作者：陈琦等
出版社：电子工业出版社
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微机原理与接口技术实验教程试读：
前言
“微机原理与接口技术”是一门理论与实际紧密结合、工程实践性很强的课程。实验是微机接口教学过程中重要的环节，通过实践操作，可以加深对理论知识的理解，从而提高分析问题、解决问题的能力。为了帮助学生加深对理论课程的理解，培养学生的编程能力和实际动手能力，我们编写了本实验教程，作为“微机原理与接口技术”相应课程的配套实验教材，使学生从理论和实践两方面的学习中掌握微机的基本组成、接口电路原理，达到进行软件、硬件设计开发的基本技能。本书分为三大部分。第一部分为实验系统概述，主要介绍实验系统构成、实验系统的硬件环境和软件环境，并通过一个认知实验引导读者熟悉实验系统的操作。第二部分为软件实验，主要介绍汇编语言程序设计，通过实验来学习80x86的指令系统、寻址方式以及程序的设计方法，同时掌握实验系统集成开发软件的使用。第三部分为硬件实验，基于西安唐都科教仪器公司的TD-PITE微机实验平台编写。硬件实验内容分为3类，即基础实验、拓展性实验和综合设计性实验，以适应不同层次读者的需求。其中硬件基础实验要求掌握常用的可编程接口芯片的工作方式、初始化编程，以及实验电路的连接，主要让学生对硬件实验项目有一个感性的认识，了解各接口芯片的使用方法；硬件拓展实验主要是培养学生对接口芯片的实际运用和编程能力，具备独立进行接口电路的设计能力；综合设计性实验需要学生根据功能要求独立完成一个微机应用系统设计，目的是使学生学会综合运用多个接口部件实现复杂系统功能，从而提高学生的综合设计能力和创新能力。
本书由陈琦、古辉、胡海根、雷艳静编写，陈琦担任主编并负责全书大纲的拟定、编写和统稿，古辉负责软件实验的整理和校对，胡海根和雷艳静负责硬件实验的整理和校对。本书的编写得到了西安唐都科教仪器公司的大力支持和帮助，在此表示由衷的感谢。在本书选题、撰稿到出版的全过程中，浙江工业大学教务处给予了大力支持，并将本书作为浙江工业大学重点教材建设项目予以资助，在此也一并表示由衷的感谢！
限于编者的水平，书中难免有错误和不妥之处，敬请读者批评指正。编 者2017年5月第1章 通用微机实验系统集成环境1.1 实验系统1.1.1 实验系统简介
在学习微机原理与接口技术的过程中，既要掌握正确的分析与设计方法，也要通过硬件实验环节来逐步掌握和提高。硬件实验和课程设计对硬件有很高的依赖性，必须有相应的实验平台。目前国内广泛应用的微机实验平台主要有西安唐都的微机教学实验系统、清华大学的TPC实验系统和复旦大学的启东实验系统。尽管这几种实验平台各具特点，但实验原理基本相同。
本书选用了由西安唐都科教仪器公司开发的TD-PITE 32位微机原理与接口技术教学实验系统，该系统为教学实验提供了完善的微机原理的软件实验调试平台和微机接口技术的硬件实验开发平台。主要特点如下：（1）采用开放式结构，模块化设计，支持开放实验。实验台上除了固定电路外还设有扩展实验区，可以自己设计实验电路，在扩展实验区上插上所选芯片并连线即可完成实验。（2）提供了单次脉冲、键盘扫描及数码管显示、开关输入及发光管显示、电子发声器、点阵LED显示、图形LCD显示、步进电机、直流电机及温度控制单元电路，全面支持“微机接口技术”及“微机控制及应用”的各项实验内容。（3）支持Windows 2000、Windows XP和Windows 7操作系统，支持32位和64位操作系统。采用TD-PITE集成开发实验软件，可以方便地对程序进行编辑、编译、链接和调试。（4）集成开发实验软件全面支持80x86汇编语言及C语言程序设计，可实现汇编语言与C语言混编。1.1.2 实验系统构成
