微机原理及接口技术实验指导书.docx
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微机原理及接口技术实验指导书
微机原理及接口技术实验指导书
目录
第一章实验平台的硬件1
第一节硬件结构及其特点1
第二节硬件电路原理与资源配置2
第二章实验平台的软件11
第一节实验程序开发集成环境11
第二节实验程序开发工具12
第三节硬件故障诊断软件12
第四节接口演示实验程序13
第五节硬件系统的安装与使用14
第三章DOS环境下的汇编语言上机过程………………………………………...15
第四章基本接口实验19
第一节并行接口实验（8255芯片实验）19
实验一步进电机控制接口实验19
实验二声-光报警器接口实验23
第二节定时/计数实验（8253芯片实验）26
实验三音乐发生器接口实验27
实验四波特率时钟发生器实验30
第三节串行通信接口实验（8251芯片实验）33
实验五RS-232标准全双工查询方式异步串行通信实验33
实验六RS-485标准半双工中断方式异步串行通信实验36
第四节A/D,D/A转换器接口实验……………………………………………..36
实验七A/D转换器接口实验38
实验八D/A转换器接口实验41
实验九8259应用实验—中断方式控制彩灯闪亮42
第五节DMA接口实验46
实验十8237ADMAC应用实验47
第一章实验平台的硬件
第一节硬件结构及其特点
一、硬件结构
图1.1.1显示了MFID多功能接口实验平台（简称MFID）在PCI多总线微机系统中的位置。
MFID由MFIDPCI驱动板、平台板实验区和可以添加的面包板实验区三大部分构成。
图1.1.1MFID在PCI总线中的位置
二、硬件特点
MFID总的特征有两个，其一，适用于PCI总线；其二，采用模块化开放式结构，整个平台的硬件资源全部向用户开放。
除了可以作为多门微机课程的实验平台外，还是基于微机应用系统的开发平台。
1．MFIDPCI驱动板特点
⏹兼容PCI规范2.1版/2.2版
⏹在LocalBus侧提供了16/32位地址线，32位数据线以及存储器读写、I/O读写等控制信号线
⏹在板CPLD使系统的逻辑更为灵活
⏹在板提供32Kb×8SRAM
⏹提供PCI总线模式下LocalBus侧多路中断源的识别方法
2．MFID平台板特点
⏹实验内容丰富，提供并、串、ADA、定时计数和SRAM五大类接口
⏹先进的短路隔离保护系统，确保实验系统安全可靠和“零等待恢复”
⏹提供PCI和可选的USB两种总线与主机连接
⏹平台板采用整体（排线）与分散（单线）两种接线方式，实验组态灵活
⏹平台板元件采用分区定位，便于查找所需接线孔的位置
⏹开放式模块化设计，允许任意添加实验功能模块，可扩展性好
⏹模块功能独立，可以任意组合各模块进行综合性实验
3．MFID面包板特点
⏹可以任意搭建实验模块,与平台板的资源一起，构成一个硬件设计的操作平台，以便进行开放性实验，尤其适合设计与制作型实验
第二节硬件电路原理与资源配置
一、MFIDPCI总线驱动板
1．MFIDPCI总线驱动板的逻辑结构
MFIDPCI总线驱动板逻辑结构如图1.2.1所示。
图1.2.1PCI9054驱动板逻辑结构框图
可以看出，MFIDPCI总线驱动板主要作为PCI总线与LocalBus之间的桥接器，并且是通过一块南桥芯片PCI9052/9054和一片CPLD（复杂可编程逻辑器件）完成这个功能的。
2．MFIDPCI总线驱动板硬件结构图
MFIDPCI总线驱动板硬件结构如图1.2.2所示。
MFIDPCI总线驱动板插在主机箱内系统PCI总线插槽中。
它将主机的PCI总线信号（包括数据线、地址线和主要的控制线）变换成LocalBus侧总线信号（同样包括数据线、地址线和主要的控制线），并将LocalBus侧地址线和控制线驱动后，用扁平电缆引到主机机箱外面的实验平台板上。
图1.2.2PCI总线驱动板硬件结构
3．MFIDPCI总线驱动板的器件分布
MFIDPCI总线驱动板器件分布如图1.2.3所示。
图1.2.3PCI驱动板器件分布图
4．MFIDPCI总线驱动板设置
MFIDPCI总线驱动板默认设置由表1.2.4所示。
表1.2.4PCI总线驱动板（Ⅲ型）的默认设置
MultiplexedMode
InstallJP51-2
Non-MultiplexedMode（default）
InstallJP52-3
ChipSelectforSRAM
LinkJP2pin1
