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微机接口实验指导书
微型计算机技术
实验指导
一、TPC-H通用微机接口实验系统介绍
1概述
2各模块电路在实验台上的位置
3各模块电路介绍
4实验台使用说明
二、接口技术实验
1I/O地址译码
2存储器读写
3简单并行接口
4可编程定时器/计数器
5可编程并行接口
6七段数码管
7交通灯控制
8中断
9DMA传送
10数/模转换器
11模/数转换器
12串行通信
附录实验连线指导
TPC-H通用微机接口实验系统介绍
一、概述
“TPC-H通用微机接口实验系统”是清华同方推出的微机硬件实验教学设备。
仪器硬件包括接口卡、实验台(箱)两部分组成,两者之间通过50线扁平电缆相连。
接口卡插入PC系列微机中扩展插槽中,它的主要功能是将与实验有关的总线信号加以驱动后引到实验台上,同时引出信号有与“中断”和“DMA”实验操作有关的信号以及+5V、+12V、-12V电源。
另外,接口卡上设有一个跳线开关(JP)用于选择中断请求信号:
IRQ2、IRQ3、IRQ4、IRQ7中的一个作为中断请求信号。
实验台上设有I/O地址译码电路、总线插孔、接口实验常用集成电路、外围电路及通用IC插座等部分组成。
外围电路包括逻辑电平开关电路、LED显示电路、时钟电路、单脉冲电路、逻辑笔、复位电路、七段数码管显示电路、基本门电路、继电器及步进电机、小直流电机的驱动电路等。
在该教学实验设备上可以根据课时计划安排微机接口实验,也可以在此基础上根据实验教学大纲中要求重新设计新的实验项目。
图1TPC-H通用微机接口实验系统
二、各模块电路在实验台上的位置
图2实验系统面板
三、各模块电路介绍
1、I/O地址译码电路
如图-3所示,这里选用PC机未用的地址空间:
280H~2BFH共分8条译码输出线:
Y0~Y7,其地址分别是280H~287H;288H~28FH;290H~297H;298H~29FH;2A0H~2A7H;2A8H~2AFH;2B0H~2B7H;2B8H~2BFH,8根译码输出线在实验台“I/O地址”处分别由“自锁紧”插孔引出,供实验选用。
图3I/O地址译码电路
2、总线插孔
采用“自锁紧”插座在标有“总线”区引出数据总线D7~D0;地址总线A9~A0;读、写信号
、
;中断请求信号IRQ;DMA请求信号DRQ1;DMA响应信号、
;及AEN信号,供学生搭试各种接口实验电路使用。
3、时钟电路
如图-4所示,可以输出1MHZ、2MHZ两种信号,供A/D转换器、定时器/计数器、串行接口实验使用。
图4时钟电路
4、逻辑电平开关电路
如图-5所示,实验台右下方设有8个开关K7~K0,开关拨到“1”位置时开关断开,输出高电平,向下打到“0”位置时开关接通输出低电平,电路中串接了保护电阻,使接口电路不直接同+5V、GND相连,可有效地防止因误操作、误编程损坏集成电路现象。
图5逻辑电平开关电路图6LED显示电路
5、LED显示电路
如图-6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。
图7七段数码管显示电路
6、七段数码管显示电路
如图-7所示,实验台上设有两个共阴极七段数码管及驱动电路,段码为同相驱动器,位码为反相驱动器,从段码与位码的驱动器输入端(段码输入端:
a、b、c、d、e、f、g、dp,位码输入端:
s1、s2)输入不同的代码即可显示不同数字或符号。
7、单脉冲电路
如图-8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。
8、逻辑笔
如图-9所示,当输入端Ui接高电平时红灯(D2)亮;接低电平时绿灯亮。
图8单脉冲电路图9逻辑笔
9、继电器及驱动电路
如图-10所示,实验台上设有一个+5V直流继电器及相应的驱动电路,当其开关量输入端输入数字量“1”时,继电器动作:
