产生缓冲的数据总线。

8088的DEN信号作为8286的输出允许信号面，仅当DEN为低电平时，允许数据经8286进行传送；8088的DT/R信号用来控制数据传送的方向，接至8286的引脚T。

当DT/R＝1时，CPU向数据总线发送数据，当DT/R＝0时，则CPU接收来自系统总线上的数据。

数据线连至内存及I/O接口，需用数据总线收发器作驱动。

在控制总线一般负载较轻，不需要驱动，故直接从8088引出。

8088工作与最小模式，此时8088CPU提供所有的总线控制信号，以实现与存储器、I/O接口的选择。

在最小组态时，系统总线可分为几个基本部分：

地址总线、数据总线、控制与状态信号、中断与DMA信号。

2·存储器电路及译码电路设计

8088最小系统中，地址总线为A0~A19，数据总线D0~D7,对SRAM的控制信号有/WR,/RD,IO/M。

当IO/M为低电平时，表示cpu对存储器传送数据。

/RD为读信号，低电平有效，/RD有效时表明cpu正在执行从存储器或IO口的输入操作数据。

/WR为写读信号，低电平有效，/WR有效时表明cpu正在执行从存储器或IO口的输出操作数据。

在该设计中选用的ROM模块芯片为EPROM2764，容量为8K*8。

RAM模块芯片为SRAM6264，容量为8K*8。

系统要求由16KB的ROM和16K的RAM组成。

16KB的ROM需要两片2764芯片，16K的RAM需要两片6264芯片。

下图给出了8088最小系统组成的16K的ROM和16K的RAM存储器逻辑图。

图中U1和U2两片2764构成16K的ROM模块；U3和U4两片6264组成16K的RAM模块。

地址总线A0~A12作为片内地址分别连接到U1，U2，U3和U4的相应地址线引脚上。

数据线D0~D7作为分别连接到U1，U2，U3和U4的相应数据线引脚上。

读信号/RD连接到U1，U2，U3和U4的/OE引脚上，写信号/WR连接到两片6264芯片的/WE引脚上。

6264选引脚CS2接+5V。

4个芯片的片选信号由74LS138译码器产生。

3·8位A/D变换接口电路

在进行A/D变换时，路地址应先送到ADDA~ADDC输入端。

然后在ALE上输入端加一个正跳变脉冲，将路地址锁存到ADC0809内部的路地址寄存器中。

这样，对应路的模拟电压输入就和内部变换电路接通。

为了启动变换工作序列，必须在START端加一个负跳变信号。

此后变换工作就开始进行，标志ADC0809正在工作的状态信号EOC由高电平（闲状态）变成为低电平（工作状态）。

一旦变换结束，EOC信号就又由低电平变成高电平。

此时只要在OE端加一个高电平，即可打开数据线的三态缓冲器，从D0~D7端数据线读得一次变换后的数据。

4·8位D/A变换接口DAC0832内部有两个寄存器，而这两个寄存器的控制信号有五个，输入寄存器由ILE、CS、WR1控制，DAC寄存器由WR2、Xref控制，用软件指令控制这五个控制端可实现三种工作方式：

直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。

三种工作方式区别是：

直通方式不需要选通，直接D/A转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通。

5．步进电机控制电路

使用芯片82558259控制

6．8259中断实验电路

一个外部中断请求信号通过中断请求线IRQ，传输到IMR（中断屏蔽寄存器），IMR根据所设定的中断屏蔽字（OCW1），决定是将其丢弃还是接受。

如果可以接受，则8259A将IRR（中断请求暂存寄存器）中代表此IRQ的位置位，以表示此IRQ有中断请求信号，并同时向CPU的INTR（中断请求）管脚发送一个信号。

但CPU这时可能正在执行一条指令，因此CPU不会立即响应。

而当这CPU正忙着执行某条指令时，还有可能有其余的IRQ线送来中断请求，这些请求都会接受IMR的挑选。

如果没有被屏蔽，那么这些请求也会被放到IRR中，也即IRR中代表它们的IRQ的相应位会被置1。

当CPU执行完一条指令时后，会检查一下INTR管脚是否有信号。

如果发现有信号，就会转到中断服务，此时，CPU会立即向8259A芯片的INTA（中断应答）管脚发送一个信号。

当芯片收到此信号后，判优部件开始工作，它在IRR中，挑选优先级最高的中断，将中断请求送到ISR（中断服务寄存器），也即将ISR中代表此IRQ的位置位，并将IRR中相应位置零，表明此中断正在接受CPU的处理。

同时，将它的编号写入中断向量寄存器IVR的低三位，这时，CPU还会送来第二个INTA信号，当收到此信号后，芯片将IVR中的内容，也就是此中断的中断号送上通向CPU的数据线。

五．设计心得：

通过这次制作，我学会使用protel这种软件，从刚开始时的一点不懂，到现在已经能制作一些简单的设计。

对其中的一些操作能够较为熟悉。

其次，通过设计，加深了我对以前所学知识的理解与掌握，对硬件的连接有了一定的认识与了解。