Orpin3
Orpin5
Orpin7to
Pin2
ForCS0
Pin4
ForCS1
Pin6
ForCS2
Pin8
ForCS3
LINTi1LocalInterrupt
InstallJP3
2-3
-ActiveHigh（default）
1-2
-ActiveLow
LinkJP6pin2
Orpin4to
Pin1
ISA_INT
Pin3
XINT1
LINTi2LocalInterrupt
InstallJP4
2-3
-ActiveHigh（default）
1-2
-ActiveLow
LinkJP6pin6to
Pin5
XINT2
ISANOWS#（default）
InstallJP7
1-2
-Standardsetting
2-3
-Delayedsetting
TEST
InstallJP66
1-2
-Pullhighfortest
LCLK
InstallJP2
OrJP4
OrJP6to
Pin1
32MHz
Pin3
16MHz
Pin5
8MHz
5．MFIDPCI总线驱动板插座LocalBus50P
LocalBus50P是MFIDPCI总线驱动板的LocalBus侧的扩展总线信号插座，共有50个引脚。
它通过50芯扁平电缆连接到了平台板上的50芯插座J1，其信号的排列如图1.2.5所示。
这50根信号线已包括了接口电路所需的全部信号。
二、平台板实验区
（一）平台板
实验平台板置于机箱外，它是用户进行实验和开发的舞台。
在平台板上，利用从主机引出来的系统总线，设计了并行接口、串行接口、定时/计数接口、A/D、D/A接口、扩展存储器接口以及相应的端口地址。
在平台板上，有两种连线方式，一种是排线连接方式，用于演示实验，帮助指导教师快速备课。
一种是单线连接方式，提供了所有接口芯片的引脚资源，由用户任意连接每一根信号线。
1．平台板布局图
用户时钟
（K）
串行通信
（G）
系统时钟
（D）
系统接口区
B
电源模块
（A）
步进电机模块
（P）
模块电源
（L）
华中科技大学
微机原理与接口实验平台
图1.2.6平台板布局图
由图1.2.6可以看出，本系统设计采用模块化的结构，每一个模块都分离出来，实现其最基本的功能，通过各模块中的插孔，用户可以任意的利用小模块搭建自己的实验系统。
并且，用户还可以通过J区中的J5（26芯插座）和I区中的J3（20芯插座）利用排线将实验平台板的资源引出到面包板区，从而可以无限的扩展功能实验。
2．跳线开关说明
跳线开关
所在区
功能
JP1
G
（1-2）远距离通信（2-3）近距离通信
JP2
G
（1-2）RS485方式（2-3）RS232方式
JP3
G
（RXD-TXD）表示自发自收（空）表示双机通信
JP4
G
（跳接）收发时钟连到8253的OUT2作为波特率发生，（空）由用户自己连接收发时钟
JP5
L
（跳接）接通芯片6264电源（空）断开6264芯片电源
JP6
L
（跳接）接通芯片DAC0809电源（空）断开芯片DAC0809电源
JP7
L
（跳接）Q区74LS08芯片、M区74LS245芯片电源
JP8
L
（跳接）P区74LS373芯片、R区74LS04芯片、M区74LS06芯片、N区拨码开关、
T区4044芯片电源
JP9
L
放置跳接子
JP10
O
模拟量通道选择
JP11
E
（1-2）用PC6接Gate2（2-3）用PC3接Gate2
JP12
O
（1-2）用PC4查询EOC（空）EOC申请中断
3．平台板电路原理
1．平台板的电路原理框图如图1.2.7所示。
图1.2.7平台板原理图
从图1.2.7可以看出，平台板提供了4类基本外设接口（并口、串口、定时计数、ADA接口），形成4条接口信息通路。
每个接口通路，从CPU到接口电路，从接口电路再到外设，脉络清晰。
这4条信息道路从50芯扩展总线插座J1出发，通过平台板上的可编程接口芯片8255、8251、8253，再到总线插槽和接口插座，向外开放，供用户连接各种外设功能模块。
用户只需把本系统提供的外设功能模块或用户自己添加的外设功能模块连接到不同接口插座和插槽上，就能构成不同的实验系统。
4条接口信息道路之间，各接口的信息又可进行横向连接，构成复杂的综合性系统。
纵横交错，充分发挥平台板上硬件资源的潜力，体现了模块化，开放式设计的优越性。
2．平台板的资源配置
平台板提供给用户使用的硬件资源配置包括I/0端口地址，中断资源，DMA资源，SRAM,电源,可编程接口芯片，插座、插槽、插孔、开关、指示灯和扬声器以及测试点（观察点）等。
