計(jì)算機(jī)原理及微機(jī)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

A、計(jì)算機(jī)原理及微機(jī)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)微機(jī)原理與接口技術(shù)部分:
一、硬件概述
該微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用Inte 8086/8088微處理器作為系統(tǒng)核心，全面支持80X86的16位微機(jī)原理與接口技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為16位微處理器在微機(jī)教學(xué)中的運(yùn)用構(gòu)建了一個(gè)全開(kāi)放、可開(kāi)發(fā)、易拓展式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
二、軟件概述
系統(tǒng)配有MKStudio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持32/64位的Win XP~Win10操作系統(tǒng)，支持80X86匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的源程序級(jí)編程與調(diào)試，支持寄存器、內(nèi)存和外設(shè)接口芯片的非編程讀寫(xiě)操作，支持常用的INT 21h功能調(diào)用，支持脫機(jī)模擬調(diào)試。
三、總線(xiàn)特性
系統(tǒng)開(kāi)放了總線(xiàn)寬度的動(dòng)態(tài)選擇機(jī)制，把總線(xiàn)寬度控制“BS8"列入用戶(hù)可定義的范圍，為了簡(jiǎn)化電路連接，系統(tǒng)對(duì)該輸入信號(hào)的缺省定義為“16位"，即當(dāng)用戶(hù)擴(kuò)展16位存儲(chǔ)器或輸入輸出接口時(shí)可忽略對(duì)“BS8"的定義與連接。
四、尋址能力
系統(tǒng)構(gòu)建了全覆蓋的尋址空間，系統(tǒng)內(nèi)存可融入仼意段的0~1FFFh，可尋址范圍為16個(gè)段的0~1FFFh（其中F000為系統(tǒng)BIOS段），當(dāng)IP大于等于2000h時(shí)，系統(tǒng)的尋址目標(biāo)指向外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展空間。系統(tǒng)對(duì)于I/O的擴(kuò)展尋址無(wú)制約，0~FFFFh共64K全空間開(kāi)放。
五、擴(kuò)展能力
系統(tǒng)的內(nèi)存和I/O擴(kuò)展以字節(jié)操作為基準(zhǔn)，把高低字節(jié)允許信號(hào)BHE、BE列入擴(kuò)展定義的范圍，支持字與字節(jié)指令的擴(kuò)展尋址，并把DMA操作期間的字節(jié)定義融入到BHE、BE選通端，使其擴(kuò)展特性與微機(jī)實(shí)際應(yīng)用無(wú)縫結(jié)合。
六、虛擬儀器
系統(tǒng)集成了虛擬示波器、虛擬電壓表功能，可測(cè)量實(shí)驗(yàn)中實(shí)際產(chǎn)生的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)，通過(guò)PC軟件顯示波形和電壓值，支持波形X-Y縮放，并可將波形保存為BMP圖片用于實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
七、連線(xiàn)方式
系統(tǒng)提供了扁平線(xiàn)、排線(xiàn)和單線(xiàn)相結(jié)合的電路連線(xiàn)方式：數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、控制總線(xiàn)及8芯以上的接口采用扁平連接或排線(xiàn)連接；讀寫(xiě)控制、選通端采用單線(xiàn)連接，進(jìn)一步優(yōu)化了電路的搭接方式，提高了電路的連接效率。
八、安全特性
系統(tǒng)引出的擴(kuò)展總線(xiàn)均由隔離器件驅(qū)動(dòng)，“隔離"設(shè)計(jì)保障了16位微處理核的安全，避免了誤操作、誤連線(xiàn)對(duì)CPU造成的損傷；“驅(qū)動(dòng)"設(shè)計(jì)的目的提高了系統(tǒng)擴(kuò)展總線(xiàn)的穩(wěn)定性和可靠性。另外系統(tǒng)內(nèi)置了具有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)的高性能穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源，進(jìn)一步保障了系統(tǒng)的安全性。
九、計(jì)算機(jī)原理及微機(jī)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)
1.系統(tǒng)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)
2.數(shù)制轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)
十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)
3.碼制轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
ASCII碼（數(shù)字符）轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)
十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼
ASCII碼（數(shù)字符）轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)
十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼
十進(jìn)制數(shù)的ASCII碼轉(zhuǎn)換為BCD碼
十進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)
4.運(yùn)算類(lèi)編程實(shí)驗(yàn)
二進(jìn)制雙精度加法運(yùn)算
十進(jìn)制的BCD碼減法運(yùn)算
乘法運(yùn)算
5.分支程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
6.循環(huán)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
計(jì)算S＝1＋2×3＋3×4＋4×5＋…＋N（N＋1）
求某數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)負(fù)數(shù)的個(gè)數(shù)
7.排序程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
氣泡排序法
學(xué)生成績(jī)名次表
8.子程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
求無(wú)符號(hào)字節(jié)序列中的最大值和最小值
求N！
9.查表程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
10.INT 21h輸入輸出程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
