微机原理与应用实验指导书
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第一章 TD-PIT+实验系统概述
第一章TD-PIT+实验系统概述
1.1 TD-IT+实验系统简介
实验系统通过PCI总线扩展的形式将32位高速总线连接到实验平台上，在实验平台上实现了面向80x86应用的32位系统总线。在提供的Tddebug集成调试环境下，可以进行80x86系列32位微机实模式和保护模式下汇编程序的编写、运行及调试。结合实验平台上丰富的实验单元，可完成多种接口实验。从而全面支持32位微机原理与接口技术的实验教学内容。系统同时还提供了大量基于Windows 的驱动程序开发实验（VxD和WDM），用户可以参考这些实例快速掌握Windows 下的驱动程序开发方法。
实验系统还提供了3种可选的扩展实验开发平台。
PCI总线应用开发平台：可以进行PCI扩展总线接口的逻辑电路设计，完成PCI 总线扩展应用实验及PCI总线的扩展应用开发。从而实现了集教学实验与应用开发为一体的多种功能。
USB总线应用开发平台：可以学习USB总线设备的应用开发和8051单片机的接口实验与应用开发。
TD-51实验开发平台：结合实验系统中的接口实验单元，可以进行基于增强型51单片机的实验教学及应用开发。
TD-PIT+实验系统主要构成如图1-1所示。
图1-1 TD-PIT+实验系统主要构成
1.2 TD-PIT+实验系统的硬件安装
TD-PIT+的硬件安装主要是完成PCI总线扩展卡在PC机内的安装以及实验平
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台和PCI卡的连接。安装过程如下：
（1）进行总线电缆和PCI总线扩展卡的连接。将40线和50线扁平电缆的一端穿过PCI卡侧板的方孔，插入卡上相应的插座中，如图1-2所示。
图1-2 连接PCI卡端总线电缆
（2）关闭计算机电源，打开计算机机箱。找到一个未用的PCI插槽，将其对应的机箱侧挡板去掉。如图1-3所示。
图1-3 打开机箱准备安装PCI卡
（3）将PCI 总线扩展卡插入PCI插槽中，用螺丝将侧档板上紧。注意要将扁平电缆从机箱背后穿出。如图1-4所示。
图1-4 插入PCI总线扩展卡
（4）连接实验平台的电源，实验平台的电源插座在实验平台的后部。
（5）进行总线电缆和实验平台的连接，将 2 条扁平电缆的另一端从实验平台后部的侧缝穿入，如图1-5所示。
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图1-5 扁平电缆穿入实验平台
（6）将扁平电缆插头插到系统总线单元的两个IDC 插座中。注意让扁平电缆保持一定的松度，不要绷的太紧。如图1-6所示。
图1-6 将扁平电缆插入插座
1.4 TD-PIT+实验系统软件安装
系统为微机原理与接口技术实验提供了一个集成操作软件－Tddebug。它是专门用于编写及调试32 位微机实模式、保护模式汇编程序的集成操作软件，包括编辑、编译、连接、调试、运行等功能。微机原理与接口技术实验均在该集成环境下完成。
实验运行环境：
操作系统：实DOS 操作系统
CPU：80x86 及兼容CPU
内存：16MB 以上
显卡：标准VGA
硬盘：15MB 以上
该集成操作软件要求微机系统具有实DOS 操作系统方可运行，其原因出于以下两点：
(1) 集成操作软件要将微处理器从实地址模式下切换到保护模式，完全操作、调试CPU 的运行。若微机系统已启动在如Windows 之类的保护模式系统下，则无法运行。
(2) 在Windows 下系统对I/O、存储器或中断采取保护，汇编程序无法直接操作硬件。在实地址模式下则不受限制，可以更好的反映硬件操作和指令的运行。(可以安装一个DOS 操作系统或安装Win98，Win98 带实DOS 系统) Tddebug 集成操作软件及实验程序安装如下：
(1) 将光盘中Pit-asm.exe 自解压文件拷贝到硬盘任一根目录下。
(2) 执行该自解压文件。实验软件及参考实验程序就拷贝到x:\Tangdu\Pit-asm 目录下。
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1.5 TD-PIT+实验系统的硬件环境
1.5.1 概述
TD-PIT+实验系统硬件主要由PCI 总线扩展卡和TD-PIT+实验平台构成。PCI 总线扩展卡包括PCI 总线接口电路和系统配置电路以及扩展总线插座。主要实现PCI 总线接口以及将32 位总线的引出。其结构如图1-7 所示。
图1-7 PCI总线扩展卡结构图
TD-PIT+实验平台上的电路结构主要分两部分：系统总线单元电路和实验单元电路。是微机接口实验的主要操作平台。实验平台结构如图1-8 所示。
图1-8 TD-PIT+实验平台结构图
1.5.2 系统总线单元电路
系统总线单元实现了80x86 微机系统主要的系统总线信号，符合80x86总线