用户利用这些资源可灵活、方便、安全地组建各种实验系统。
①电源及保护系统（A区）
平台系统的电源可由机内和机外供电，由三段电源开关切换，如图1.2.8所示。
5－6内接电源
3－4关闭电源
图1.2.8+5V电源开关
1－2外接电源
为确保主机安全，采用短路自动隔离保护技术。
当平台板发生短路故障时自动隔离平台板与主机的电源联系，并及时报警，不影响主机正常工作。
当短路故障解除，自动恢复主机电源对平台供电。
具有“零等待”恢复功能。
②50芯接线座J1、J2（B区）
J1是50芯系统接线座，它将PCI驱动卡的LocalBus侧信号引入到平台板上，提供平台板上的所有驱动信号和电源。
J2是50芯用户总线插槽，利用它用户可以将自行开发的符合50芯总线标准的实验模块直接插入其中，进行实验，也可供用户开发和调试PC标准插板之用。
用户不必打开主机的机箱，利用平台板上的这些总线插槽，直接将自己开发的功能模块插入插槽，即可进行调试与检测。
J2信号线的排列与J1的信号线排列一致，但是，根据本平台对系统总线的实际需要，只引出其中常用的50根信号线，尚有48根不常用的信号未引出来。
因此，J2是符合标准而不是完全的AT总线。
其信号线的布局如图1.2.9所示，它与J1的唯一区别就是J2的电源是受平台板的电源保护系统保护的。
图1.2.950芯接线座
③I/O端口地址（C区）
本平台系统提供的I/O地址范围是300H～3FFH，目前已使用的I/O地址有：
8255A：
300H～303H
8253A：
304H～307H
8251A：
308H～30BH
DAC0832：
30FH
8237A：
主片0～0FH；从片0C0H～0DEH
8359A：
主片20H,21H；从片0A0H,0A1H
在此区有一个TP1测试点，可以对译码信号进行检测。
本平台为用户提供了两个中断识别源分别为：
IRQ2和IRQ10，当用户需要进行中断实验时，可以任意用单线连接，进行中断申请。
④时钟源（D区、K区）
VCCT
本平台板的时钟分为两种，一种是系统时钟分布在D区，主要提供1.19318MHZ的频率供8253，8251等模块使用。
500KHZ提供8251的工作时钟。
它们都直接与模块相连，用户不能改变连线故称为系统时钟。
K区中提供了1.19318MHZ、2MHZ、1MHZ、0.5MHZ、0.25MHZ的频率源，主要供用户自己连接使用。
D区和K区的时钟源完全可以满足一般的实验要求。
⑤定时/计数器（E区）
a、可编程定时/计数器芯片8253（U10）
以8253A为核心芯片，再加上74LS92分频电路（U67）和8255A构成定时/计数器。
其中74LS92分频电路（U67）作为分频器，将由平台板提供的OSC信号（14.31818MHZ）进行分频，得到1.1931816MHZ的信号作为8253A的输入时钟CLK；8255A（U9）的PC3和PC6分别作8253A的GATE2控制信号。
8253A的定时/计数OUT2信号通过20芯插座J3向外设开放。
在此区中，所有的8253通道资源都以插孔的形式开放给用户。
b、定时/计数插座J3（I区）
J3插座如图1.2.10所示。
J3是将8253和8255两个芯片面向外设的输入/输出信号组合在一起，利用8253的定时/计数功能和8255的并行控制功能，为用户提供设计定时器、计数器、音乐发生器、步进电机等模块的接口，如音乐发生器模块Music接口。
J3有20根信号线，主要包括8253的OUT2和8255的PA0、PA2、PA4、PA6、PB0～7、PC0、PC1、PC4、PC6以及VCC、GND和一根模拟可变电压VCCT（由S区RW1控制）信号线。
因此，J3也是用户进行开放性实验的重要资源。
⑥并行接口（F区）
a、可编程并行接口芯片8255A（U9）
8255A是并行接口电路的核心芯片，面向CPU一侧与50芯扩展总线插座J1相连；面向外设一侧的3个8位并行口，通过插孔方式开放给用户。
图1.2.1126芯并行输入输出接口插座图
b、并行接口插座J5（J区）
J5并行接口插座有26根信号线，其中24根信号线是来自8255的三个端口（A口、B口和C口），输出有锁存功能，输入有缓冲功能。
还包括了+5V电源线和地线，其信号线分布如图1.2.11所示。
J5可作三个独立的8位传送，也可作16位传送，利用J5的扁平插座将8255A的3个8位端口线引出来，为用户提供设计各种并行设备控制模块的并行接口电路。
