TPCZK系列USB实验指导书图文精文档格式.docx
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实验十七数/模转换器（68
实验十八模/数转换器0809（70
实验十九步进电机控制实验（73
实验二十直流电机转速控制实验（75
实验二十一双色点阵发光二极管显示实验（77
实验二十二128X64字符图形液晶显示实验（82
实验二十三集成电路测试（83
实验二十四电子琴（85
概述
微机原理与接口技术和单片机与接口是高等院校理工科类各专业的一门重要的计算机技术基础课程。
随着计算机软硬件的不断升级换代和微机技术的广泛应用,微型计算机教学内容也随之更新,这就对相应的教学实验设备提出了新的要求。
为此我公司总结过去十几年设计生产微机接口和单片机与接口等实验装置的经验,综合各学校讲课及实验老师的意见之后推出《TPC-ZK教学实验系统》新产品。
该仪器适应能力更强,配置更灵活。
该实验系统可以配接不同的核心板,成为不同的实验接口系统。
一、TPC-ZK教学实验系统主要特点:
★根据学校不同的需求,可以配接PCI卡、USB接口、各类单片机等核心板。
构成不同的接口实验系统。
TPC-ZK实验系统可以同时配接微机接口（PCI微机接口或USB微机
接口和其它类型的接口核心板（51单片机、AVR单片机、386微机接口C8051单片机、ARM系统、PSOC现场可编程实验系统等二种核心板。
二种核心板可以通过开关SW2
选择手动选择。
也可以自动优先级选择,即插上实验系统板上的核心时就自动断开
实验系统板下的核心板。
方便老师习惯选择核心板。
★实验台结构采用了综合实验和扩展实验模块相结合的方式,既保证基本实验结构紧凑,实验方便又有扩展实验灵活的特点。
★实验接线采用8芯排线和单根自锁紧导线相结合的方式,插线方便灵活。
★接口实验增加了实用性、趣味性的项目,使用汇编语言和C语言编写实验的程序。
★实验系统基本实验包括:
8255并行接口实验模块;
8254可编程定时器/计数器实验模块（书中部分图片说明标识为8254;
8251串行异步通信实验模块;
8259中断控制器
实验模块;
AD0809模数转换实验模块;
DA0832数模转换实验模块;
RAM6264存储器实
验模块;
8237DAM控制器实验模块等。
★扩展实验模块包括:
8279键盘显示控制器实验模块;
LCD字符图形液晶显示模块;
红外收发实验模块;
无线收发实验模块;
16X16LED点阵显示模块;
红外、压力、温度、
湿度传感器实验模块;
16650串行异步通信、简单I/O扩展实验模块;
FPGA实验模块
等。
（陆续增加中
★核心控制板包括:
51系列单片机模块;
PCI微机接口模块;
USB微机接口模块;
80386微机接口模块;
C8051单片机;
PSOC现场可编程系统等。
（陆续增加中★微机接口集成开发环境,支持WIN2000、WINXP等操作系统。
可以方便的对程序进行编辑、编译、链接和调试,可以查看实验原理图,实验接线,实验程序进实验演示。
可以增加和删除自定义实验项目。
★实验程序可以使用宏汇编和C语言,集成实验开发软件可以自动识别汇编语言还是C语言源程序,可以对汇编程序和C语言程序进行调试。
★实验系统PCI微机接口备有32位数据可扩展模块（可选,可以完成32位数据实验。
★实验台有二个扩展接口,非常方便用户进行扩展块实验和扩展实验开发与设计。
扩展接口采用20芯和26芯排线连接,接插非常方便。
第一章TPC-ZK-USB实验系统介绍
在各种计算机外围接口不断推陈出新的今天,USB接口已经成为个人计算机最重要的接口方式之一,USB接口设备的应用也以惊人的速度发展,几乎新型的PC都100%支持USB技术。
了解和掌握USB的应用及开发是计算机类、电子类、物理类本科生、大专生的新课题。
TPC-ZK-USB微机接口实验系统正是在这种背景下推出的。
该设备在TPC-ZK实验系统上配置了USB接口模块,直接与主机（PC的USB接口连接,形成了一套完整的USB接口的微机接口实验系统。