常开触点闭合、常闭触点断开。
通过相应的实验使学生了解开关量控制的一般原理。
图10继电器及驱动电路图11复位电路
10、复位电路
如图-11所示,能在上电时,或按下复位开关S2后产生一个高电平的复位信号供8255、8251等接口芯片使用。
11、接口集成电路
实验台上有微机原理硬件实验最常用接口电路芯片,包括:
可编程定时器/计数器(8253)、可编程并行接口(8255)、数/模转换器(DAC0832)、模/数转换器(ADC0809),这里芯片与CPU相连的引线除片选信号
外都已连好,与外界连接的关键引脚在芯片周围用“自锁紧”插座引出,供学生实验时使用。
其中数/模转换器附有双极性输出,模/数转换器附有双极性输入插座。
具体电路可见下面实验说明。
12、跳线开关(JP)
实验台上共有5个跳线开关,其中Ja、Jb、Jc在实验台的左上角,50线总线插座的左方。
Ja用来选择用主机电源还是用外加电源的,当用主机电源时,应将JA上+5V、+12V、-12V三个短路片插好。
用户若想使用外加电源,必须首先将JA上的三个短路片全部拔掉,才能将外接电源加入。
JB和JC是用来选择实验类型的,I/O实验时JB、JC上的短路片都应插在标有“I/O”的位置。
做存储器实验时,短路片应插在标有“NEM”的位置。
做“DMA”实验时JB应插在“I/O”位置,JC应插在DMA位置。
实验台出厂时短路片在I/O实验位置。
实验台上另外两个跳线开关为JP2和JP3,在实验台的左下角,分别用于模/数转换器模拟量输入极性选择,将JP2的1、2短路时IN2(J2)可输入双极性电压(-5V~+5V),2、3短路为单极性(0~+5V),JP3用于选择IN1的输入极性,方法与JP2相同。
13、+5V电源插针
为了减少主机+5V电源的负担和各主要芯片的安全,在主要接口芯片的左上角都有相应的电源连接插针(标记为+5V),当实验需要该芯片时,用短路块短接插针即可接通+5V电源。
对用不到的芯片可将短路片拔掉,以确保芯片安全。
14、通用集成电路插座
实验台上设有4个通用数字集成电路插座,其中插座A、C为14P,插座B为16P,插座D可以插入一个24~40脚的集成电路芯片或者2个8~20脚的集成电路芯片。
每个插座引脚附近都有相应的“自锁紧”插座,部分实验(简单并行接口、DMA、串行通信、集成电路测试)电路是利用这些插座搭试的。
要求高的学校可以让学生自己搭试更多的实验,以提高学生动手能力。
利用这些插座可以开发新的实验,也可以进行数字电路实验,及学生毕业设计。
自锁紧插座插入导线时,应稍加力并延顺时针方向旋转一下,才能保证接触良好,拔出时,应先逆时针方向旋转待插头完全松开后,再向上拔出。
15、数字电路实验区
实验台上有一块数字电路实验区,没有三种基本门电路(与、或、非)及D触发器,供学生在接口实验或数字电路实验时直接使用。
16、接线端子
实验台上设有7个接线端子,标号为J1-J7。
J1用于外接喇叭,J2是一个立体声插孔用于外接话筒。
J4为继电器触点,其中1接+5V,2、3为常闭触点,3、4为常开触点。
5接地线。
J5用于接步进电机。
J6用于接小直流电机。
J7是一个20芯通用插座,用于外接用户开发的实验板,本系统中8279键盘显示实验板从此插头引出。
J7各引脚信号安排如图12接线端子所示。
191715131197531
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
IRQ
CS
RES
+5V
+5V
IOR
IOW
A0
A1
CLK
GND
GND
2018161412108642
图12J7引脚信号
17、50线总线插座信号安排
图1350线总线插座信号
18、直流电源开关(K1)和存储器地址选择开关(K2)
实验台上有一直流电源开关(K1),在实验台的左上角。
在主机电源打开后,再打开实验台上开关K1,实验台才会加电。