因此，J5是用户进行开放性实验的重要资源。
⑦串行接口（G区）
a、可编程串行通信接口芯片8251A
J7
以8251（U11）为核心，再加上4个辅助芯片8253A（U10），8255A（U9），MAX232（U12）和MAX491（U13）构成一个具有两种接口标准和全双工通信功能的串行通信接口。
其中8253和8255经逻辑组合构成波特率时钟发生器，8253的输出（OUT）作为8251的发送/接收时钟（TXC/RXC），来控制串行通信的波特率；MAX232作TTL与EIA的逻辑关系及逻辑电平转换；MAX491作RS-232C与RS-485标准的转换。
两种接口标准的信号线分别由两个串行接口插座向外设开放，并采用跳接开关JP2进行切换。
本平台系统的RS-232C接口可加MODEM，进行远距离通信，也可以不加MODEM，进行近距离通信，两者的切换采用跳接开关JP1。
b、RS-232C串行接口插座
J8
DB-9型RS-232C标准串行通信插座，如图1.2.12所示。
它包括9根信号线可以用于全双工和半双工点对点的异步串行通信。
由于本平台系统的串行通信实验均为近距离，不采用MODEM，即零MOEM方式。
因此，J7只使用了3根信号线与通信电缆连接。
它们是TXD、RXD和GND三根信号线。
c、RS-485串行接口插座
4芯RS-485标准串行通信插座J8、J9，如图1.2.13所示。
用于-全双工和半双工多点对多点（32个发送器和32个接收器）异步串行通信。
在零MODEM方式下，通信距离远，可达1公里以上，而且抗干扰能力强，可靠性高。
它包括两对信号线接点，它们分别与两对双绞线通信电缆连接。
当甲乙两机作全双工通信时，须将甲机的一对发送线（Y、Z）接到乙机的一对接收线（A、B）；将甲机的一对接收线（A、B）接到乙机的一对发送线（Y、Z）上。
d、JP1零MODEM方式和MODEM方式切换开关
JP1是近距离零MODEM方式和远距离有MODEM方式的切换开关，如图1.2.14所示。
JP1有两种跳接方式：
3-2零MODEM方式（近距离通信）
图1.2.14近/远距离切换开关
2-1MODEM方式（远距离通信）
e、JP2RS-232标准和RS-485标准切换跳接开关
JP2是两种串行通信接口标准的选择开关，如图1.2.15所示。
JP2有两种跳接方式：
1-2RS-485标准
2-3RS-232标准
图1.2.15RS232/RS485切换开
当采用RS-232C通信接口标准时，应将跳接开关设置为2-3位置。
⑧A/D、D/A数据采集插板ADA（O区、H区）
a、A/D数据采集模块采用8255作为其接口芯片，进行对0809的控制及数据的传送。
JP12跳接如图1.2.16所示。
JP12有两种跳接方式：
1-2查询方式传送数据
2-3中断方式传送数据
图1.2.16查询/中断跳线开关
b、D/A数据转换模块直接挂接在数据总线上，由IO控制线来控制其工作的启停。
（二）外设功能模块
前面已提到，从系统的角度来看，一个微机接口实验，包括微处理器CPU、外设接口和外设功能模块三大部分，其中，外设功能模块是接口连接与控制的对象。
1．什么是外设？
这里所说的外设包括微机的I/0设备（打印机、键盘、显示器、MODEM）和元器件（LED、喇叭、步进电机、直流电机、继电器、ADC、DAC）以及指示灯、开关（DIP、按扭）等。
这些外设加上各自的驱动电路就构成了不同的外设功能模块，它们是微机接口的控制和连接的对象。
2．什么是外设功能模块？
所谓外设功能模块是外设加上相应的驱动电路，构成的具有一定功能的模块。
例如，步进电机这种外设，加上步进电机驱动电路就是一个步进电机功能模块。
3．外设功能模块在微机接口实验的作用
用户将外设功能模块（对象）挂接到平台板的接口插座或插槽上，与平台上的接口芯片相结合，可构建各种各样外设应用系统（尽管这些系统规模不大）
如何充分发挥这些外设功能模块的作用，是扩展不同层次的实验的关键。
因为对同一种外设，从不同的应用角度，进行不同的软件驱动，可产生许多不同的控制效果，实现不同的功能。
例如：
一块步进电机功能模块挂到平台的并行接口插座上，可设计出10个以上不同控制功能的步进电机接口实验，让学生反复练习。
4．实验平台配置的外设功能模块
MFID型实验平台配置了并口类、串口类、定时/计数类和A/D、D/A类4类外设功能模块：
①并口类：
步进电机模块（本机控制与远程控制）
声/光报警器模块
双机并行通信模块
