HL-104微機(jī)原理計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)
一、概述
HL-104微機(jī)原理計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用掛件式設(shè)計(jì)，配置靈活，方便安裝維護(hù)。
二、HL-104微機(jī)原理計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)指標(biāo)
輸入電源：?jiǎn)蜗嗳�，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(duì)濕度85%（25C）
安全保護(hù)：接地保護(hù)，漏電保護(hù)（動(dòng)作電流＜30mA），過載保護(hù)
三、HL-104微機(jī)原理計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本配置
3.1 1個(gè)實(shí)驗(yàn)桌
3.2 2個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部件
四、實(shí)驗(yàn)桌
實(shí)驗(yàn)桌采用臺(tái)體材料為下部是鋁合金材料，上部是鐵質(zhì)密紋噴塑，留有電腦主機(jī)柜，四腳有滑輪，可移動(dòng)可固定，臺(tái)體參考尺寸1200×700×1200，以實(shí)物為準(zhǔn)
五、電源配置
5.1交流電源：?jiǎn)蜗?20V交流電，二三孔輸出插座一個(gè)。
5.2直流穩(wěn)壓電源：±12V／1A和±5V／1A，均有短路保護(hù)、過流保護(hù)和自動(dòng)恢復(fù)功能。
六、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部件
部件一：計(jì)算機(jī)組成原理掛箱
6.1.1HL-104微機(jī)原理計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)特點(diǎn)
一、性能特點(diǎn)
（1）優(yōu)化的硬件設(shè)計(jì)，充分展示計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型，每個(gè)模塊均有數(shù)碼管實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)電路以分立器件為主，同時(shí)配備CPLD，支持部分模塊的重構(gòu)。
（3）開放的軟硬件設(shè)計(jì)，支持用戶新建指令/微指令的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
（4）控制器的有機(jī)結(jié)合，只需撥動(dòng)選擇開關(guān)，就可實(shí)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(dòng)、脫機(jī)、聯(lián)機(jī)。
（6）提供三總線接口和鎖緊插座，支持I/O擴(kuò)展。
（7）提供多種指令系統(tǒng)，支持基本模型機(jī)、指令流水線、RISC模型機(jī)實(shí)驗(yàn)。
（8）強(qiáng)大的指令功能，支持多種尋址方式和中斷、子程序調(diào)用等。
（9）豐富的調(diào)試手段，具有單步、微單步、運(yùn)行、暫停等功能。
（10）提供聯(lián)機(jī)調(diào)試軟件，自帶編譯器、支持匯編語言源程序調(diào)試，圖形化動(dòng)態(tài)顯示計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)儀提供LCD液晶顯示，通過實(shí)驗(yàn)儀或PC機(jī)鍵盤,在線動(dòng)態(tài)修改寄存器、程序/微程序計(jì)數(shù)器、程序/微程序存貯器的內(nèi)容。
（12）系統(tǒng)配十六位擴(kuò)展卡，可做十六位的組成原理實(shí)驗(yàn)。該十六位擴(kuò)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(jī)。
十六位機(jī)特點(diǎn)：
1、AT89S52單片機(jī)，主要用于接收PC機(jī)命令，完成16位程序存儲(chǔ)器讀寫，管理模型機(jī)運(yùn)行、暫停等功能。
2、ISPLSI1032E是邏輯控制芯片，負(fù)責(zé)單片機(jī)和模型機(jī)總線切換。
3、EP1C6是模型機(jī)主控芯片，相應(yīng)管腳已連好，IDC2是EP1C6芯片的下載接口，再配合FPGA實(shí)驗(yàn)板的PC機(jī)調(diào)試軟件，可方便地進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。
4、IDT71V016是64K×16位存儲(chǔ)器，是模型機(jī)的程序存儲(chǔ)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(jī)內(nèi)部寄存器、總線的值，在設(shè)計(jì)時(shí)可將需要觀察的內(nèi)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(jìn)制譯碼。
6、L7～L0是8個(gè)發(fā)光二極管，用于顯示模型機(jī)內(nèi)部狀態(tài)，例如：進(jìn)位標(biāo)志、零標(biāo)志、中斷申請(qǐng)標(biāo)志等。
7、K0（7…0）～K4（7…0）是40個(gè)開關(guān)，用于輸入外部信號(hào)，例如，在做單步實(shí)驗(yàn)時(shí)，這些開關(guān)可用來輸入地址總線值、數(shù)據(jù)總線值、控制信號(hào)等。
8、 FPGA 右方的擴(kuò)展座是38 個(gè)擴(kuò)展的IO 信號(hào)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中需要另外的輸入輸出腳時(shí)可以使用這些擴(kuò)展腳。9、提供FPGA實(shí)驗(yàn)板和PC機(jī)調(diào)試軟件。
（13）系統(tǒng)可保存文件和調(diào)入文件，并提供PC機(jī)下載。
（14）提供30路邏輯分析波形圖（示波器）,可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)時(shí)地觀測(cè)到指令與時(shí)序的關(guān)系，可有效的提高教學(xué)效果。
6.1.32軟件技術(shù)指標(biāo)
1、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成動(dòng)態(tài)調(diào)試運(yùn)行軟件。
2、詳盡的CAI課件,能將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、芯片、查詢等功能集于一體,便于多媒體教學(xué)；
3、極強(qiáng)的程序和微程序調(diào)試功能，有單步、斷點(diǎn)和連續(xù)等運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。
6、 用debug讀寫存貯菜單，對(duì)寄存器進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)置以及讀出目標(biāo)輸出信息。
部件二：微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)掛箱
6.2.1主要功能特點(diǎn)
