HL-104微機原理計算機組成原理實驗臺

一、概述

HL-104微機原理計算機組成原理實驗臺采用掛件式設計，配置靈活，方便安裝維護。
二、HL-104微機原理計算機組成原理實驗臺技術指標
輸入電源：單相三線，交流220V±10%，50HZ
裝置容量：≦1.5KVA
外型尺寸：參考值1500×650×1300
工作環(huán)境：溫度-10°C ～ +40°C,相對濕度85%（25C）
安全保護：接地保護，漏電保護（動作電流＜30mA），過載保護
三、HL-104微機原理計算機組成原理實驗臺基本配置
3.1 1個實驗桌 
3.2 2個實驗系統(tǒng)部件  
四、實驗桌
實驗桌采用臺體材料為下部是鋁合金材料，上部是鐵質密紋噴塑，留有電腦主機柜，四腳有滑輪，可移動可固定，臺體參考尺寸1200×700×1200，以實物為準
五、電源配置
5.1交流電源：單相220V交流電，二三孔輸出插座一個。
5.2直流穩(wěn)壓電源：±12V／1A和±5V／1A，均有短路保護、過流保護和自動恢復功能。
六、實驗系統(tǒng)部件
  部件一：計算機組成原理掛箱
6.1.1HL-104微機原理計算機組成原理實驗臺特點
一、性能特點
（1）優(yōu)化的硬件設計，充分展示計算機結構模型，每個模塊均有數(shù)碼管實時監(jiān)視，模塊間線條明快，數(shù)據(jù)/指令流向一目了然。
（2）完善的硬件配置實驗電路以分立器件為主，同時配備CPLD，支持部分模塊的重構。
（3）開放的軟硬件設計，支持用戶新建指令/微指令的系統(tǒng)設計。
（4）控制器的有機結合，只需撥動選擇開關，就可實現(xiàn)微程序或組合邏輯控制的切換。
（5）提供多種工作方式，支持手動、脫機、聯(lián)機。
（6）提供三總線接口和鎖緊插座，支持I/O擴展。
（7）提供多種指令系統(tǒng)，支持基本模型機、指令流水線、RISC模型機實驗。
（8）強大的指令功能，支持多種尋址方式和中斷、子程序調用等。
（9）豐富的調試手段，具有單步、微單步、運行、暫停等功能。
（10）提供聯(lián)機調試軟件，自帶編譯器、支持匯編語言源程序調試，圖形化動態(tài)顯示計算機結構模型的數(shù)據(jù)/指令流向,操作歷史記錄狀態(tài)顯示，方便用戶查找歷史記錄。
（11）實驗儀提供LCD液晶顯示，通過實驗儀或PC機鍵盤,在線動態(tài)修改寄存器、程序/微程序計數(shù)器、程序/微程序存貯器的內容。
（12）系統(tǒng)配十六位擴展卡，可做十六位的組成原理實驗。該十六位擴展卡提供示例程序。數(shù)據(jù)和地址均為十六位，是真正的16位機。
十六位機特點：
1、AT89S52單片機，主要用于接收PC機命令，完成16位程序存儲器讀寫，管理模型機運行、暫停等功能。
2、ISPLSI1032E是邏輯控制芯片，負責單片機和模型機總線切換。
3、EP1C6是模型機主控芯片，相應管腳已連好，IDC2是EP1C6芯片的下載接口，再配合FPGA實驗板的PC機調試軟件，可方便地進行各種實驗。
4、IDT71V016是64K×16位存儲器，是模型機的程序存儲器，能保存大容量程序。
5、四位8段數(shù)碼管，用于顯示模型機內部寄存器、總線的值，在設計時可將需要觀察的內部寄存器、總線值送A，再通過OUT指令送到數(shù)碼管顯示。兩只GAL16V8是四位數(shù)碼管16進制譯碼。
6、L7～L0是8個發(fā)光二極管，用于顯示模型機內部狀態(tài)，例如：進位標志、零標志、中斷申請標志等。
7、K0（7…0）～K4（7…0）是40個開關，用于輸入外部信號，例如，在做單步實驗時，這些開關可用來輸入地址總線值、數(shù)據(jù)總線值、控制信號等。
8、 FPGA 右方的擴展座是38 個擴展的IO 信號，當實驗中需要另外的輸入輸出腳時可以使用這些擴展腳。9、提供FPGA實驗板和PC機調試軟件。
（13）系統(tǒng)可保存文件和調入文件，并提供PC機下載。
（14）提供30路邏輯分析波形圖（示波器）,可讓學生在實驗時實時地觀測到指令與時序的關系，可有效的提高教學效果。
6.1.32軟件技術指標
1、實驗系統(tǒng)集成動態(tài)調試運行軟件。
