实验指导书书稿.docx
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实验指导书书稿
微机原理与应用
实验指导书
微机原理与应用教研室与实验中心
2010-3-16
目录
前言3
1.1改革实验教学内容3
1.2设计性实验选题4
第一章TPC-USB实验系统介绍6
1.1概述6
1.2TPC-USB实验系统构成及特点6
第二章TPC-USB实验系统硬件环境8
2.1USB模块介绍8
2.2扩展实验台结构及主要电路9
2.2.1扩展实验台结构图9
2.2.2实验台上包括的主要电路：
10
第三章汇编实验部分16
实验一系统认识实验16
实验二I/O地址译码与简单并行接口22
（一）．验证实验22
1.1．I/O地址译码22
1.2．简单并行接口23
（二）提高性实验24
实验三可编程定时器／计数器（8253）25
实验四可编程并行接口
（一）（8255方式0）28
实验五七段数码管29
实验六继电器控制31
实验七竞赛抢答器33
实验八交通灯控制实验36
实验九8250串行通讯实验39
实验十可编程并行接口
（二）（8255方式１）43
实验十一数/模模/数转换器44
实验十二（22）双色点阵发光二极管显示实验48
实验十三（18）步进电机控制实验52
实验十四（19）小直流电机转速控制实验55
实验十五（13）串行通讯57
实验十六音乐发生器接口实验62
实验十七（21）存储器读写实验65
综合实验67
综合实验一．步进电机控制67
综合实验二．交通灯实验：
69
综合实验三．点阵显示自己的名字72
前言
随着计算机技术的飞速发展，目前微型计算机在工业控制、智能仪器仪表、家用电器、卫星、导弹、气象预测、石油勘探、通信等各领域已被广泛应用，具有高素质和创新能力的人才日益需要。
在我国开发具有自主产权的计算机软、硬件产品及大规模地对生产技术进行改造的进程中，十分需要既具备软件编程能力，又了解硬件知识的复合人才。
实验教学在对学生能力培养方面起着理论教学不可替代的作用，是培养学生实验技能、应用能力和科学作风的重要环节。
《微机原理与应用》课程是普通高等学校理工科专业的一门重要的计算机技术基础课程，也是理工科学生学习和掌握计算机硬件基础知识、汇编语言程序设计及常用接口技术的入门课程，是计算机类及大多电类专业学生的必修课程，同时也是一门实用性和动手性都很强的计算机硬件类课程。
本课程的任务是使学生从理论和实践上掌握现代微型计算机的基本组成、工作原理及典型接口技术，建立微机系统的整体概念，使学生具有运用现代微机技术进行软、硬件开发的初步能力。
很好地掌握这门课程的内容并具备一定的实际电路设计和编程能力，会使学生在深刻理解计算机软、硬件关系及以后的计算机应用开发中打下必要的计算机硬件基础。
在以前的教学过程中，由于条件的限制以及对实验课的作用缺乏认识，在实验课内容的组织及具实施等方面都存在一些问题。
尽管“微机原理与应用实验课”是独立设课，但其目的仅仅是为配合理论教学环节，实验内容也主要是验证理论教学的内容。
在当今大力提倡素质教育和创新能培养为目标的教学理念下，必须重新认识实验课作用，改进实验内容和教学要求，使实验课成为素质教育及创新能力培养的重要环节。
为此我们将实验环节分成三个组成部分：
1）必要的功能模块验证实验；2）综合性实验；3）设计性实验。
1.1改革实验教学内容
目前大多数院校的“微机原理与应用实验课”都采用某种类型的实验器进行，而这些实验器提供的实验内容多为模块化组织形式，每个实验功能模块内部的主要连线已事先连接好。
例如用8255构成的交通灯实验，学生只需连接A、B或C口与开关及三色灯的连线，8255的片选线。
而8255与CPU的数据线、地址线和控制线都已事先接好。
故实验的作用只能是局部的、验证性的。
我们从多年的教学过程中认识到，这样的实验方式有其有利的一面，也有其不利的一面。
1．传统实验内容与方法的有利方面
1）初学者可将更多的注意力集中于对接口电路功能的理解，编程方法及接口电路工作中软、硬件的配合；减少因接线错误或接触不良造成的不成功率，增强学生完成实验的信心。