直流电机模块
开关、彩灯控制模块
并行传送中，可采用中断、查询方式
②串口类
RS-232C标准通信模块
RS-485标准通信模块
MFID平台对PC微机通信模块
MFID平台对MFID平台通信模块
MFID平台对单板机通信模块
MFID平台对单片机通信模块
通信中，可实现半双工、全双工传送以及查询、中断方式
③定时/计数类
音乐发生器模块
波特率时钟发生器模块
计数器模块
定时器模块
定时/计数可采用中断、查询方式
④A/D、D/A类
数据采集模块（本机控制与远程控制）
函数波形发生器模块
数据采集可实现单通道、多通道采集以及查询、中断方式。
以上外设功能模块，包含的外设类型，品种齐全，并具有典型性，能满足微机接口基本实验的要求。
更重要的是，本平台系统提供了任意添加和扩展外设功能模块的条件与环境。
在不增加接口硬件电路的情况下，只须在面包板区添加一些外设，利用平台板提供的接口电路和MF2KI开发工具，由软件编程即可扩展出许多接口实验。
因此，本平台能作的接口实验的数目是不受限制的。
三、面包板实验区
面包板实验区包括平台板的接口插座、插槽和一块高质量面包板，供用户自行设计、安装、调试外设应用系统的接口电路。
如果需要，可将面包板上调试成功的电路绘出PCB图，加工成为一种新的外设功能模块，添加到平台系统中来。
因此，面包板实验区作为硬件电路的中间实验区，是新实验开发和新产品开发的强有力的工具，也为课程设计与毕业设计实践中，进行设计型实验和综合型实验提供了条件。
1．面包板实验区的作用
1实验
可作为微机接口技术，微机原理，微机控制等课程的课程设计、毕业设计实践环节中，进行开放式设计型实验的实验区。
2开发
亦可作为研制微机化产品的开发区。
2．面包板实验区的资源配置
①高质量面包板
用于搭建用户自行设计的外设功能模块电路。
②接口信号电缆插座
定时计数信号电缆插座J3（20芯）
并行接口信号电缆插座J5（26芯）
③两端带有插针（细）的导线。
第二章实验平台的软件
多功能微型计算机实验软件MFS（MultiFunctionSoft，简称MF）是与多功能实验平台硬件相配套的平台软件，从1995年至今，已先后推出了Windows98和Windows2k系列的多个版本：
⏹MFforDOS：
MFDOSv1.0～6.0
⏹MFforWindows98：
MF98
⏹MFforWindows2000/xp:
MF2KI（微机接口）/MF2KP（微机原理）
MF软件除作接口实验的MF2KI集成环境之外，还有作微机原理实验的MF2KP集成环境。
MF经过多次教学实践的应用与改进，不断完善，已成为一个成熟的微机接口实验系统的软件。
MF由实验程序的开发环境、开发工具、诊断软件、实验演示程序、实验参考程序及设计型开放式实验等6部份组成，全部刻写在光盘中，下面分别进行介绍。
第一节实验程序开发集成环境
MF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（IDE）。
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IDE中完成。
例如，在Windows2k操作系统下，进行微机接口实验，启动集成开发环境，即运行软件包中的MF2KI.exe文件，用户就可以在显示器上看到一个全屏幕窗口IDE，如图2.1.1所示。
图2.1.1MFID集成开发环境forWindows
第二节实验程序开发工具
实验程序开发工具包括编辑器、编译系统、连接程序和调试程序，如图1.2.1中MF主菜单所示：
1.编辑器采用全屏幕多窗口编辑器，复制，粘贴，裁剪十分方便。
2.编译系统MF软件包含了C/C++语言和汇编语言两个编译系统，用户可按照自己所熟悉的语言，任选一个来编写程序，并在集成环境中进行程序的编译（汇编）、连接、运行与调试。
2.连接程序采用Tlink。
3.调试程序采用Tdebugger全屏幕调试程序，直观全面，使用方便。
第三节硬件故障诊断软件
故障诊断软件MFTest用于快速、准确检测平台系统的硬件故障。
利用MFTest软件，可以进行系统级、模块级和芯片级查错，直至芯片引脚的故障。
MFTest软件可以检测系统硬件有无错误，以及故障在哪里。
MFTest有两种查错方法，一是自动检测，二是人工检测，可选其中任意一种方法进行检测。
一般是先用自动检测方法，检测有/无故
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