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时序标准。满足 80x86 时序标准的接口电路均可以直接连接到该总线上。总线信号说明如表1-1所示。
表1-1 系统总线信号说明
实验系统向PC 机申请了接口实验所需的配置资源。其中包括16MB 的存储地址空间、256字节的I/O 地址空间和一个中断请求线。中断请求线是映射到PC 机内15个中断线中的一个。系统总线单元将地址空间进行了译码，各提供 4 个片选信号，片选信号同偏移地址空间对应关系如表1-2所示。用PC 机分配的I/O 或存储器空间始地址加上这个偏移地址，就是实验系统中端口占用的实际地址。PC 机分配的起始地址由实验系统附带的配置资源检查程序 CHECK.EXE 获得。
表1-2 片选信号对应偏移地址范围
1.5.3 实验平台单元电路
（1）地址译码单元
该单元提供一片开放的译码器74LS138，用于学习地址译码方法，其线路连接如图1-9所示。
图1-9 地址译码单元
（2）基本输入输出单元 该单元包括2组8位的数据输入输出端口，用于学习基本
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I/O端口设计及编程。其中A组线路连接如图1-10所示，B组与A组连接形式相同。
图1-10基本输入输出单元
（3）SRAM单元
该单元提供32位存储器及其连接电路，并针对32位系统总线提供了存储器译码电路，可以任意完成8位、16位及32位不同字节宽度的存储器操作。其线路连接如图1-11所示。
图1-11 SRAM单元
（4）FLASH ROM单元
该单元提供一片开放的FLASH存储器，用于学习FLASH存储器的编程操作方法。其线路连接如图1-12所示。
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图1-12 FLASH ROM单元
（5）8259单元
该单元提供中断控制器8259的连接电路，用于学习中断控制器的操作方法。其线路连接如图1-13所示。
图1-13 8259单元
（6）8237单元该单元提供DMA控制器8237的连接电路，用于学习DMA传送应用编程方法。其线路连接如图1-14所示。
图1-14 8237单元
（7）8255单元
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该单元提供一片开放的并口控制器8255，用于学习并行接口8255的编程方法。其线路连接如图1-15所示。
图1-15 8255单元
（8）16550单元
该单元提供串行控制器16550的连接电路，并提供一个RS-232C接口，用于学习串行通讯编程方法。其线路连接如图1-16所示。
图1-16 16550单元
（9）8254单元
该单元提供一片开放的定时/计数器8254，用于学习定时/计数器的应用编程方法。其线路连接如图1-17所示。
（10）A/D转换单元
该单元提供模/数转换器ADC0809的连接电路，用于学习A/D转换原理及编程操作方法。其线路连接如图1-18所示。
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图1-17 8254单元
图1-18 AD转换单元
（11）D/A转换单元
该单元提供数/模转换器DAC0832的连接电路，用于学习D/A转换原理及编程操作方法。其线路连接如图1-19所示。
图1-19 DA转换单元
（12）电子发声单元
该单元提供一个微型扬声器，控制和驱动电路已经连接好。在控制输入端输入一定频率的波形信号即可发声。其线路连接电路如图1-20所示。
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图1-20 电子发声单元
（13）键盘及数码管显示单元
该单元提供4×4的小键盘阵列及4位七段数码管，电路连接为扫描电路形式。其线路连接如图1-21所示。
图1-21 键盘及数码管显示单元
（14）点阵LED显示单元
该单元提供一个8×8的点阵LED显示模块，点阵LED的行列控制已经连接好。行控制为R1～R8，列控制为L1～L8。其线路连接如图1-22所示。
图1-22 点阵LED显示单元
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（15）LCD接口
该单元提供了连接128×64的图形LCD显示模块的接口电路，用于学习液晶显示模块的使用方法。将扩展的LCD模块引线同单元中JLCD0排针相连，LCD的控制信号和数据信号就由另外两组排针引出。电位器用于调节LCD的输入电压。连接好的线路如图1-23所示。
图1-23 LCD接口
（16）驱动电路和直流电机单元
这两个单元由ULN2803驱动芯片、一台DC12V直流电机及霍尔测速电路构成，N为一组反相驱动信号输入端。其线路连接如图1-24所示。
图1-24 驱动电路和直流电机单元
（17）温度控制单元
该单元由7805芯片产生+5V的稳定电压和一个24欧的电阻构成回路。其线路图连接如图1-25所示。