顯示A~Z共26個(gè)大寫(xiě)英文字母
INT 21H功能調(diào)用示例程序?qū)嶒?yàn)
在C語(yǔ)言使用INT 21h功能調(diào)用
PC鍵盤(pán)下傳實(shí)驗(yàn)箱七段碼顯示
實(shí)驗(yàn)箱鍵盤(pán)上傳PC屏幕顯示
微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1.存儲(chǔ)器擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)
2.8259中斷控制器實(shí)驗(yàn)
8259單級(jí)中斷控制
8259多級(jí)中斷控制
3.I/O擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)（8位／16位）
4.8255并行口實(shí)驗(yàn)
8255 A/B/C口輸出方波
8255 PA輸入／PB輸出
8255控制交通燈
5.8253定時(shí)／計(jì)數(shù)器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
6.8251串行通信應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
7.鍵盤(pán)掃描及顯示設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
8279鍵盤(pán)與顯示設(shè)計(jì)
8255鍵盤(pán)與顯示設(shè)計(jì)
8.8237可編程DMA控制器實(shí)驗(yàn)
9.A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
10.D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
11.CD 128×64圖形液晶實(shí)驗(yàn)
12.ED 16×16點(diǎn)陣顯示實(shí)驗(yàn)
13.音頻驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
14.繼電器控制實(shí)驗(yàn)
15.步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)
16.直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)
17.DS18B20數(shù)字溫度傳感器實(shí)驗(yàn)
18.V/F電壓頻率轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
19.PWM輸出實(shí)驗(yàn)
20.DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘
21.紅外遙控實(shí)驗(yàn)
22.電子琴實(shí)驗(yàn)
23.32位匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（軟件模擬運(yùn)行）
1.32位數(shù)據(jù)排序?qū)嶒?yàn)
2.32位碼制轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
3.32位存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)實(shí)驗(yàn)
B、計(jì)算機(jī)組成原理部分：
（一）系統(tǒng)概述
該現(xiàn)代計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以廣受贊譽(yù)的經(jīng)典產(chǎn)品CMH+為基礎(chǔ)研制的第三代面向教學(xué)實(shí)踐領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)應(yīng)用類(lèi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)字長(zhǎng)16位，具有16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)、16位地址總線(xiàn)，可尋址64KB內(nèi)存空間，并支持字、字節(jié)操作。
（二）體系結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)可按通用計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)原理計(jì)算機(jī)，把模型機(jī)的構(gòu)造特性與8086/8051相兼容。系統(tǒng)對(duì)于“定長(zhǎng)指令"僅從指令格式分類(lèi)的角度舉例驗(yàn)正，動(dòng)態(tài)的體系結(jié)構(gòu)擺脫了非標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下特定和虛構(gòu)的不規(guī)范語(yǔ)言給原理計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)所帶來(lái)的困擾。
（三）指令構(gòu)造
該的指令格式采用“變長(zhǎng)指令字"結(jié)構(gòu)，不同指令操作碼不全相同，操作碼的位數(shù)不固定，結(jié)構(gòu)靈活，減少指令碼冗余，提高執(zhí)行效率，能充分利用指令碼所有位，最多可以設(shè)計(jì)256條指令。在通用匯編器的支撐下，既可設(shè)計(jì)屬于您自己的個(gè)性化指令系統(tǒng)，亦可設(shè)計(jì)成與16/8位微處理器兼容的標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，為模型計(jì)算機(jī)的通用化設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)可操作平臺(tái)。
（四）微控制器
該運(yùn)用“PA"理念，用存儲(chǔ)器邏輯與組合邏輯相結(jié)合的方法構(gòu)造微控制器，根據(jù)程序需要自動(dòng)變更當(dāng)前控制邏輯，對(duì)于使用頻率高的簡(jiǎn)單指令以及很有用又不復(fù)雜的指令選擇組合邏輯，遇復(fù)雜的、不規(guī)整需擴(kuò)充的指令選擇存儲(chǔ)器邏輯，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。
（五）后續(xù)微址
微程序控制器中隱含后續(xù)微地址（BAF），采用斷定法，由轉(zhuǎn)移控制段BCF（2位）規(guī)定后續(xù)微地址形成方式，支持順序執(zhí)行（uPC+1），進(jìn)位位轉(zhuǎn)移，零標(biāo)志轉(zhuǎn)移，無(wú)條件轉(zhuǎn)移，在取指周期以操作碼形成后續(xù)微地址。
（六）時(shí)序?qū)哟?/span>
該擁有一個(gè)周期、節(jié)拍、脈沖組成的三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)。以取指周期為始設(shè)了四個(gè)狀態(tài)觸發(fā)器，在組合邏輯控制中，該觸發(fā)器為1，控制器進(jìn)入那個(gè)機(jī)器周期的微操作。系統(tǒng)按序定拍，隨機(jī)器周期動(dòng)態(tài)變更節(jié)拍發(fā)生器，在非取指周期產(chǎn)生T1→T3→T4三拍制節(jié)拍發(fā)生器，在取指周期產(chǎn)生T1→T2→T3→T4四拍制發(fā)生器。