1、CPU系統(tǒng)模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)，支持2種CPU系統(tǒng)：Intel 486 CPU系統(tǒng)和80386EXCPU系統(tǒng)。標(biāo)配Intel 486 CPU系統(tǒng)。有機(jī)玻璃面板保護(hù)。
2、常用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電路采用集成一體化設(shè)計(jì)，創(chuàng)新擴(kuò)展模塊通過20芯L_DV總線接入主板。
3、設(shè)計(jì)有嵌入式雙通道虛擬示波器。
4、 配套微機(jī)控制技術(shù)輔助教學(xué)聯(lián)機(jī)軟件，與PC通信有USB和以太網(wǎng)絡(luò)兩種方式。
5、匯編語言和C語言支持符號(hào)化遠(yuǎn)程調(diào)試，同時(shí)支持本機(jī)調(diào)試，即PC獨(dú)立調(diào)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(hù)模式下的編程實(shí)驗(yàn)。
6.2.2詳細(xì)硬件組成和結(jié)構(gòu)
1、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用CPU核心板和實(shí)驗(yàn)?zāi)K底板分離設(shè)計(jì)，全部系統(tǒng)總線通過2排50針插座和實(shí)驗(yàn)電路主板隔離設(shè)計(jì)，確保CPU系統(tǒng)安全可靠，同時(shí)CPU系統(tǒng)板上加保護(hù)罩。
2、Intel 486 CPU核心板組成
2.1 CPU基于Intel 486 設(shè)計(jì)。
2.2 系統(tǒng)主控芯片采用CPLD器件EPM7128S設(shè)計(jì)。
2.3 系統(tǒng)監(jiān)控采用256K Flash Memory W29C020設(shè)計(jì)。
2.4 用戶程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用128K SRAM UT621024設(shè)計(jì)。
2.5 兩種與PC系統(tǒng)通信方式：①用CH395設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)USB通信；②用CH395SL設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)通信。
2.6 設(shè)計(jì)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(kuò)展為32位地址總線），數(shù)據(jù)總線支持8/16/32位存儲(chǔ)器與I/O操作。
6.2.3實(shí)驗(yàn)電路主板組成
1、提供±5V，±12V工作電源。每路均有短路保護(hù)自恢復(fù)功能。
2、信號(hào)源：1）2路正負(fù)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(jī)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(guān)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(hào)輸入電路，帶麥克風(fēng)
6）音頻信號(hào)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(jī)及控制驅(qū)動(dòng)電路。
9）三相五線步進(jìn)電機(jī)20BY及驅(qū)動(dòng)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(diǎn)陣顯示及其驅(qū)動(dòng)電路。
4、接口控制電路和通信實(shí)驗(yàn)電路
1）8路8位A/D 0809轉(zhuǎn)換電路。
2）1路8位 D/A0832轉(zhuǎn)換電路。
3）并行I/O接口擴(kuò)展電路8255。
4）8254/8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口電路。
5）8251串行口接口電路。
6）8259十六級(jí)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(zhuǎn)換電路。
5、傳感器
1）光電傳感器：采用ST135，帶柵格盤，可以測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電機(jī)閉環(huán)控制。
2）數(shù)字溫度傳感器：采用18B20實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。
6、配置雙通道虛擬示波器
1）真正的高速雙通道存儲(chǔ)虛擬示波器，可切換為單通道提高采樣率。
2）帶有實(shí)時(shí)X-Y示波器：自動(dòng)同步顯示功能。
3）存儲(chǔ)功能：存儲(chǔ)/栽入/分析歷史波型。
4）輸入模擬電壓信號(hào)幅值由軟件調(diào)整，勿需硬件開關(guān)切換。
5）帶有幅頻/相頻特性專用虛擬示波器�？梢员４娌ㄐ臀募�，圖片文件，方便插入在教學(xué)課件中。
7、擴(kuò)展接口
1）擴(kuò)展全部系統(tǒng)總線和20線L_DV總線插座，用于接入外擴(kuò)模塊，開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。
2）擴(kuò)展IC16插座1只，擴(kuò)展IC40插座1只，用于自己設(shè)計(jì)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(luò)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(hào)化遠(yuǎn)程調(diào)試，同時(shí)支持本機(jī)調(diào)試，即PC獨(dú)立調(diào)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(diào)試；支持寄存器、變量顯示及修改；支持命令行窗口運(yùn)行DEBUG32調(diào)試命令。
6） 匯編語言調(diào)試支持INT21H字符和字符串重定向顯示功能（2,9號(hào)）、支持INT21H的字符和字符串遠(yuǎn)程鍵盤輸入功能（1,10號(hào)），支持D/A虛擬儀器顯示功能。
7）匯編語言支持32位保護(hù)模式編程實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容包括描述符、特權(quán)級(jí)變換、任務(wù)切換，8259A硬件中斷、異常處理、無分頁/分頁存儲(chǔ)管理等。
七、HL-104微機(jī)原理計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
7.1 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)
（1）寄存器讀寫實(shí)驗(yàn)
（2）運(yùn)算器八種運(yùn)算實(shí)驗(yàn)
（3）數(shù)據(jù)輸出/移位實(shí)驗(yàn)
（4）UPC實(shí)驗(yàn)
（5）PC實(shí)驗(yàn)
（6）存貯器讀寫實(shí)驗(yàn)
（7）微程序讀寫實(shí)驗(yàn)
（8）中斷實(shí)驗(yàn)
（9）模型機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)（微程控制器）
實(shí)驗(yàn)1：數(shù)據(jù)傳送/輸入/輸出實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2：數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)（加/減法/或）