图1-25 温度控制单元
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（18）开关及LED显示单元
该单元包括十六组拨动开关及LED显示灯，用于输出和指示逻辑电平(正逻辑)。当显示灯亮时表示逻辑高电平，灭时表示逻辑低电平。其电路连接如图1-26所示。
图1-26 开关及LED显示单元
（19）单次脉冲单元
该单元包括两个单脉冲触发器，由74LS00芯片和微动开关等构成两路R-S 触发器。单脉冲输出分上沿和下沿，分别以“+”和“-”表示。其线路如图1-27所示。
图1-27 单次脉冲单元
（20）扩展单元
该单元由若干组排针、单股导线插座和电源引出插座组成，用于将排针形式的电路引脚和单股导线形式的引脚相互转换。从而为各实验单元的相互配合使用提供方便。另外，还提供了一块面包板，用户可以自己在上面搭接电路，通过小圆孔和排针与实验平台上的单元连接，扩展灵活。
1.5.4 系统电源
TD-PIT+实验系统采用西安唐都科教仪器公司生产的SP-15型三路高效开关电源作为系统工作和实验的电源。
（1）主要技术指标为：
输入电压：AC165-265V
输出电压/电流：+5V/2A，±12V/0.2A
输出功率：15W
效率：≥75%
稳压性能：电压调整率≤0.2%
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负载调整率≤0.5%
纹波系数≤0.5%
工作环境温度：-5℃-40℃
（2）系统电源安装于电路板下方机箱内，电源开关在电路板左上角，电源输出在供系统使用的同时还以排针方式引出。
（3）当关闭电源后，不能立即重新开启，关闭到重新开启需要至少30秒钟的间隔。
1.6 微机接口技术实验操作说明
1.6.1．CHECK检查资源程序
在设计接口实验程序时，关系到接口资源使用的问题。当实验系统安装到一台PC机中时，PC机就为实验系统分配了实验系统申请的相应的接口资源。其中包括I/O、存储器和中断线。具体资源内容通过实验软件目录中的CHECK.EXE 程序得出。
例如实验系统安装到某台PC机中，运行CHECK.EXE程序显示画面如图1-28所示。画面中显示了实验系统在该PC机所得到的I/O和存储器空间始地址以及中断号相关信息。
图1-28 系统资源显示
1.6.2 实验程序中资源设置举例
（1）使用I/O资源
;T8255-1.asm
;8255基本输入输出实验
;***************根据CHECK配置信息修改下列符号值**************** IOY0 EQU 9C00H ;片选IOY0对应的端口始地址
;*****************************************************************
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MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址
MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址
MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址
MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址
（2）使用存储器资源
;Mem-32.ASM
;32位存储器扩展实验(32位宽度访问)
.386P
;***************根据CHECK配置信息修改下列符号值**************** MY0_H EQU 0D9H ;片选MY0起始地址的最高位字节
MY0_M EQU 00H ;片选MY0起始地址的次高位字节
MY0_L EQU 0000H ;片选MY0起始地址的低两位字节
;***************************************************************** （3）使用中断资源
;T8259-1.asm
;单一中断应用实验
;***************根据CHECK配置信息修改下列符号值**************** INTR_IVADD EQU 01CCH ;INTR对应的中断矢量地址
INTR_OCW1 EQU 0A1H ;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址
INTR_OCW2 EQU 0A0H ;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址
INTR_IM EQU 0F7H ;INTR对应的中断屏蔽字
PCI_INTCSR EQU 9438H ;PCI卡中断控制寄存器地址
;*****************************************************************
