实验 1《TPC-EM实验仪》和386EX实验模式软硬件介绍 1.1系统组成概述
《TPC-EM实验仪》是我们在吸收各大专院校教学改革经验，结合计算机技术发展与当前教学新特点而推出的一款新型实验仪。该实验仪采用PCI总线＋32位CPU 386EX模块/51单片机模块的体系结构，支持不同层次各类院校“微型计算机原理及接口”、“单片机原理及应用”、“计算机控制应用”等课程的教学实验。
《TPC-EM实验仪》主要特点如下：
1．采用PCI扩展卡＋386EX/51扩展模块体系结构。用户可根据教学要求灵活选取以下三种不同实验模式进行实验。
? PCI总线实验模式：实验仪使用50芯扁平电缆与PCI插卡连接，可充分利用PC机丰富的软硬件资源开展各种实验。其中，在DOS环境下可使用MASM5.0/MASM6.11开展实验；在Windows98/2K/XP环境下可使用VC++6.0、WIN32汇编语言等开展实验，还可进行Windows设备驱动程序开发实验。该实验模式资源丰富、实验内容与PC操作系统、编程语言紧密融合。
? 386EX实验模式：使用32位嵌入式CPU 386EX模块，实验仪通过串行口和
USB（两种接口任选）与PC机通信。PC端配有自主开发、具有自主知识产权的基于Windows平台的386EX集成开发环境软件。该软件具有32位汇编语言程序编辑、编译、链接、源语句符号调试功能。该实验模式不需打开机箱，连接方便，操作简单，与汇编语言教学紧密结合。
? 51单片机实验模式：使用51单片机仿真器模块。实验仪通过串口与PC机通
信。PC端配有Keil C51集成操作软件，可完成ASM51、C51程序的编辑、编译、链接、下载、源语句符号调试。
实验仪应用总线自动识别技术。对于以上三种实验模式，自动完成相 应总线的切换和接入，用户无需手工做任何跳线操作。
2．实验仪各单元电路大部分连线事先已由PCB板连接好，仅留有必要的信号插孔供学生连接使用，而且接插件全部采用自锁插孔。这样，一是可以减少连线的工作量，提高实验效率，二是保证连线接触可靠。除此之外，系统还专门留有一个自定义接线区，作为学生扩展新的实验电路之用。
3．实验仪支持PC DOS和Windows98/2K/XP操作系统。使用的语言包括MASM5.0/MASM6.11、VC 6.0 、WIN32、C51。PC DOS支持实模式汇编语言编程和I/O接口实验、保护模式支持汇编语言编程实验；Windows支持驱动程序编程实验、VC高级语言和WIN32汇编语言编程实验和I/O接口实验；单片机支持ASM51和C51接口实验。 4．实验仪采用高效三路开关电源作为系统工作和实验的电源。
5．所有实验提供源程序（用80X86汇编语言、VC 6.0、WIN32汇编语言、Keil C51语言书写）。
《TPC-EM实验仪》组成如图1－1所示，由PC主机、PCI扩展卡、实验台、ADD-ON信号电缆、386EX和51扩展模块等组成。PCI扩展卡的作用是将PCI总线信号进行变换并驱动，然后提供给实验台使用，ADD-ON信号电缆用来将PCI扩展卡和实验台连接，386EX和51扩展模块需要时使用。实验台作为实验仪的硬件平台，含有丰富的实验单元电路，通过这些单元电路，可以开展各类软硬件实验和开发。实验台各实验单元的布局安排如图1－
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2所示。
PC机386EX扩展卡51仿真器扩展卡RS232C串行电缆USB电缆实 验 台PCI扩展卡图1－1 实验仪组成add-on信号电缆
图1-2 实验仪电路组成框图
工作基本原理： 1 地址分配：
386EX模板 SRAM 128KB（00000H~1FFFFH）,FLASH 512KB(80000H~FFFFFH)； 外扩SRAM 8KBX4 共32KB(20000H~27FFFH)
2 非DMA操作期间，DMA控制器的AEN信号＝0，386EX/51模块作为主设备控制实验
仪上的所有I/O单元电路。当8237工作时，AEN=1，驱动电路变为三态，此时DMA控制器作为主设备，完成存储器－存储器访问以及I/O<->存储器的访问。
3 当PCI插卡与PC机连接时，插卡产生的控制信号使驱动电路为三态，隔离386EX/51模块，由PC机作为主设备控制实验仪各单元电路。
1.2 实验台结构
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串口128X64LCD液晶屏串口电源保护模块386EX插座16550串行通信USB20芯插座扩展插座PCI卡插座8237外扩32KB 6264RAM8259中断控制8254ADC0809模数转换PS2插座LED显示灯地址译码时钟电路拨动开关继电器步进电机8X8LED点阵8255并口七段数码管DAC0832数模转换温度单麦克风传感脉TPC-EM器冲直流电机电位器逻辑笔与门逻辑D触发器扬声器4X4键盘