另外,实验台上还有一个四位拨动开关K2,在实验台8255芯片的右方。
K2是在做存储器实验时选择存储器地址使用的。
四、实验台使用说明
1、实验电路图中凡不加“利用通用插座”说明的均为实验台上已固定电路。
2、实验电路连线在图中均用虚线表示,实线表示实验台内部已连接好。
3、开关K向上为“1”,向下为“0”。
实验一I/O地址译码
一、实验目的
1、进一步熟悉3-8译码器(74LS138)的使用;
2、掌握I/O地址译码电路的工作原理;
3、复习逻辑门与触发器芯片。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
实验电路如图14所示,其中:
74LS74为D触发器,可直接使用实验台上数字电路实验区的D触发器;
74LS138为3-8译码器,用于地址译码。
图14I/O地址译码实验电路
译码输出端Y0~Y7在实验台上“I/O地址”输出端引出,每个输出端包含8个地址,Y0:
280H~287H,Y1:
288H~28FH,……。
当CPU执行I/O指令且地址在280H~2BFH范围内时,译码器选中(即有效工作),此时必有一根译码线上输出负脉冲。
例如:
执行下面两条指令
MOVDX,2A0H
OUTDX,AL(或INAL,DX)
Y4输出一个负脉冲,执行下面两条指令
MOVDX,2A8H
OUTDX,AL(或INAL,DX)
Y5输出一个负脉冲。
利用译码线上输出的负脉冲控制LED显示电路L7闪烁发光(亮、灭、亮、灭、……),时间间隔通过软件延时实现。
四、实验过程
1、实验电路中D触发器CLK端输入脉冲时,上升沿使Q端输出高电平L7发光,CD端加低电平L7灭。
2、程序流程
图15I/O地址译码程序流程
3、实验程序
五、实验分析与思考
1、译码器74LS138有哪几个使能端,如何连接才能使其作为译码器正常工作?
2、分析图14的I/O地址译码实验电路中,8条译码输出线提供的地址范围。
试给出分析过程。
3、查阅手册,写出逻辑门74LS00、74LS30,触发器74LS74的具体功能。
4、I/O端口编址有哪几种方式?
试分别说明其特点。
实验二存储器读写
一、实验目的
1、熟悉6116静态RAM的使用方法;
2、掌握PC机外存储器扩充的方法;
2、了解PC机62芯总线信号,领会总线标准的意义;
3、通过对硬件电路的分析,学习总线的工作时序。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
静态RAM6116在实验台上的连接电路如图16所示。
图16SRAM6116实验电路
试编写程序,要求将字符A~Z循环存入6116扩展RAM中,然后再将6116的内容读出显示在主机屏幕上。
使用DEBUG的F命令,填充6116RAM的D000:
0000~07FF单元为全‘A’字符,再填充D000:
0800~0FFF单元为全‘B’字符。
检查D000:
000~0FFF单元的填充情况,思考原因。
四、实验过程
1、需要通过片选信号的产生方式,确定SRAM6116在PC机系统中的地址范围,CS=A19•A18•A17•A16•A15•A14•A13•A12,起始地址为D000:
0000。
实验台上设有地址选择开关K2和拨动开关,可以选择从D0000H开始的64K空间,也可以选择从E0000H开始的64K空间,开关状态如下:
1234地址
OFFOFFONOFFD000H
OFFOFFOFFONE000H
接收十六进制表示的段址和偏移量可以定义成一个公共的子程序。
2、程序流程
图17存储器读写程序流程
3、存储器读写实验程序
五、实验分析与思考
1、HM6116芯片是高速CMOS的SRAM存储器,其存储容量为多少?
2、当HM6116芯片工作在读、写工作方式时,分别给出其控制线
、
、
的状态。
3、试说明静态RAM内部是如何组成?