2）实验过程快，可以与理论教学同步进行，增强理论课的教学效果。
3）便于实验的集中指导，减少实验设备的损坏率，提高办学效率。
2.传统实验内容与方法的不利方面
1）学生对内容的理解和掌握具有片面性，无法建立起系统的概念。
2）实验内容的验证性，使学生处于被动接受的地位，无法发挥学生的主动性。
3）实验内容和方法的局限性，使学生无法发挥创造性。
3.对传统实验内容与方法的改进
为了克服传统实验内容与方法的不利因素，我们尝试将整个实验分为三个环节进行。
1）精简部分验证性实验内容，使保留部分起到抛砖引玉的作用。
2）在验证性实验内容的基础上增加设计性内容。
3）最后进行一个综合性大实验题目。
1.2设计性实验选题
1.紧密结合理论教学内容使学生可以下手设计
在具体实施对传统实验内容与方法的改进过程中，重点是做好规划、设计以及对其可行性进行实际制作验证。
首先每个设计性实验的题目必须紧密结合理论教学的内容和进度。
另外设计内容在实现上要具有一定的伸缩性，对于能力弱一些的学生通过努力可以达到和完成基本的设计要求。
而对于能力强的学生又可以让他们感觉到有充分的发挥余地。
设计性实验的目的是为了培养学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力，激发学生潜意识中的创造性。
设计实验内容
1）紧密配合理论课的教学内容和进度，主要设计内容应是已学过或正在学习的内容，不致使学生感到无从下手；
2）设计分基本要求部分和发挥部分。
基本部分要求不可过高，要让大多数学生经努力在较短的时间内都可实现，树立学生的成就感和自信心；
3）设计内容紧密结合理论教学且循序渐进，后面的设计内容紧密结合前面的设计内容。
2.给学生留有充分发挥的余地
为了在设计实验过程中激发同学的创新性，实验中鼓励同学突破所给的设计原理图大胆进行创新设计（采用不同的实现方法，选用不同的器件，提供更高的性能），或者在功能电路设计的基础上进行应用设计，并且在成绩上给以体现。
3．综合性实验的选题
综合性实验的目的是要将学过的主要功能部件有机地组合起来，形成一个具有一定实际意义的整体，使学生掌握微机系统整合的基本方法。
限于水平和经验方面的原因，可能还有诸多不足之处，希望使用教材的广大教师和同学积极提出批评和建议，共同为我们不断提高该教材的质量而努力。
编者
中山大学信息科学技术学院
二零一零年三月
第一章TPC-USB实验系统介绍
1.1概述
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-USB微机接口实验系统正是在这种背景下推出的。
该设备在原TPC-2003A微机接口实验系统上配置了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-USB实验系统构成及特点
该系统由一块USB总线接口模块、一个扩展实验台及软件集成实验环境组成。
USB总线接口模块通过USB总线电缆与PC机相连，模块与实验台之间由一条50芯扁平电缆连接。
其主要特点如下：
1.USB总线接口使用ISP1581USB2.0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（8253）、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、数字测温传感器及接口电路、继电器及驱动电路、喇叭及驱动电路。
8279键盘显示控制电路。
3.在USB接口模块上扩展有DMA控制器8237及存储器，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。
有五个通用集成电路插座，每个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。
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.