图1-3 实验台各单元电路布局图
1. 2 .1 I/O端口地址译码电路
译码电路用来确定有效的I/O端口地址范围。本实验系统在I/O地址译码区提供了8个信号插孔，每个信号插孔各产生16个I/O端口地址信号，分别是0～0FH、10H～1FH、20H～2FH、30H～3FH、40H～4FH、50H～5FH、60H～6FH、70H～7FH。通常，这些I/O端口地址信号用来作为各实验单元片选之用。地址译码电路如图1-4所示。其中引线端空心圆为信号插孔，可用来连接导线，后面的电路图同样这样约定。
图1-4 地址译码电路
PCI设备具有自动配置特性，当一个PCI设备连接到系统时，系统会根据PCI板卡上的配置信息和当前PC系统状态进行硬件资源分配，如I/O端口基址和中断号等。I/O端口基址是一个16位的I/O地址，同一个PCI设备在不同计算机中得到的资源信息会有所不同，也即I/O基址会有所变化。而要访问实验台上的实验单元，需要将I/O端口基址与图1－2产生的I/O译码地址结合才能进行。换句话讲，本译码电路只是一个16位I/O地址的低8位部分，或称为I/O偏移地址。要完成对实验单元的访问，需要完整的16位I/O端口地址，该地址由PCI I/O基址（由系统确定）＋本译码电路产生的低8位地址构成。
在DOS环境下，I/O基址通过PCI BIOS获得，具体可见PCI相关实验指导书，当访问I/O单元时，完整地址应是I/O基址加上偏移地址。
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在Windows环境下，访问I/O单元地址只需使用偏移地址，而I/O基址由系统自动确定，并自动相加形成完整的地址。
1.2.2时钟电路
实验台提供了一个时钟电路，由4MHz晶振电路经分频以后产生5个不同频率的脉冲信号，分别是4MHz、2MHz、1MHz、500KHz、250KHz。在实验台上标有不同脉冲频率的信号插孔即为这些脉冲信号的输出端。电路如图1-5所示。
图1-5 时钟电路
1.2.3单脉冲电路
单脉冲发生器去抖动电路电路如图1-6所示。实验台上标有PLUS和/PLUS的两个引线插孔为正负单脉冲的输出。每按一次按钮产生一个脉冲。
图1-6 单脉冲电路
1.2.4 PCI中断请求触发器电路
由于PCI中断采用共享结构，并且PCI总线接口芯片CH365仅接受低电平有效的中断请求信号，因而PCI中断处理比早期ISA的中断处理要复杂的多。为了保证实验台产生的中断请求脉冲信号经过长线传输之后能够被PCI接口芯片可靠识别，为此设计了中断请求触发器电路。电路如图1-7所示。
电路原理为：实验台加电之后，74LS74触发器Q端初始状态为低电平，由PC扩展卡输出的/PCI_CLR_IRQ信号（PCI清除中断请求）和/PCI_EN_INT信号(PCI允许中断）均为高电平无效状态。因此，/PCI_INT_REQ端（PCI中断请求信号）输出高电平，表示PCI中断请求无效。当用户将IRQ引线插孔接入中断请求信号源之后（如单脉冲、定时脉冲信号等），通过D触发器将中断请求信号寄存，结果使Q端＝1，如果此时允许CPU处理PCI中断，则使用指令将/PCI_EN_INT信号置0（表示允许产生PCI中断请求）,由此产生的/PCI_INT_REQ=0的中断请求电平信号送至PCI总线接口芯片，触发一次PCI中断。
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图1-7 PCI中断请求电路
为了再次响应中断，本次PCI中断服务程序结束前，用户一定要用指令将该中断触发器复位，即清除中断请求状态。有关中断程序的具体处理过程见PCI中断实验的介绍。
1.2.5 小键盘电路
实验系统提供一个16按键的小键盘，采用4×4键盘矩阵结构，如图1-8所示。当某键按下时，行和列上相应两条线短路，检测两条线的状态即可判断某键是否按下。通常，该键盘矩阵的行线和列线分别与8255并行接口的两个端口连接，通过程序的检测和判断来识别按键操作，具体见键盘实验内容。
+5V+5V
图1-8 小键盘原理图
1.2.6 8×8点阵显示电路
8×8点阵显示模块电路内部结构如图1-9所示。只要在行线R1-R8加上高电平，在列线C1-C8加上低电平，则两线交叉点的LED就会发光。为了提供足够的电流驱动LED，外围电路要使用驱动器，本电路使用了ULN2803芯片做驱动器。行线H0-H7和列线V0-V7信号分别经过驱动器74LS07和ULN2803驱动之后送入点阵显示器。行线和列线都是高电平有效。因为该电路没有锁存器，所以该实验单元电路应该与具有锁存输出特性的器件连接，如8255A并行接口。
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