TD-PITE32位微机接口实验系统是一套80x86微机原理与接口技术教学实验系统，其实验系统硬件结构如图1-1所示，实验台各个模块的布局如图1-2所示。图1-1 TD-PITE 32位微机接口实验系统硬件结构图图1-2 TD-PITE实验台布局图1.2 实验系统硬件环境1.2.1 80x86微机系统单元
1.系统总线
本书使用的TD-PITE微机实验系统采用组合式结构，即i386EX系统板加实验接口平台的形式。将i386EX系统板安装在实验接口平台上便构成80x86微机原理及接口技术教学实验系统，系统总线以排针和锥孔两种形式引出，做实验时，通过杜邦线或锥孔线与实验单元相连可完成相应的实验。80x86微机系统引出信号线说明见表1-1。表1-1 80x86微机系统信号线说明注：＃号表示该信号低电平有效。
2.系统中的8259单元
由于Intel 386EX芯片内部集成有两片8259A，且总线未开放INTA信号线，所以8259实验是使用i386EX的内部资源。主片8259将中断请求信号IR6和IR7开放，从片8259将中断请求信号IR1开放，以供实验使用。从片8259的INT与主片8259的IR2相连，完成两片8259的级联。关于这部分的内容详见8259中断实验部分。1.2.2 接口实验单元
在本实验系统中，每个接口实验单元的电源与地均已连接好，文中电路图里的“圆圈”表示该信号通过排针引出，在实验中需要通过排线进行必要的连线来完成实验。
1.SRAM实验单元
SRAM实验单元由两片62256组成32Kb×16的存储器访问单元，数据宽度为16位，低字节与高字节的选择由BLE、BHE决定。如果只需要使用一片32Kb×8的存储器时，可以将BLE信号直接与GND相接。SRAM实验单元电路如图1-3所示。图1-3 SRAM实验单元电路
2.8237DMA实验单元
DMA实验单元主要由一片8237和一片74LS573组成，如图1-4所示。图1-4 8237DMA实验单元电路
3.8254定时器/计数器单元
8254共有三个独立的定时器/计数器，其中0号和1号定时器/计数器开放出来可任意使用，2号定时器/计数器用于为8251串行通信单元提供收发时钟，2号定时器/计数器的输入为1.8432MHz时钟信号，输出连接到8251的TxCLK和RxCLK引脚上。定时器/计数器0的GATE信号连接好了上拉电阻，若不对GATE信号进行控制，可以在实验中不连接此信号。具体实验电路图如图1-5所示。图1-5 8254定时器/计数器单元电路
4.8255并行接口单元
并行接口单元由一片8255组成，其复位信号已连接到系统复位上，如图1-6所示。图1-6 8255并行接口实验单元电路
5.8251串行通信单元
如图1-7所示，串行通信控制器选用8251，收发时钟来自于8254单元的定时器/计数器2的输出，控制器的复位信号已与系统连接好。图1-7 8251串行通信实验单元电路
6.模/数转换单元
模/数转换实验单元由ADC0809芯片及电位器电路组成，ADC0809的IN7通道用于温度控制实验，增加一个510Ω的电阻与热敏电阻构成分压电路，如图1-8所示。图1-8 模/数转换实验单元电路
7.数/模转换单元
D/A转换实验单元由DAC0832与LM324构成，采用单缓冲方式连接。通过两级运算放大器组成电流转换为电压的转换电路，其电路如图1-9所示。图1-9 数/模转换实验单元电路
8.键盘扫描及数码管显示单元
如图1-10所示，键盘扫描与数码管显示单元由4个共阴极数码管、4×4键盘扫描阵列及显示驱动电路组成。
9.点阵LED显示单元
点阵单元由4块8×8LED器件组成，74LS574构成锁存电路，2803构成驱动电路，如图1-11所示。ROWx表示某行，COLx表示某列，行为“0”，列为“1”，则对应行、列上的LED点亮。图1-10 键盘扫描及数码管显示实验单元电路图1-11 点阵LED显示单元电路
10.图形液晶LCD模块
