HL-104微机原理计算机组成原理实验台

一、概述

HL-104微机原理计算机组成原理实验台采用挂件式设计，配置灵活，方便安装维护。
二、HL-104微机原理计算机组成原理实验台技术指标
输入电源：单相三线，交流220V±10%，50HZ
装置容量：≦1.5KVA
外型尺寸：参考值1500×650×1300
工作环境：温度-10°C ～ +40°C,相对湿度85%（25C）
安全保护：接地保护，漏电保护（动作电流＜30mA），过载保护
三、HL-104微机原理计算机组成原理实验台基本配置
3.1 1个实验桌 
3.2 2个实验系统部件  
四、实验桌
实验桌采用台体材料为下部是铝合金材料，上部是铁质密纹喷塑，留有电脑主机柜，四脚有滑轮，可移动可固定，台体参考尺寸1200×700×1200，以实物为准
五、电源配置
5.1交流电源：单相220V交流电，二三孔输出插座一个。
5.2直流稳压电源：±12V／1A和±5V／1A，均有短路保护、过流保护和自动恢复功能。
六、实验系统部件
  部件一：计算机组成原理挂箱
6.1.1HL-104微机原理计算机组成原理实验台特点
一、性能特点
（1）优化的硬件设计，充分展示计算机结构模型，每个模块均有数码管实时监视，模块间线条明快，数据/指令流向一目了然。
（2）完善的硬件配置实验电路以分立器件为主，同时配备CPLD，支持部分模块的重构。
（3）开放的软硬件设计，支持用户新建指令/微指令的系统设计。
（4）控制器的有机结合，只需拨动选择开关，就可实现微程序或组合逻辑控制的切换。
（5）提供多种工作方式，支持手动、脱机、联机。
（6）提供三总线接口和锁紧插座，支持I/O扩展。
（7）提供多种指令系统，支持基本模型机、指令流水线、RISC模型机实验。
（8）强大的指令功能，支持多种寻址方式和中断、子程序调用等。
（9）丰富的调试手段，具有单步、微单步、运行、暂停等功能。
（10）提供联机调试软件，自带编译器、支持汇编语言源程序调试，图形化动态显示计算机结构模型的数据/指令流向,操作历史记录状态显示，方便用户查找历史记录。
（11）实验仪提供LCD液晶显示，通过实验仪或PC机键盘,在线动态修改寄存器、程序/微程序计数器、程序/微程序存贮器的内容。
（12）系统配十六位扩展卡，可做十六位的组成原理实验。该十六位扩展卡提供示例程序。数据和地址均为十六位，是真正的16位机。
十六位机特点：
1、AT89S52单片机，主要用于接收PC机命令，完成16位程序存储器读写，管理模型机运行、暂停等功能。
2、ISPLSI1032E是逻辑控制芯片，负责单片机和模型机总线切换。
3、EP1C6是模型机主控芯片，相应管脚已连好，IDC2是EP1C6芯片的下载接口，再配合FPGA实验板的PC机调试软件，可方便地进行各种实验。
4、IDT71V016是64K×16位存储器，是模型机的程序存储器，能保存大容量程序。
5、四位8段数码管，用于显示模型机内部寄存器、总线的值，在设计时可将需要观察的内部寄存器、总线值送A，再通过OUT指令送到数码管显示。两只GAL16V8是四位数码管16进制译码。
6、L7～L0是8个发光二极管，用于显示模型机内部状态，例如：进位标志、零标志、中断申请标志等。
7、K0（7…0）～K4（7…0）是40个开关，用于输入外部信号，例如，在做单步实验时，这些开关可用来输入地址总线值、数据总线值、控制信号等。
8、 FPGA 右方的扩展座是38 个扩展的IO 信号，当实验中需要另外的输入输出脚时可以使用这些扩展脚。9、提供FPGA实验板和PC机调试软件。
（13）系统可保存文件和调入文件，并提供PC机下载。
（14）提供30路逻辑分析波形图（示波器）,可让学生在实验时实时地观测到指令与时序的关系，可有效的提高教学效果。
6.1.32软件技术指标