4、使用2732、6116及74LS138构成一个存储容量为12KBROM(00000H~02FFFH)、8KBRAM(03000H~04FFFH)的存储系统。
系统地址总线为20位,数据总线为8位。
实验三简单并行接口
一、实验目的
1、认识简单并行接口的工作原理;
2、掌握D触发器(74LS273)和缓冲器(74LS244)的引脚及使用方法;
3、复习逻辑门与触发器芯片。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
1、简单并行输出接口电路如图18所示,其中:
74LS273为八D触发器,可把74LS273直接插在实验台的通用插座上;
74LS32为或门,可直接使用实验台上的“或门”。
按图18连接线路,74LS273的8个D输入端分别连接数据总线D0~D7,8个Q输出端连接LED显示电路L0~L7。
图1874LS273用于并行输出接口图1974LS244用于并行输入接口
试编写程序,要求从键盘输入一个字符或数字,将其ASCⅡ码通过这个简单并行输出接口输出,然后根据8个发光二极管的发光情况验证正确性。
2、简单并行输入接口电路如图19所示,其中:
74LS244为八缓冲器,可把74LS244直接插在实验台的通用插座上;
74LS32为或门,可直接使用实验台上的“或门”。
按图19连接电路,74LS244的8个数据输入端分别连接逻辑电平开关输出K0~K7,8个数据输出端分别连接数据总线D0~D7。
试编写程序,要求用逻辑电平开关K0~K7预置某个字母的ASCⅡ码并输入该ASCⅡ码,将其对应的字母在屏幕上显示出来。
四、实验过程
1、在图18的并行输出接口电路中,输出接口的地址为2A8H,通过并行接口电路输出数据需要3条指令:
MOVAL,数据
MOVDX,2A8H
OUTDX,AL
在图19的并行输入接口电路中,输入接口的地址为2A0H,通过上述并行接口输入数据需要2条指令:
MOVDX,2ADH
INAL,DX
2、程序流程
图20并行输出程序流程图21并行输入程序流程
3、并行输出实验程序
4、并行输入实验程序
五、实验分析与思考
1、说明D触发器74LS273的引脚端CLK和CLR的功能。
2、缓冲器74LS244有2组输入/输出端,分别与引脚端1G和2G有什么关系?
3、查阅手册,写出逻辑门74LS32的具体功能。
4、如果用74LS244实现8086微处理器与8个LED连接,使8个显示管同时亮2秒后再同时灭2秒钟。
要求:
(1)画出电路图;
(2)写出程序段。
实验四可编程定时器/计数器(8253)
一、实验目的
1、理解定时器/计数器8253的工作原理;
2、掌握8253的编程实现;
3、进一步熟悉使用逻辑笔或示波器。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、逻辑笔(或示波器),1只(台)
5、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
1、按图22虚线连接电路,将计数器0设置为方式0,计数器初值为N(N
0FH),用手动逐个输入单脉冲,编程使计数值在屏幕上显示,并同时用逻辑笔(或示波器)观察OUT0电平变化(当输入N+1个脉冲后OUT0变高电平)。
图228253用于计数(计数器0设置为方式0)
2、按图23虚线连接电路,将计数器0、计数器1分别设置为方式3,计数初值设为1000,用逻辑笔(或示波器)观察OUT1输出电平的变化(频率1Hz)。
图238253用于分频(计数器0、1设置为方式3)
四、实验过程
1、可编程定时器/计数器8253的地址分配:
计数器0280H
计数器1281H
计数器2282H
控制寄存器283H
在图23中8253计数器0的引脚CLK0连接时钟信号频率为1MHz。
2、程序流程
图248253用于计数的程序流程图258253用于分频的程序流程
3、8253用于计数的实验程序
4、8253用于分频的实验程序
五、实验分析与思考
1、在图22的计数电路中,引脚端CLK0连接2个与或门和电阻等器件组成的电路。
分析该电路的逻辑功能。
2、通过比较8253用于计数和分频的实验,试分别说明对8253引脚端CLK0的输入信号各有什么要求?
3、如果要求用硬件实现启动计数和分频,应如何修改实验电路和实验程序?
实验五可编程并行接口
一、实验目的
1、理解可编程并行接口8255的基本工作原理;
2、熟悉8255的初始化编程方法;
3、掌握8255方式0的工作原理及使用。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
按照如图26连接实验电路,可编程并行接口8255的C口连接逻辑电平开关的输出K0~K7,A口接LED显示电路的输入L0~L7。
试编写程序,要求从8255的C口输入数据,再从A口输出,然后根据8个发光二极管的发光情况验证正确性。
图268255工作于方式0(C口输入、A口输出)
四、实验过程
1、可编程并行接口8255的地址分配:
A口288H
B口289H
C口28AH
控制寄存器端口28BH
2、程序流程
图278255工作于方式0的程序流程
3、实验程序
五、实验分析与思考
1、在图26的8255工作于方式0电路中,如果B口输入、A口输出,试写出实验程序中8255的初始化控制字。
2、在8255工作于方式0时,如果需要C口用作联络信号线,问引脚PC7和PC6能否同时用作1对“握手线”?