第二章基于TD-PIT+的接口技术实验
第二章基于TD-PIT+的接口技术实验
2.1 80x86简单程序设计实验
2.1.1 实验目的
(1) 掌握基本I/O接口电路的设计方法。
(2) 熟练汇编语言I/O端口操作指令的使用。
2.1.2 实验设备
PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。
2.1.3 实验内容
利用三态缓冲器74LS245、锁存器74LS374设计微机总线和外部设备的数据通道，实现微机对外部输入数据的读取和对输出数据的输出。用开关及LED显示单元的开关和数据灯作为输入和输出显示设备，将读到开关的数据显示在数据灯上。
2.1.4 实验原理
2.1.4.1 输入接口设计
输入接口一般用三态缓冲器实现，外部设备输入数据通过三态缓冲器，通过数据总线传送给微机系统。74LS245是一种8通道双向的三态缓冲器，其管脚结构如图2-21所示。DIR引脚控制缓冲器数据方向，DIR为1表示数据由A[7:0]至B[7:0]，DIR为0表示数据由B[7:0]至A[7:0]。G引脚为缓冲器的片选信号，低电平有效。
图2-21 74LS245双向三态缓冲器管脚图
2.1.4.2 输出接口设计
输出接口一般用锁存器实现，从总线送出的数据可以暂存在锁存器中。74LS374是一种8通道上沿触发锁存器。其管脚结构如图2-22所示。D[7:0]为输入数据线，Q[7:0]为输出数据线。CLK引脚为锁存控制信号，上升沿有效。当上升沿到时，输出数据线锁存输入数据线上的数据。OE引脚为锁存器的片选信号，低电平有效。
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图2-22 74LS374上沿触发锁存器管脚图
2.1.4.3 输入输出接口设计
用74LS245和74LS374可以组成一个输入输出接口电路，既实现数据的输入又实现数据的输出，输入输出可以占用同一个端口。是输入还是输出用总线读写信号来区分。总线读信号IOR和片选信号CS相“或”来控制输入接口74LS245的使能信号G。总线写信号IOW和片选信号CS相“或”来控制输出接口74LS374的锁存信号CLK。实验系统中基本输入输出单元就实现了两组这种的电路，任意A组的电路连接如图2-23所示。
图2-23 用74LS245和74LS374组成的输入输出接口电路
2.1.5 实验说明及步骤
本实验实现的是将开关K[7:0]的数据通过输入数据通道读入CPU的寄存器，然后再通过输出数据通道将该数据输出到数据灯显示，该程序循环运行，直到按动键盘上任意按键再退出程序。实验程序流程如图2-24所示。参考实验接线如图2-25所示。
实验步骤如下。
(1) 确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。
(2) 参考图2-25所示连接实验线路。
(3) 首先运行CHECK程序，查看并记录与片选信号对应的I/O端口始地址。
(4) 参考实验流程图编写程序，注意使用正确的端口地址，然后编译链接。
(5) 运行程序，拨动开关，观看数据灯显示是否正确。
第二章基于TD-PIT+的接口技术实验
图2-24 基本I/O接口设计实验参考程序流程图
图2-25 基本I/O接口设计实验参考接线图
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第二章基于TD-PIT+的接口技术实验
2.11 8155/8255并口控制器应用实验
2.11.1 实验目的
(1) 掌握8255的工作方式及应用编程。
(2) 掌握8255的典型应用电路接法。
2.11.2 实验设备
PC微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。
2.11.3 实验内容
(1) 基本输入输出实验。编写程序，使8255的A口为输出，B口为输入，完成拨动开关到数据灯的数据传输。要求只要开关拨动，数据灯的显示就改变。
(2) 流水灯显示实验。编写程序，使8255的A口和B口均为输出，实现16位数据灯的相对循环显示。
2.11.4 实验原理
并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。CPU 和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位、32位等。8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C 三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0--基本输入/出方式、方式1--选通输入/出方式、方式2--双向选通工作方式。8255的内部结构及引脚如图2-38所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图2-39所示。
图2-38 8255的内部结构及引脚