液晶MSC-G12864-5W为128×64图形点阵液晶，LCD类型为STN，内置控制器，配置有LED背光。实验平台中的LCD为外接扩展件，在实验平台上留有LCD的扩展接口，做实验时，通过连接电缆将LCD与实验平台中的LCD接口相连，即可进行LCD的实验。平台中的多圈电位器可以调节液晶的对比度。LCD接口电路如图1-12所示。图1-12 LCD接口电路
11.步进电机与直流电机单元
步进电机为四相八拍电机，如图1-13所示。直流电机单元由DC 12V直流电机及霍尔器件组成，如图1-14所示。UNL2803为驱动接口芯片，由该芯片组成驱动电路，输入端N经过一个反相器连接到2803的输入端，其他四路A、B、C、D不经过反相器直接与2803相连。图1-13 步进电机单元电路图1-14 直流电机实验单元与驱动电路
12.电子发声单元与温度控制单元
电子发声单元由放大电路与扬声器组成，如图1-15所示。温度控制单元主要由7805、热敏电阻及大功率电阻组成，如图1-16所示，A和B为热敏电阻的两端。图1-15 电子发声单元电路图1-16 温度控制单元电路
13.单次脉冲单元
该单元提供两组消抖动单次脉冲，分别为KK1-、KK1+、KK2-、KK2+，如图1-17所示。“-”表示按下按键为低电平，“+”表示按下按键为高电平。图1-17 单次脉冲单元电路
14.逻辑开关及LED显示单元
逻辑开关及LED显示单元由16组开关及16个LED组成，16组开关未经过消抖动，16个LED灯显示逻辑电平高低，为正逻辑，输入高电平LED点亮，如图1-18所示。
15.转换单元
转换单元提供了排线和圆锥孔相互转接及扩展的单元。图1-18 逻辑开关及LED显示单元电路
16.扩展单元
扩展单元提供2组40线通用集成电路扩展单元和一个扩展模块总线单元。扩展模块总线插座的信号定义如图1-19所示。图1-19 扩展模块总线EX_BUS单元引脚示意图
其中的N11、N12、N13、N14、N15、N16、N17、N18这8个引脚已连接到对应于它下方40线通用集成电路扩展单元的11、12、13、14、15、16、17、18脚上，可由用户根据需要来定义。其余的引脚于x86系统总线单元各引脚相对应。
17.系统总线单元
系统总线单元各引脚见表1-1。其中CPU选择开关分为51和386两个挡位。开关打到386挡，表明i386EX CPU与设备箱体上的通信串口（或USB口）相连，可与PC通信；开关打到51挡，表明选配的TD-51单片机开发板与设备箱体上的通信串口（或USB口）相连，可与PC通信。
18.386 CPU单元
386 CPU单元右下角有JDBG短路设置：短路设置在DBG时，CPU与PC联机进行调试及运行系统SRAM中的程序；短路设置在RUN时，CPU与PC断开，若已经将设计的实验程序固化到系统的Flash存储器中的话，则系统此时复位后即可直接运行使用者的实验程序。
19.时钟源单元
时钟源单元提供3个时钟供实验用，分别是1.8432MHz、184.32MHz和18.432MHz。1.2.3 程序固化及脱机运行
1.程序固化
TD-PITE实验系统可以将实验程序固化到系统存储器中，以实现脱机运行。将实验程序编译、链接无误后进行加载，加载完成便可以进行程序固化。单击“调试”菜单中的“固化程序”便可以将程序固化到系统存储器中，如图1-20所示。图1-20 “调试”菜单
2.脱机运行
如果系统存储器中已经固化有实验程序，则可以实现脱机运行程序。实验箱右侧有一个短路块JDBG，若将短路块短接在DBG端，可以与PC端Wmd86软件联机进行调试；若将短路块短接在RUN端，可以实现程序的脱机运行。
如果将i386EX系统板嵌入其他应用中，为实现脱机运行程序，可以将信号P3.6/PWRDOWN连接到GND。见附录C中的图C.1，JP2的20引脚就是信号P3.6/PWRDOWN。1.3 实验系统软件开发环境1.3.1 软件系统概述