该系统适应当前高等院校所开设的《微机原理及其应用》和《微机接口技术》这两门课的实验,同时也提供了最新接口USB的实验,使学生在校学习期间不仅有机会接触常规接口,同时有机会接触新型的接口,为学生们今后从事微机开发应用打下基础。
1.2TPC-ZK-USB实验系统构成及特点
该系统由一块USB总线接口模块、TPC-ZK验系统及集成开发环境软件组成。
USB总线接口模块通过USB总线电缆与PC机相连,模块直接插在TPC-ZK实验系统上。
其主要特点如下:
1.USB总线接口使用ISP1581/1583USB
2.0高速接口芯片,完全符合USB2.0规范。
提供了高速USB下的通信能力,即插即用。
2.满足《微机原理与接口技术》课程教学实验要求。
实验台接口集成电路包括:
可编程定时器/计数器（8254、可编程并行接口（8255、数/模转换器（DAC0832、模/数转换器（ADC0809等。
外围电路包括:
逻辑电平开关、LED显示、七段数码管显示、8X8双色发光二极管点阵及驱动电路、直流电机步进电机及驱动电路、电机测速用光藕电路、继电器及驱动电路、喇叭及驱动电路、键盘显示控制电路等。
3.在USB接口模块上扩展有DMA控制器8237,可以完成微机DMA传送以及USB的DMA传送等实验。
4.开放式结构,模块化设计支持开放实验。
实验台上除固定电路外还设有用户扩展实验区。
插座引脚都有对应的“自锁紧”插孔,利用这些插孔可以搭试更多的自己设计的实验,方便的进行课程设计。
5.功能强大的软件集成开发环境,支持Win2000;
WinXP等操作系统（不支持WIN98系统。
可以方便的对程序进行编辑、编译、链接和调试,可以查看实验原理图,实验接线,实验程序并进行实验演示。
可以增加和删除实验项目。
6.实验程序可以使8086汇编和C语言编程实验。
可以对汇编程序和C语言程序进行调试（C语言调试系统需安装了VC软件,因版权不提供该软件.
7.系统还提供:
字符、图形液晶显示实验模块;
无线通信实验模块;
8279键盘显示实验模块等多种扩展实验模块。
8.实验台自备电源,具有电源短路保护确保系统安全。
9.使用USB接口与PC机相连,省却了打开主机箱安装接口卡的麻烦。
第二章TPC-ZK-USB实验系统硬件环境
2.1USB模块介绍
2.1.1USB模块结构
图2-1USB模块结构图
2.1.2USB模块功能
1.实验系统中的USB模块使用PHILIHPS的ISP1581/1583USB
2.0高速接口芯片,符合USB2.0接口规范,提供了高速USB下的通信能力。
2.模块内扩展有DMA控制器8237,可以完成微机DMA传送和USB的DMA传送实验。
4.该模块产生的仿ISA总线信号连到TPC-ZK实验系统上。
2.1.3USB模块的对外接口
1.在该模块的右侧提供四个对外接口:
①USB接口,连接到主机,实验时用于信息和数据的通信。
②清零按钮（RESET,用于对USB接口模块内部电路的初始化。
2.在模块的上下两侧提供三个对外接口:
①50芯接口,为实验台提供仿ISA总线信号。
信号安排与TPC-ZK实验系统上50芯信号插座信号一一对应。
②两个20芯接口,连接到TPC-ZK实验系统上所需电源与信号。
2.1.4USB模块跳线说明
在USB模块内,用一部分跳线选择ISP1581/1583和其它芯片的工作模式,跳线的连接说明
如下:
JP1:
MODE1ISP1581/1583ALE/A0功能选择。
2-3短接低电平选择ALE功能（地址锁存使能
1-2短接高电平选择A0功能（地址数据指示
（USB模块出厂时选择2-3短接
JP2:
M0/DA1选择ISP1581/1583在通用处理器模式下的读写功能。
2-3短接低电平选择Motorola类型的微处理器
1-2短接高电平选择8051类型的微处理器
（USB模块出厂时选择1-2短接
JP3:
BUS/DA0选择ISP1581/1583总线模式
2-3短接低电平选择断开总线模式,AD[7:
0]多路复用
1-2短接高电平选择通用处理器模式,AD[7:
0]8位地址线
JP4:
ISP1581/1583片选信号选择