1、实验系统集成动态调试运行软件。
2、详尽的CAI课件,能将实验原理、实验目的、芯片、查询等功能集于一体,便于多媒体教学；
3、的程序和微程序调试功能，有单步、断点和连续等运行方式。
4、有程序和微程序读写功能。
5、以彩色流程图方式全程监视程序的运行状态和运行结果。
6、 用debug读写存贮菜单，对寄存器进行输入数据和参数设置以及读出目标输出信息。
部件二：微机原理实验挂箱
6.2.1主要功能特点
1、CPU系统模块独立设计，支持2种CPU系统：Intel 486 CPU系统和80386EXCPU系统。标配Intel 486 CPU系统。有机玻璃面板保护。
2、常用基础实验电路采用集成一体化设计，创新扩展模块通过20芯L_DV总线接入主板。
3、设计有嵌入式双通道虚拟示波器。
4、 配套微机控制技术辅助教学联机软件，与PC通信有USB和以太网络两种方式。
5、汇编语言和C语言支持符号化远程调试，同时支持本机调试，即PC独立调试方式。 6、汇编语言和C语言均采用工程文件组织管理。
7、支持保护模式下的编程实验。
6.2.2详细硬件组成和结构
1、实验系统采用CPU核心板和实验模块底板分离设计，全部系统总线通过2排50针插座和实验电路主板隔离设计，确保CPU系统安全可靠，同时CPU系统板上加保护罩。
2、Intel 486 CPU核心板组成
2.1 CPU基于Intel 486 设计。
2.2 系统主控芯片采用CPLD器件EPM7128S设计。
2.3 系统监控采用256K Flash Memory W29C020设计。
2.4 用户程序和数据存储器采用128K SRAM UT621024设计。
2.5 两种与PC系统通信方式：①用CH395设计的标准USB通信；②用CH395SL设计的以太网通信。
2.6 设计有新型串行通信接口16C2550B和RS232收发器SP232EEN及其DB9接口。
2.7 总线插座提供32位数据总线、20位地址总线（可扩展为32位地址总线），数据总线支持8/16/32位存储器与I/O操作。
6.2.3实验电路主板组成
1、提供±5V，±12V工作电源。每路均有短路保护自恢复功能。
2、信号源：1）2路正负单次脉冲输出。2）8路固定脉冲输出：1MHZ、500KHZ、100KHZ、10KHZ、1KHZ、100HZ、10HZ、1HZ。3）1路0-5V模拟量输出。
3、人机接口
1）4×4键盘矩阵。
2）8位LED发光管模块。
3）带指示逻辑电平开关12位。
4）带译码的8只高亮LED七段数码显示器。
5）音频信号输入电路，带麦克风
6）音频信号输出电路（带8Ω喇叭、蜂鸣器）
7）继电器接口控制电路。
8）直流电机及控制驱动电路。
9）三相五线步进电机20BY及驱动电路UN2003。
10）LCD12864中文液晶（兼容LCD1602字符型）显示电路。
11）8×8双色点阵显示及其驱动电路。
4、接口控制电路和通信实验电路
1）8路8位A/D 0809转换电路。
2）1路8位 D/A0832转换电路。
3）并行I/O接口扩展电路8255。
4）8254/8253定时/计数器接口电路。
5）8251串行口接口电路。
6）8259十六级中断控制接口电路。
7）8237A DMA数据传送接口电路。
8）74LS164串并转换电路。
5、传感器
1）光电传感器：采用ST135，带栅格盘，可以测量电机转速，实现电机闭环控制。
2）数字温度传感器：采用18B20实现温度的测量。
6、配置双通道虚拟示波器
1）真正的高速双通道存储虚拟示波器，可切换为单通道提高采样率。
2）带有实时X-Y示波器：自动同步显示功能。
3）存储功能：存储/栽入/分析历史波型。
4）输入模拟电压信号幅值由软件调整，勿需硬件开关切换。