微机系统联机软件Wmd86是为TD-PITE微机原理及接口技术教学实验系统配套的集成开发调试软件，该软件具有汇编语言和C语言源语言级调试跟踪界面，比起传统的DEBUG调试，操作更简单，视觉效果更直接。如果用户习惯于DEBUG调试，也可以单击输出区的调试标签对源程序进行DEBUG调试。
Wmd86集成开发软件具有如下特点：（1）支持汇编语言和C语言两种编译环境。（2）提供16位寄存器和32位寄存器状态切换。（3）高度可视化的源语言级调试跟踪界面。（4）实时监视寄存器，能够即时对寄存器中的值进行修改。（5）可以选择要监视的全局变量，进行实时监视和即时修改。（6）可以选择是否要实时监视堆栈寄存器。（7）集成了一个专用图形显示的虚拟仪器。1.3.2 软件使用说明
1.软件主界面
集成开发软件的主界面主要分为三部分：程序编辑区、寄存器/变量/堆栈区和信息输出区，软件主界面如图1-21所示。图1-21 Wmd86软件主界面（1）程序编辑区
程序编辑区域位于主界面右上部，用户可在程序编辑区用“新建”命令创建一个新文档，或用“打开”命令打开一个已存在的文档，在文档中用户可编辑程序。在程序编辑区可以同时打开多个文档，单击文档标签可激活任一文档。编译、链接、加载以及调试命令只针对当前活动文档。（2）寄存器/变量/堆栈区
寄存器/变量/堆栈区位于主界面左上部，包括三个部分：寄存器区、变量区和堆栈区。寄存器区和变量区用于实时监视寄存器和变量，也能够修改寄存器和变量的值，堆栈区主要用于实时监视堆栈寄存器。（3）信息输出区
信息输出区位于主界面底部，输出区包含三个部分：编译区、调试区和结果区。编译区显示编译和链接的结果，如果编译时有错误或警告，双击错误或警告信息，错误标识符会指示到相应的有错误或警告的行。调试区主要用于DEBUG调试。结果区主要用于显示程序加载结果、程序运行输出结果和复位结果。结果区中有“加载中，请稍候…”的字样表示Wmd86联机软件正在把可执行文件加载到下位机中，用户此时应等待直到加载完成；“加载成功”表示加载完成且成功；“加载失败”表示加载完成且失败，此时应重新加载。程序中用“INT 10H”输出的结果也显示在此区。软复位或硬件复位成功后，结果区显示“复位成功！”。如果复位不成功则不显示此句。
2.菜单功能（1）“文件”菜单项
文件菜单如图1-22所示。图1-22 “文件”菜单
① 新建（）：用此命令在Wmd86软件中建立一个新文档。
② 打开（）：用此命令在窗口中打开一个现存的文档。您可同时打开多个文档，单击某文档的标签可激活此文档。您可用窗口菜单在多个打开的文档中切换。
③ 关闭（）：用此命令来关闭当前活动文档。Wmd86会建议您在关闭文档之前保存对您的文档所做的改动。如果您没有保存而关闭了一个文档，您将会失去自从您最后一次保存以来所做的所有改动。在关闭一无标题的文档之前，Wmd86会显示另存为对话框，建议您命名和保存文档。
④ 保存（）：用此命令将当前活动文档保存到它的当前的文件名和目录下。当您第一次保存文档时，Wmd86显示“另存为”对话框以便您命名您的文档。
⑤ 另存为（）：用此命令来保存并命名活动文档。Wmd86会显示“另存为”对话框以便您命名您的文档。
⑥ 打印（）：用此命令来打印一个文档。
⑦ 打印预览（）：用此命令按要打印的格式显示活动文档。当您选择此命令时，主窗口就会被一个打印预览窗口所取代。这个窗口可以按它们被打印时的格式显示一页或两页。
⑧ 打印设置（）：用此命令来选择连接的打印机及其设置。
⑨ 最近浏览文件：此列表显示最近打开过的文件，最多显示四个最近打开的文件。
⑩ 退出（）：用此命令来退出Wmd86集成开发软件。软件会提示您保存尚未保存的改动。（2）“编辑”菜单项“编辑”菜单如图1-23所示。
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