（七）軟硬件環(huán)境
實(shí)時(shí)部件顯示：各部件單元都以計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型布局，清晰明了，各部件均有七段數(shù)碼管顯示其十六進(jìn)制內(nèi)容。兩個(gè)數(shù)據(jù)流方向指示燈以直觀(guān)反映當(dāng)前數(shù)據(jù)的來(lái)源與目標(biāo)去向。即使不借助PC機(jī)也可實(shí)時(shí)觀(guān)察數(shù)據(jù)流狀態(tài)，判斷其正確性，提供一目了然的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
開(kāi)放式設(shè)計(jì)：系統(tǒng)支持三種實(shí)驗(yàn)電路構(gòu)造方式，即實(shí)驗(yàn)單元電路的硬布線(xiàn)連接方式、單元電路的控位連接方式和實(shí)驗(yàn)電路“軟連線(xiàn)"方式。對(duì)于實(shí)驗(yàn)單元電路的硬布線(xiàn)連接方式，可采用雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線(xiàn)從零開(kāi)始在擴(kuò)展區(qū)域逐一搭起一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路；對(duì)于各單元電路的控位連接，只需使用雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線(xiàn)在單元電路控位與控制信號(hào)之間對(duì)應(yīng)連接，就可構(gòu)造出實(shí)驗(yàn)所需的部件控制電路；亦可使用可編程邏輯器件在線(xiàn)設(shè)計(jì)下載實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電路的“軟接線(xiàn)"。
邏輯分析：對(duì)于教師而言，不難體會(huì)要講清時(shí)序關(guān)系是不容易的，而學(xué)生理解并利用時(shí)序關(guān)系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術(shù)的迅猛發(fā)展，在實(shí)際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進(jìn)行時(shí)序分析。達(dá)愛(ài)思計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具備邏輯分析功能，老師可通過(guò)電化教學(xué)設(shè)備向?qū)W生現(xiàn)場(chǎng)展示指令與時(shí)序的關(guān)系，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)直觀(guān)地觀(guān)測(cè)到指令與時(shí)序的關(guān)系，有效的提高教學(xué)效果。
（八）靈活的多操作方式
該以高性能MCU為核心組成系統(tǒng)的操作與控制平臺(tái)，自帶鍵盤(pán)、CD顯示，配備強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，擁有前后臺(tái)雙環(huán)境支持，跟蹤運(yùn)行軌跡、受理中斷請(qǐng)求、變更控制模式、捕捉現(xiàn)場(chǎng)信息。
（九）主流處理器的多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)總線(xiàn)、指令總線(xiàn)、微總線(xiàn)。這種三者分離并行的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，遇取指周期可以并行完成操作數(shù)的存取，在當(dāng)前指令結(jié)束后的第一個(gè)微周期可直接進(jìn)入下一條指令的取指操作，通過(guò)微總線(xiàn)形成電路解釋與執(zhí)行的后續(xù)微址，因此指令總線(xiàn)與微總線(xiàn)的主要仼務(wù)是預(yù)取指與后續(xù)微址的預(yù)處理。
（十）FPGA開(kāi)發(fā)支持，提供所有VHD例程
系統(tǒng)可選配Xiinx的XCV200擴(kuò)展板，具有20萬(wàn)門(mén)大規(guī)模FPGA用于CPU模型的設(shè)計(jì)，16位64K的RAM用于存放用戶(hù)程序及數(shù)據(jù)。學(xué)生將設(shè)計(jì)好的CPU模型下載到FPGA，并將需要運(yùn)行的程序下載到RAM，根據(jù)先易后難的實(shí)踐思路逐步完成16位機(jī)、32位機(jī)的設(shè)計(jì)。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
單元實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)
2)通用寄存器實(shí)驗(yàn)
3)準(zhǔn)雙向I/O口實(shí)驗(yàn)
4)地址總線(xiàn)組成實(shí)驗(yàn)
5)十六位數(shù)據(jù)總線(xiàn)實(shí)驗(yàn)
6)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)
7)指令總線(xiàn)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)
8)中斷控制實(shí)驗(yàn)
9)微控制器實(shí)驗(yàn)
10)時(shí)序部件實(shí)驗(yàn)
模型機(jī)及硬布線(xiàn)控制器實(shí)驗(yàn)
1)基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2)分段模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3)帶移位運(yùn)算的模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
4)復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
5)流水模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
6)基于RISC處理器構(gòu)成模型機(jī)實(shí)驗(yàn)
7)基于重疊技術(shù)構(gòu)成的模型機(jī)實(shí)驗(yàn)
8)中斷模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
9)PA綜合模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
通用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)
1)MCS-51單片機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2)8086微處理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
C、實(shí)驗(yàn)桌：鋁木結(jié)構(gòu)，采用特制模具制作的優(yōu)質(zhì)鋁合金做框架，鋁合金表面經(jīng)氧化處理，經(jīng)久耐用，美觀(guān)大方，符合現(xiàn)代審美觀(guān)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，桌子下部配置儲(chǔ)存柜及電腦主機(jī)柜。