5）带有幅频/相频特性专用虚拟示波器。可以保存波型文件，图片文件，方便插入在教学课件中。
7、扩展接口
1）扩展全部系统总线和20线L_DV总线插座，用于接入外扩模块，开展创新实验。
2）扩展IC16插座1只，扩展IC40插座1只，用于自己设计译码器或辅助逻辑电路等。
8、软件功能
1）与PC通信可选USB和以太网络两种方式。
2） PC端集成开发环境软件基于.NET开发，支持Windows XP/7/10的32位和64位系统。
3） 汇编语言和C语言支持符号化远程调试，同时支持本机调试，即PC独立调试方式。
4） 汇编语言和C语言均采用工程文件组织管理。
5） 汇编语言支持多段调试；支持寄存器、变量显示及修改；支持命令行窗口运行DEBUG32调试命令。
6） 汇编语言调试支持INT21H字符和字符串重定向显示功能（2,9号）、支持INT21H的字符和字符串远程键盘输入功能（1,10号），支持D/A虚拟仪器显示功能。
7）汇编语言支持32位保护模式编程实验，内容包括描述符、特权级变换、任务切换，8259A硬件中断、异常处理、无分页/分页存储管理等。
七、HL-104微机原理计算机组成原理实验台实验项目
7.1 计算机组成原理实验
（1）寄存器读写实验
（2）运算器八种运算实验
（3）数据输出/移位实验
（4）UPC实验
（5）PC实验
（6）存贮器读写实验
（7）微程序读写实验
（8）中断实验
（9）模型机综合实验（微程控制器）
实验1：数据传送/输入/输出实验
实验2：数据运算实验（加/减法/或）
实验3：移位/取反实验
实验4：转移实验
实验5：调用实验
实验6：中断实验
实验7：指令流水实验
实验8：RISC模型机
(10) 组合逻辑控制器实验
(11) 设计指令/微指令系统.
7.2 微机原理和接口实验
1）实模式下基础硬件实验
1、I/O地址译码程序设计实验
2、系统中断控制器程序设计实验
3、系统中断控制器级联程序设计实验
4、DMA存储器---存储器传送程序设计实验
5、DMA写操作程序设计实验
6、DMA读操作程序设计实验
7、8/16/32位存储器读写程序设计实验
8、定时器/计数器程序设计实验
9、定时/计数器音乐程序设计实验
10、8251串行通信程序设计实验
11、8255并行通信(方式0)程序设计实验
12、8255并行通信(方式1中断方式)程序设计实验
13、8255并行通信(方式1选通方式)程序设计实验
14、函数波形发生器程序设计实验
15、ADC0809模数转换(显示十六进制)程序设计实验
16、ADC0809模数转换(显示波形)程序设计实验
17、4x4键盘显示程序设计实验
18、七段数码管显示程序设计实验
19、128x64 LCD液晶显示程序设计实验
20、8x8点阵LED显示程序设计实验
21、抢答器程序设计实验
22、步进电机控制程序设计实验
23、直流电机PWM程序设计实验
24、继电器控制实验
25、交通灯控制器程序设计实验
26、电子琴程序设计
2）实模式下的汇编语言软件实验
1、实验系统认识实验
2、显示程序实验
3、数据传送实验
4、数据码制转换程序设计实验
5、运算程序设计实验
6、分支结构程序设计实验
7、循环结构程序设计实验
8、子程序设计实验
9、 排序程序设计实验
10、综合程序设计实验
3）保护模式下的实验
1、实模式与保护模式切换程序设计实验
2、分页存储管理实验
3、 描述符及描述符表程序设计实验
4、保护模式下任务切换CALL实验
5、保护模式下任务切换JMP实验
6、实模式保护模式转换实验
7、具有分页机制的存储器扩展程序设计实验
4）通过外部扩展模块实现
1、16X16点阵显示实验
2、USB 总线通信实验
3、41线LED音频电平显示实验电路
4、32位SRAM存储器读写实验。
5、32位I/O读写实验。