1-2短接ISP1581/1583片选信号由MCU产生
2-3短接ISP1581/1583片选信号由地址译码产生
JP7:
DMA控制器时钟选择
2-3短接选择振荡器产生时钟（4MHZ时钟
1-2短接选择由MCU产生时钟
2.1.5USB模块的安装
安装步骤如下:
1.关上实验台电源。
2.将USB模块插入TPC-ZK实验系统核心区接口上。
（注意方向。
3.USB电缆的一端接模块的USB口,另一端接主机USB口。
4.打开实验台电源。
5.系统将自行检测到模块的接入,选择用户光盘上的USB驱动程序完成驱动的安装。
安装驱动过程如下:
USB电缆接入主机,连接USB模块并加载电源后,系统将自行检测到模块的接入,第一次安装时,会提示用户发现新硬件并要求安装设备驱动:
图2-2系统发现新硬件
图2-3提示找到新硬件找到新硬件,需为此硬件指定设备驱动程序:
图2-4提示按装驱动
选择驱动所在位置:
（CD-ROM中driver目录下或指定驱动所在位置
图2-5指定驱动所在位置
浏览驱动所在位置并选定驱动安装信息文件TPCA.inf:
图2-6浏览并找到驱动选定TPCA.inf安装信息文件,并打开:
图2-7找到驱动并选定点击下一步,系统将自动为TPC设备安装其驱动:
图2-8安装驱动
驱动安装完毕:
图2-9完成安装
设备安装检测:
右键单键“我的电脑”,选择“属性”,选择硬件选项中的“设备管理器”,即可在通用串行总线控制器中找到已安装的TPCAdapter设备。
至此安装完毕。
图2-10查看安装
2.2TPC-ZK实验系统结构及主要电路
2.2.1TPC-ZK实验系统结构图
如图2-14
图2-14
2.2.2实验台上包括的主要电路:
1、50芯总线信号插座及总线信号插孔
1+5V11E24521A731A141ALE
2D712IOR22A632GND42T/C
3D613IOW23A533A043A16
4D
514AEN24+12V34GND44A17
5D415DACK25A435MEMW45A15
6D316DRQ126GND36MEMR46A14
7D217IRQ27A337CLK47A13
8D118+5V28-12V38RST48A12
9D019A929A239A1949A10
10+5V20A830GND40A1850A11
50芯总线信号插座在实验台左上方,总线插座信号安排如上表。
各总线信号采用“自锁紧”插孔和8芯针方式在标有“总线”的区域引出,有数据线D0-D7、地址线A19-A0、I/O读写
信号IORIOW、存储器读写信号MEMRMEMW、中断请求IRQ、DMA申请DRQ、DMA回答DACK、AEN等。
2、微机接口I/O地址译码电路
实验台上I/O地址选用280H-2BFH64个,分8组输出:
Y0-Y7,其地址分别为280H-287H;
288H-28FH;
290H-297H;
298H-29FH;
2A0H-2A7H;
2A8H-2AFH;
2B0H-2B7H;
2B8H-2BFH,8根输出线在实验台“I/O地址”处分别由自锁紧插孔引出。
见图2-15
图2-15I/O地址译码电路
3、时钟电路
如图2-16所示,输出1MHZ、2MHZ两种信号,供定时器/计数器、A/D转换器、串行接口实验使用。
图2-16时钟电路
4、逻辑电平开关电路
如图2-17所示,实验台右方有8个开关K0-K7,开关拨到“1”位置时开关断开,输出高电平。
拨到“0”位置时开关接通输出低电平。
电路中串接了保护电阻,接口电路不直接同+5V、
GND相连,有效的防止因误操作损坏集成电路现象。
图2-17逻辑电平开关电路图2-18发光二极管及驱动电路
5、LED显示电路
如图2-18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。
6、七段数码管显示电路
实验台设有4个共阴极数码管及驱动电路,电路图如图2-19（图中省去了S2、S3二位
数码管。
段码输入端:
a、b、c、d、e、f、g、dp,位码输入端:
S0、S1、S2、S3。
图2-19数码管显示电路
7、单脉冲电路