7.系统还提供：
字符、图形液晶显示实验模块；红外收发实验模块；无线通信实验模块；
键盘显示实验模块等多种扩展实验模块（自选）。
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-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ISP1581USB2.0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.支持ISP下载，通过模块上的RS-232接口，可以对模块内部的MCU进行在线编程，对软件进行修改或在线升级。
也可以通过RS-232接口下载实验程序到USB模块，进行实验。
3.模块内扩展有DMA控制器8237及存储器，可以完成微机DMA传送和USB的DMA传送实验。
4.该模块提供一个50线扁平电缆，通过该电缆将模块产生的仿ISA总线信号连到实验台上。
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：
①9芯通用RS-232接口，需要时可连到主机的COM1或COM2，对内部的MCU在线编程，对软件升级或修改。
②USB接口，连接到主机，实验时用于信息和数据的通信。
③清零按钮（RESET），用于对模块内部电路的初始化。
④实验方式转换按钮（SW），有些实验需要将实验程序下载到USB模块运行，需要时按一下该按钮以转换实验方式。
（一般情况下，用户不要按此按钮，如果需要，在实验说明中会指出）。
2.在模块的左侧提供二个对外接口：
①50线扁平电缆接口，为实验台提供仿ISA总线信号。
信号安排与实验台上50芯信号插座信号一一对应。
（见表十四50芯总线插座信号）
②外接电源插孔，外接7～9V直流电源。
平时USB模块与实验台相连时，使用实验台提供的电源，当USB模块单独使用或调试时，使用外接电源。
2.1.4USB模块跳线说明
在USB模块内，用一部分跳线选择ISP1581和其它芯片的工作模式，跳线的连接说明如下：
JP1：
MODE1ISP1581ALE/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
（USB模块出厂时选择2－3短接）
JP4：
ISP1581片选信号选择
2－3短接ISP1581片选信号由MCU产生
1－2短接ISP1581片选信号由地址译码产生
（USB模块出厂时选择1－2短接）
JP5：
无须用户设置
JP6：
USB模块电源选择
2－3短接选择外接电源
1－2短接使用实验台电源
（USB模块出厂时选择1－2短接）
JP7：
DMA控制器时钟选择
2－3短接选择振荡器产生时钟
1－2短接选择由MCU产生时钟
（USB模块出厂时选择2－3短接）
JP8：
MCU编程方式选择
2－3短接MCU处于编程方式
1－2短接MCU处于正常工作方式
（USB模块出厂时选择1－2短接）
2.2扩展实验台结构及主要电路
2.2.1扩展实验台结构图
如图：
图2-2扩展实验台结构
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
4D514AEN24+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2-3
图2-3I/O地址译码电路
图2-2扩展实验台结构
4、逻辑电平开关电路
如图2-4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2-4逻辑电平开关电路图2-5发光二极管及驱动电路
5、LED显示电路
如图2-5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
实验台设有两个共阴极数码管及驱动电路，电路图如图2-6。
段码输入端：
a、b、c、d、e、f、g、dp，位码输入端：
S0、S1。
图2-6数码管显示电路
7、单脉冲电路
如图2-7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2-7单脉冲电路图图2-8逻辑笔电路
8、逻辑笔
如图2-8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。
9、继电器及驱动电路
图2-9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2-9继电器及驱动电路图图2-10复位电路
10、复位电路
图2-10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，产生一个高电平的复位信号。
11、步进电机驱动电路
图2-11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。
DJ端为直流电机控制输入端。
图2-11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（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相连的引线除去片选（CS）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5个通用数字集成电路插座，其中“通用插座A”“通用插座B”为20芯，“通用插座D”为40芯活动插座以方便插拔器件。
其余为14芯。
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、串行通信、集成电路测试等）电路就是利用这些插座搭试的。
利用这些插座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。
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：