2、詳盡的CAI課件,能將實驗原理、實驗目的、芯片、查詢等功能集于一體,便于多媒體教學；
3、的程序和微程序調試功能，有單步、斷點和連續(xù)等運行方式。
4、有程序和微程序讀寫功能。
5、以彩色流程圖方式全程監(jiān)視程序的運行狀態(tài)和運行結果。
6、 用debug讀寫存貯菜單，對寄存器進行輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)設置以及讀出目標輸出信息。
部件二：微機原理實驗掛箱
6.2.1主要功能特點
1、CPU系統(tǒng)模塊獨立設計，支持2種CPU系統(tǒng)：Intel 486 CPU系統(tǒng)和80386EXCPU系統(tǒng)。標配Intel 486 CPU系統(tǒng)。有機玻璃面板保護。
2、常用基礎實驗電路采用集成一體化設計，創(chuàng)新擴展模塊通過20芯L_DV總線接入主板。
3、設計有嵌入式雙通道虛擬示波器。
4、 配套微機控制技術輔助教學聯(lián)機軟件，與PC通信有USB和以太網(wǎng)絡兩種方式。
5、匯編語言和C語言支持符號化遠程調試，同時支持本機調試，即PC獨立調試方式。 6、匯編語言和C語言均采用工程文件組織管理。
7、支持保護模式下的編程實驗。
6.2.2詳細硬件組成和結構
1、實驗系統(tǒng)采用CPU核心板和實驗模塊底板分離設計，全部系統(tǒng)總線通過2排50針插座和實驗電路主板隔離設計，確保CPU系統(tǒng)安全可靠，同時CPU系統(tǒng)板上加保護罩。
2、Intel 486 CPU核心板組成
2.1 CPU基于Intel 486 設計。
2.2 系統(tǒng)主控芯片采用CPLD器件EPM7128S設計。
2.3 系統(tǒng)監(jiān)控采用256K Flash Memory W29C020設計。
2.4 用戶程序和數(shù)據(jù)存儲器采用128K SRAM UT621024設計。
2.5 兩種與PC系統(tǒng)通信方式：①用CH395設計的標準USB通信；②用CH395SL設計的以太網(wǎng)通信。
2.6 設計有新型串行通信接口16C2550B和RS232收發(fā)器SP232EEN及其DB9接口。
2.7 總線插座提供32位數(shù)據(jù)總線、20位地址總線（可擴展為32位地址總線），數(shù)據(jù)總線支持8/16/32位存儲器與I/O操作。
6.2.3實驗電路主板組成
1、提供±5V，±12V工作電源。每路均有短路保護自恢復功能。
2、信號源：1）2路正負單次脈沖輸出。2）8路固定脈沖輸出：1MHZ、500KHZ、100KHZ、10KHZ、1KHZ、100HZ、10HZ、1HZ。3）1路0-5V模擬量輸出。
3、人機接口
1）4×4鍵盤矩陣。
2）8位LED發(fā)光管模塊。
3）帶指示邏輯電平開關12位。
4）帶譯碼的8只高亮LED七段數(shù)碼顯示器。
5）音頻信號輸入電路，帶麥克風
6）音頻信號輸出電路（帶8Ω喇叭、蜂鳴器）
7）繼電器接口控制電路。
8）直流電機及控制驅動電路。
9）三相五線步進電機20BY及驅動電路UN2003。
10）LCD12864中文液晶（兼容LCD1602字符型）顯示電路。
11）8×8雙色點陣顯示及其驅動電路。
4、接口控制電路和通信實驗電路
1）8路8位A/D 0809轉換電路。
2）1路8位 D/A0832轉換電路。
3）并行I/O接口擴展電路8255。
4）8254/8253定時/計數(shù)器接口電路。
5）8251串行口接口電路。
6）8259十六級中斷控制接口電路。
7）8237A DMA數(shù)據(jù)傳送接口電路。
8）74LS164串并轉換電路。
5、傳感器
1）光電傳感器：采用ST135，帶柵格盤，可以測量電機轉速，實現(xiàn)電機閉環(huán)控制。
2）數(shù)字溫度傳感器：采用18B20實現(xiàn)溫度的測量。
6、配置雙通道虛擬示波器
1）真正的高速雙通道存儲虛擬示波器，可切換為單通道提高采樣率。
2）帶有實時X-Y示波器：自動同步顯示功能。
3）存儲功能：存儲/栽入/分析歷史波型。