如图2-20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。
图2-20单脉冲电路图图2-21逻辑笔电路
8、逻辑笔
如图2-21所示,当输入端Ui接高电平时红灯（H亮,接低电平时绿灯（L亮。
有一脉冲时,黄灯亮一次,计数指示灯加1。
可以测试TTL电平和CMOS电平。
9、继电器及驱动电路
图2-22为直流继电器及相应驱动电路,当其开关量输入端“Ik”输入数字量“1”时,继电器动作,常开触点闭合红色发光二极管点亮。
输入“0”时继电器常开触点断开发光二极灭。
图2-22继电器及驱动电路图图2-23复位电路
10、复位电路
图2-23为复位电路,实验台上有一复位电路,能在上电时,或按下复位开关RESET后,产生一个高电平和低电平两路信号供实验使用。
11、步进电机驱动电路
图2-24为步进电机的驱动电路,实验台上使用的步进电机驱动方式为二相励磁方式,BA、
BB、BC、BD分别为四个线圈的驱动输入端,输入高电平时,相应线圈通电。
图2-24步进电机驱动电路
12、接口集成电路
实验台上有微机原理及接口实验最常用接口电路芯片,包括:
可编程定时器/计数器
（8254、可编程并行接口（8255、数/模转换器（DAC0832、模/数转换器（ADC0809
串行异步通信（8251、RAM存储器（6264、中断控制器（8259等,模块芯片与CPU
相连的引线除去片选（CS信号和每个实验模块特有信号外都已连好,与外围电路连接的关
键引脚在芯片周围用“自锁紧”插座和8芯排线插针引出,供实验使用。
13、逻辑门电路
实验台上设有几个逻辑门电路。
包括“与门”、“或门”、“非门”、“触发器”供实验时选择使用。
2.2.3用户扩展实验区
实验台上设有通用数字集成电路插座,40芯活动插座以方便插拔器件。
插座的每个引脚都用自锁紧插孔引出。
实验指导书中所列出的部分实验（简单并行接口、集成电路测试等。
这些电路也可选购为扩展实验模块电路就是利用活动插座搭试的。
扩展接口包括一个20芯的双排插座和一个26芯的双排插座,大板上基本信号都由该两个扩展接口插座引出,利用扩展接口可以进行其它的扩展模块实验。
利用扩展插座及扩展接口可以进行数字电路实验,也可以设计开发新的接口实验或让学生做课程设计、毕业设计等项目。
两个扩展接口信号安排见2.2.5介绍。
2.2.4实验台跳线开关
为了方便实验,实验台上设有跳线开关,分以下几种:
3.+5V或+12V电源插针:
为减轻+5V电源负载和各主要芯片的安全,及学生在学习中设置故障。
在各主要实验电路附近都有相应的电源连接插针,当实验需要该部分电路时,用短路子短接插针即可接通电源.对用不到的电路可将短路片拔掉确保芯片安全。
2.2.520芯双排插座、26芯双排插座
实验台上有一个20芯双排插座JX1,用于外接附加的键盘显示实验板和其它用户开发的实验板。
JX1各引脚信号安排如下:
2468101214161820
GNDGND1MHzA1A0IOWIOR+5V+5VRESET
135791113151719
CS=2B0HIRQD7D6D5D4D3D2D1D0
26芯双排插座各引脚如下
2468101214161820222426
-12VGNDMEMWDACK1A3A5A7A9A118M1MCS=2B8H+12V
135791113151719212325
+12V+5VMEMRDRQ1A2A4A6A8A1032M2M/RESET-12V
2.2.5直流稳压电源
实验箱自备电源,安装在实验大板的下面,交流电源插座固定在实验箱的后测板上,交流电源开关在实验箱的右侧,交流电源开关自带指示灯,当开关打开时指示灯亮。
在实验板右上角有一个直流电源开关,交流电源打开后再把直流开关拨到“开”的位置,直流+5V+12V–12V就加到实验电路上。
主要技术指标:
输入电压AC175—265V
输出电压/电流+5V/2.5A+12V/0.5A-12V/0.5A
输出功率25W
2.2.6TPC-ZK实验系统开关及跳线说明
JCS1、JCS2:
同时连接12时,选择其核心板方式为手动选择,即拔动核心控制板开关SW2选择是TPC-ZK实验系统大板上面的核心控制板还是大板下面的核心控制板（实验箱内。
同时连接23时,选择其核心板方式为自动优先极判断,即只要TPC-ZK实验系统大板上面核心区插入了核心控制板,就选择该核心板,自动断开大板下面（实验箱内的核心板。
JCS3:
选择逻辑笔测试输入信号是CMOS电平还是TTL电平。
JCS4:
8X8LED点阵工作模式:
12短接时,工作于“非总线”模式。
行信号、红色列信号、绿色列信号经过排线分别独立连接到LED点阵的行、红色列、绿色列上。
23短接时,工作于“总线”模式。
行信号、红色列信号、绿色列信号经过LED总线D7~D0和选择信号分别写入行寄存器、红色列寄存器、绿色列寄存器上。
SW1:
TPC-ZK实验系统直流电源开关,向上打开开关,向下关闭实验系统电源。
SW2:
大板上核心板工作方式为手动选择时,选择是实验系统大板上面的核心板,还是大板下面（实验箱内的核心板。
SW3:
128X64字符图形液晶工作模式是并行模式还串行模式。
详细见128*64字符图形液晶资料说明。
第三章环境安装及使用说明
（HQFC集成开发环境适用于TPC系列教学实验系统
3.1HQFC集成开发环境安装
1、点击光盘\HQFC集成开发环境\HQFC集成开发环境.EXE。
如下图
2、选择软件安装路径后,点击“下一步”。
3、选择自定实验放置路径,如果自定义实验项目,需要修改或调整,请确认PC机操作系
统是否安装保护功能,如果安装请将自定义实验路径设置在未保护区,如果需要保护,在每次修改或添加自定义实验项目时,请打开操作系统的保护后再操作。
点击“下一步”。
4、选择需安装的功能后,点击“下一步”。
5、点击“下一步”。
6、点击“下一步”。
7、点击“安装”,便可安装该软件程序。
8、点击“完成”,该软件全部安装完。
安装完后会在程序组中生成“HQFC集成开发
环境”。
3.2HQFC集成开发环境的使用说明
1、运行程序/“HQFC集成开发环境.EXE”,如下图
2、自动检测接口
软件自动检测所安装有的接口（包括PCI微机接口、USB微机接口、EX386嵌入微机接口,如果检测到硬件显示为绿色,否则为红色。
3、选择接口类型
选择USB接口,进入USB微机接口开发环境。
如下图:
4、硬件检测
查找并选择接口设备
查找并可改变接口类型。
5、实验
1、HQFC演示实验
点击实验/演示实验,HQFC集成开发环境提供了部分参考实验。
演示实验包括实验的说明、原理图、部分源程序、部分运行程序等。
点击窗口左边实验项目的子项,窗口右边显示相应内容,非常方便用户进行演示实验。
2、自定义实验
点击实验/自定义实验,如下图:
a、设置
为了方便用管理和使用用户自定义实验项目,可以设备自定义实验项目保存的路径。
如果用户PC机安装了保护系统,为了时时修改和调整,可以该保存路径设在保护系统未保护的区域。
为了不让其它用户修改和调整用户的自定义的实验项目,可以将保存路径设在保护系统的保护区域。
说明:
自定义实验路径为HQFC集成开发环境下所有接口类型的共用路径,修改过该路径后,软件将不能显示以前所设有自定义实验项目。
b、添加自定义实验项目
点击“自定义实验”下的“添加自定义实验”,弹出添加窗口。
点击右侧的浏览选择编辑好的相应的文件,点击“确定”添加自定义实验项目,添加完成,在左侧HQFC演示实验下方将会出添加好的自定义项目。
方便用户教学使用。
c、编辑自定义实验项目
在窗口左边选中需要编辑的自定义实验项目,点击菜单中的自定义\编辑自定义实验或者单击鼠标右键选择弹出的菜单中的编辑自定义实验项目。
修改和调整实验项目中的文件。
提示:
直接修改自定义实验保存路径中的自定义项目中的文件内容时,请不要改变文件名,软件对文件名有一定的规则,否则软件将不能显示自定义项目中的子项
目。
显示路径为设置的自定义保存路径中的
文件。
删除子项目
更改文件
d、删除自定义实验项目
在窗口左边选中需要删除的自定义实
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