1.实验类型选择开关JB、JC:
这两个跳线开关在在实验台的左上角，50线总线插座的左下方。
在TPC-USB实验系统中不起作用，用户无须设置（出T均默认接在I/O）。
2.模拟量输入选择开关JP2、JP3：
在实验台ADC0809的左上角，分别用于模/数转换模拟量的输入极性选择，JP2的1、2两点短路时ADC0809的IN2可输入双极性电压（－5V～＋5V），2、3两点短路时输入单极性电压（0～＋5V）。
JP3用于选择IN1的输入极性，选择方法与JP1917相同。
3.＋5V电源插针：
为减轻＋5V电源负载和各主要芯片的安全，在各主要实验电路附近都有相应的电源连接插针（标记为＋5V），当实验需要该部分电路时，用短路子短接插针即可接通＋5V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芯双排插座实验台上有一个20芯双排插座J7，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。
J7各引脚信号安排如下：
191715131197531
D0D1D2D3D4D5D6D7IRQCS
RES+5V+5VIORIOWA0A1CLKGNDGND
2018161412108642
在J7的附近有两个短路插针标有“CS”和“IRQ”。
当“CS”的两点短接后，译码器的280H－287H连接到J7的CS端。
当你扩展板上的实验需要中断信号时将“IRQ”的两端短接，不需要时应将其断开。
2.2.6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“ON”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
第三章汇编实验部分
几点约定:
1、实验电路介绍中凡不加“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，实线为已连好电路。
3、所有实验程序中均加有延时子程序，请老师根据实验PC机情况，适当加、减延时程序的延时时间即可。
实验一系统认识实验
一、实验目的
1．认识实验设备布局、功能及相关参数学习并掌握实验教学系统的基本操作，为以后的实验打下基础实验集成开发环境。
二．实验平台
1.1建立源程序
1．平台将实验程序开发工具（汇编语言、C/C++语言程序开发包），故障诊断程序和外设模块实验演示程序集成在一个环境中，构成一个用户应用程序集成开发环境。
实验程序的编辑、编译、连接、调试、运行和修改的全过程都在这个环境中完成。
如图1-1
图1-1PC-USB集成开发环境
2．用户程序的编辑和编译
TPC-USB集成开发环境软件支持汇编程序（.asm文件）类型的程序开发。
除了一般的编辑功能外，本软件还支持语法高亮显示，语法错误提示等功能，大大提高了程序的可读性。
用户编辑好程序并保存后，即可方便地进行编译。
1.新建一个源程序
在当前运行环境下，选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“新建”，或是在工具栏中单击“新建”快捷按钮，会出现源程序编辑窗口，建议用“另存为”为文件取名保存后，就新建一个“.asm”文件。
2.打开一个源程序
当前运行环境下，选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“打开”，或是在工具栏中单击“打开”，会弹出“打开”文件选择窗口，“打开”窗口如图1-2所示：
图1-2打开一个源程序
3.编辑源程序
本软件提供了基本的编辑功能，并实现了实时的语法高亮。
4.保存源程序
当前运行环境下，选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“保存”，如果是无标题文档，用户需在提示下输入文档的名称及选择保存的路径，单击确定后保存；否则程序自动保存当前文档显示区域中显示的文档。
或者选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“另存为”，并在提示下输入文档的名称及选择保存的路径，单击确定后保存。
1.2编译源程序
1.编译调试窗口
在当前运行环境下，选择菜单栏中的“查看”菜单，单击编译调试窗口选项或是单击工具栏中“输出窗口”按钮则可对输出栏的进行显示。
若当前环境显示编译调试窗口，则单击查看输出窗口选项即可隐藏该窗口，编译调试输出窗口选项即消失；若当前隐藏编译调试窗口，则单击输出窗口选项即可显示该窗口，编译调试窗口将显示。
2.ASM编译
汇编+链接
在当前运行环境下，选择菜单栏中的“项目”菜单，选择汇编+链接选项则程序对当前ASM源文件进行汇编与链接，编译调试窗口中输出汇编与链接的结果，若程序汇编或链接有错，则详细报告错误信息。
双击输出错误，集成开发环境会自动将错误所在行代码高亮显示。
开始+执行
在当前运行环境下，选择菜单栏中的“项目”菜单，选择开始+执行选项则程序对当前ASM源文件执行，程序自动运行。
1.3用户程序的调试和运行
1.ASM程序的调试
寄存器窗口
在当前运行环境下，选择工作区的“寄存器”菜单，寄存器窗口即可显示。
寄存器窗口中显示主要的寄存器名称及其在当前程序中的对应值，若值为红色，即表示当前寄存器的值。
调试时，单步执行，寄存器会随每次单步运行改变其输出值，同样以红色显示。
开始调试
在“选项”菜单中，“编译选项”选择“调试”，然后进行进行程序的编译和链接，编译和链接成功之后，调试工具将会显示，也可以在“项目”中选择“开始/结束调试”。
即可开始进行程序的调试。
编译选项选择如图1-3：
在ASM程序正常链接之后，选择菜单栏中的“开始/结束调试”菜单，选择开始调试选项，则对源程序进行反汇编，进入ASM的调试状态，并在寄存器窗口中显示主要的寄存器的当前值。
图1-3
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