4）輸入模擬電壓信號幅值由軟件調整，勿需硬件開關切換。
5）帶有幅頻/相頻特性專用虛擬示波器。可以保存波型文件，圖片文件，方便插入在教學課件中。
7、擴展接口
1）擴展全部系統(tǒng)總線和20線L_DV總線插座，用于接入外擴模塊，開展創(chuàng)新實驗。
2）擴展IC16插座1只，擴展IC40插座1只，用于自己設計譯碼器或輔助邏輯電路等。
8、軟件功能
1）與PC通信可選USB和以太網(wǎng)絡兩種方式。
2） PC端集成開發(fā)環(huán)境軟件基于.NET開發(fā)，支持Windows XP/7/10的32位和64位系統(tǒng)。
3） 匯編語言和C語言支持符號化遠程調試，同時支持本機調試，即PC獨立調試方式。
4） 匯編語言和C語言均采用工程文件組織管理。
5） 匯編語言支持多段調試；支持寄存器、變量顯示及修改；支持命令行窗口運行DEBUG32調試命令。
6） 匯編語言調試支持INT21H字符和字符串重定向顯示功能（2,9號）、支持INT21H的字符和字符串遠程鍵盤輸入功能（1,10號），支持D/A虛擬儀器顯示功能。
7）匯編語言支持32位保護模式編程實驗，內容包括描述符、特權級變換、任務切換，8259A硬件中斷、異常處理、無分頁/分頁存儲管理等。
七、HL-104微機原理計算機組成原理實驗臺實驗項目
7.1 計算機組成原理實驗
（1）寄存器讀寫實驗
（2）運算器八種運算實驗
（3）數(shù)據(jù)輸出/移位實驗
（4）UPC實驗
（5）PC實驗
（6）存貯器讀寫實驗
（7）微程序讀寫實驗
（8）中斷實驗
（9）模型機綜合實驗（微程控制器）
實驗1：數(shù)據(jù)傳送/輸入/輸出實驗
實驗2：數(shù)據(jù)運算實驗（加/減法/或）
實驗3：移位/取反實驗
實驗4：轉移實驗
實驗5：調用實驗
實驗6：中斷實驗
實驗7：指令流水實驗
實驗8：RISC模型機
(10) 組合邏輯控制器實驗
(11) 設計指令/微指令系統(tǒng).
7.2 微機原理和接口實驗
1）實模式下基礎硬件實驗
1、I/O地址譯碼程序設計實驗
2、系統(tǒng)中斷控制器程序設計實驗
3、系統(tǒng)中斷控制器級聯(lián)程序設計實驗
4、DMA存儲器---存儲器傳送程序設計實驗
5、DMA寫操作程序設計實驗
6、DMA讀操作程序設計實驗
7、8/16/32位存儲器讀寫程序設計實驗
8、定時器/計數(shù)器程序設計實驗
9、定時/計數(shù)器音樂程序設計實驗
10、8251串行通信程序設計實驗
11、8255并行通信(方式0)程序設計實驗
12、8255并行通信(方式1中斷方式)程序設計實驗
13、8255并行通信(方式1選通方式)程序設計實驗
14、函數(shù)波形發(fā)生器程序設計實驗
15、ADC0809模數(shù)轉換(顯示十六進制)程序設計實驗
16、ADC0809模數(shù)轉換(顯示波形)程序設計實驗
17、4x4鍵盤顯示程序設計實驗
18、七段數(shù)碼管顯示程序設計實驗
19、128x64 LCD液晶顯示程序設計實驗
20、8x8點陣LED顯示程序設計實驗
21、搶答器程序設計實驗
22、步進電機控制程序設計實驗
23、直流電機PWM程序設計實驗
24、繼電器控制實驗
25、交通燈控制器程序設計實驗
26、電子琴程序設計
2）實模式下的匯編語言軟件實驗
1、實驗系統(tǒng)認識實驗
2、顯示程序實驗
3、數(shù)據(jù)傳送實驗
4、數(shù)據(jù)碼制轉換程序設計實驗
5、運算程序設計實驗
6、分支結構程序設計實驗
7、循環(huán)結構程序設計實驗
8、子程序設計實驗
9、 排序程序設計實驗
10、綜合程序設計實驗
3）保護模式下的實驗
1、實模式與保護模式切換程序設計實驗
2、分頁存儲管理實驗
3、 描述符及描述符表程序設計實驗
4、保護模式下任務切換CALL實驗
5、保護模式下任務切換JMP實驗
6、實模式保護模式轉換實驗
7、具有分頁機制的存儲器擴展程序設計實驗
4）通過外部擴展模塊實現(xiàn)
1、16X16點陣顯示實驗
2、USB 總線通信實驗
3、41線LED音頻電平顯示實驗電路
4、32位SRAM存儲器讀寫實驗。
5、32位I/O讀寫實驗。