實(shí)驗(yàn)3：移位/取反實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4：轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5：調(diào)用實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)6：中斷實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)7：指令流水實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)8：RISC模型機(jī)
(10) 組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)
(11) 設(shè)計(jì)指令/微指令系統(tǒng).
7.2 微機(jī)原理和接口實(shí)驗(yàn)
1）實(shí)模式下基礎(chǔ)硬件實(shí)驗(yàn)
1、I/O地址譯碼程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
2、系統(tǒng)中斷控制器程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
3、系統(tǒng)中斷控制器級(jí)聯(lián)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
4、DMA存儲(chǔ)器---存儲(chǔ)器傳送程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
5、DMA寫操作程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
6、DMA讀操作程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
7、8/16/32位存儲(chǔ)器讀寫程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
8、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
9、定時(shí)/計(jì)數(shù)器音樂程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
10、8251串行通信程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
11、8255并行通信(方式0)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
12、8255并行通信(方式1中斷方式)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
13、8255并行通信(方式1選通方式)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
14、函數(shù)波形發(fā)生器程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
15、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換(顯示十六進(jìn)制)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
16、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換(顯示波形)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
17、4x4鍵盤顯示程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
18、七段數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
19、128x64 LCD液晶顯示程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
20、8x8點(diǎn)陣LED顯示程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
21、搶答器程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
22、步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
23、直流電機(jī)PWM程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
24、繼電器控制實(shí)驗(yàn)
25、交通燈控制器程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
26、電子琴程序設(shè)計(jì)
2）實(shí)模式下的匯編語言軟件實(shí)驗(yàn)
1、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)
2、顯示程序?qū)嶒?yàn)
3、數(shù)據(jù)傳送實(shí)驗(yàn)
4、數(shù)據(jù)碼制轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
5、運(yùn)算程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
6、分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
7、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
8、子程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
9、 排序程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
10、綜合程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
3）保護(hù)模式下的實(shí)驗(yàn)
1、實(shí)模式與保護(hù)模式切換程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
2、分頁存儲(chǔ)管理實(shí)驗(yàn)
3、 描述符及描述符表程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
4、保護(hù)模式下任務(wù)切換CALL實(shí)驗(yàn)
5、保護(hù)模式下任務(wù)切換JMP實(shí)驗(yàn)
6、實(shí)模式保護(hù)模式轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
7、具有分頁機(jī)制的存儲(chǔ)器擴(kuò)展程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
4）通過外部擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)
1、16X16點(diǎn)陣顯示實(shí)驗(yàn)
2、USB 總線通信實(shí)驗(yàn)
3、41線LED音頻電平顯示實(shí)驗(yàn)電路
4、32位SRAM存儲(chǔ)器讀寫實(shí)驗(yàn)。
5、32位I/O讀寫實(shí)驗(yàn)。