为什么?
3、在思考题2中,要求在PC5引脚上产生一个负脉冲,试编写实现该功能的程序段。
实验六七段数码管
一、实验目的
1、理解LED数码管的显示原理;
2、掌握七段数码管的使用方法;
3、加深对可编程并行接口8255的学习。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
1.静态显示
按图28连接好七段数码管静态显示实验电路,将可编程并行接口8255的A口PA0~PA6分别与七段数码管的段码驱动输入端a~g相连,位码驱动输入端S1、S0分别连接+5V(选中)和地(关闭),数码管的dp端接地(关闭)。
试编写程序,要求从键盘输入一位十进制数字(0~9),在七段数码管上正确显示出来。
图28静态显示图29动态显示
2.动态显示
按图29连接好七段数码管动态显示实验电路,七段数码管段码连接不变,位码驱动输入端S1、S0分别连接可编程并行接口8255的C口PC1、PC0。
试编写程序,要求在两个数码管上正确显示00~99。
四、实验过程
1、实验台上的七段数码管为共阴型接法,段码采用同相驱动方式,输入端加高电平时被选中的数码管亮;位码加反相驱动器,位码输入端为高电平表示该位被选中。
2、七段数码管的字型代码如下表:
显示字形
g
e
f
d
c
b
a
段码
0
0
1
1
1
1
1
1
3fh
1
0
0
0
0
1
1
0
06h
2
1
0
1
1
0
1
1
5bh
3
1
0
0
1
1
1
1
4fh
4
1
1
0
0
1
1
0
66h
5
1
1
0
1
1
0
1
6dh
6
1
1
1
1
1
0
1
7dh
7
0
0
0
0
1
1
1
07h
8
1
1
1
1
1
1
1
7fh
9
1
1
0
1
1
1
1
6fh
3、静态显示程序流程
图30静态显示程序流程图31动态显示程序流程
4、静态显示实验程序
5、动态显示实验程序
五、实验分析与思考
1、如果实验台上的七段数码管改为共阳型接法,试写出七段数码管的字型代码。
2、修改图31动态显示程序流程中的延时时间,观察实验效果,分析产生的原因。
3、在动态显示实验中,要求两个数码管从显示00开始,递增直到99并重新循环,试编写实现该功能的程序段。
实验七交通灯控制
一.实验目的
1、通过并行接口8255实现十字路口交通灯的模拟控制;
2、进一步掌握对并行接口的使用。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
如图36为十字路口交通灯的模拟控制电路,作为南北路口的交通灯,分别与并行接口8255的引脚PC7、PC6、PC5相连,作为东西路口的交通灯,分别与并行接口8255的引脚PC2、PC1、PC0相连。
试编写程序,要求使六个灯L7、L6、L5、L2、L1、L0按交通灯变化规律燃或灭。
红黄绿红黄绿
图32十字路口交通灯的模拟控制电路
四、实验过程
1、十字路口交通灯的变化规律要求:
南北路口的绿灯、东西路口的红灯同时亮30秒左右;
南北路口的黄灯闪烁若干次,同时东西路口的红灯继续亮;
南北路口的红灯、东西路口的绿灯同时亮30秒左右;
南北路口的红灯继续亮、同时东西路口的黄灯亮闪烁若干次;
重复上面的过程。
2、程序流程
图33交通灯的模拟控制程序流程
3、实验程序
五、实验分析与思考
1、简要说明简单的I/O接口芯片与可编程接口芯片的区别。
2、试述8255A内部结构。
3、如果接口芯片8255A与8086微处理或系统连接,试问地址信号
和
如何连接?
为什么?
实验八中断
一、实验目的
1、掌握PC机中断处理系统的基本原理;
2、学会编写中断服务程序。
二、实验仪器与设备
1、TPC-H通用微机接口实验系统,1台
2、PC微机,1台
3、专用导线,若干
4、MASM汇编及调试程序(或TurboC2.0),1套
三、实验原理和内容
1、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
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- 微机 接口 实验 指导书
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