計算機原理及微機技術綜合實驗平臺

A、計算機原理及微機技術綜合實驗平臺微機原理與接口技術部分:
一、硬件概述
該微機原理與接口技術教學實驗系統采用Inte 8086/8088微處理器作為系統核心，全面支持80X86的16位微機原理與接口技術的實驗教學，為16位微處理器在微機教學中的運用構建了一個全開放、可開發、易拓展式的實驗環境。
二、軟件概述
系統配有MKStudio集成開發環境，支持32/64位的Win XP~Win10操作系統，支持80X86匯編語言和C語言的源程序級編程與調試，支持寄存器、內存和外設接口芯片的非編程讀寫操作，支持常用的INT 21h功能調用，支持脫機模擬調試。
三、總線特性
系統開放了總線寬度的動態選擇機制，把總線寬度控制“BS8"列入用戶可定義的范圍，為了簡化電路連接，系統對該輸入信號的缺省定義為“16位"，即當用戶擴展16位存儲器或輸入輸出接口時可忽略對“BS8"的定義與連接。
四、尋址能力
系統構建了全覆蓋的尋址空間，系統內存可融入仼意段的0~1FFFh，可尋址范圍為16個段的0~1FFFh（其中F000為系統BIOS段），當IP大于等于2000h時，系統的尋址目標指向外部存儲器擴展空間。系統對于I/O的擴展尋址無制約，0~FFFFh共64K全空間開放。
五、擴展能力
系統的內存和I/O擴展以字節操作為基準，把高低字節允許信號BHE、BE列入擴展定義的范圍，支持字與字節指令的擴展尋址，并把DMA操作期間的字節定義融入到BHE、BE選通端，使其擴展特性與微機實際應用無縫結合。
六、虛擬儀器
系統集成了虛擬示波器、虛擬電壓表功能，可測量實驗中實際產生的模擬信號、數字信號，通過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圖片用于實驗報告。
七、連線方式
系統提供了扁平線、排線和單線相結合的電路連線方式：數據總線、地址總線、控制總線及8芯以上的接口采用扁平連接或排線連接；讀寫控制、選通端采用單線連接，進一步優化了電路的搭接方式，提高了電路的連接效率。
八、安全特性
系統引出的擴展總線均由隔離器件驅動，“隔離"設計保障了16位微處理核的安全，避免了誤操作、誤連線對CPU造成的損傷；“驅動"設計的目的提高了系統擴展總線的穩定性和可靠性。另外系統內置了具有短路保護、過流保護的高性能穩壓開關電源，進一步保障了系統的安全性。
九、計算機原理及微機技術綜合實驗平臺實驗項目
微機原理實驗
1.系統認識實驗
2.數制轉換實驗
十六進制數轉換為十進制數
十進制數轉換為十六進制數
3.碼制轉換實驗
ASCII碼（數字符）轉換為十六進制數
十六進制數轉換為ASCII碼
ASCII碼（數字符）轉換為十進制數
十進制數轉換為ASCII碼
十進制數的ASCII碼轉換為BCD碼
十進制BCD碼轉換為二進制數
4.運算類編程實驗
二進制雙精度加法運算
十進制的BCD碼減法運算
乘法運算
5.分支程序設計實驗
6.循環程序設計實驗
計算S＝1＋2×3＋3×4＋4×5＋…＋N（N＋1）
求某數據區內負數的個數
7.排序程序設計實驗
氣泡排序法
學生成績名次表
8.子程序設計實驗
求無符號字節序列中的最大值和最小值
求N！
9.查表程序設計實驗
10.INT 21h輸入輸出程序設計實驗
顯示A~Z共26個大寫英文字母
INT 21H功能調用示例程序實驗
在C語言使用INT 21h功能調用
PC鍵盤下傳實驗箱七段碼顯示
實驗箱鍵盤上傳PC屏幕顯示
微機接口實驗項目
1.存儲器擴展實驗
2.8259中斷控制器實驗
8259單級中斷控制
8259多級中斷控制
3.I/O擴展實驗（8位／16位）
4.8255并行口實驗
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／計數器應用實驗
6.8251串行通信應用實驗
7.鍵盤掃描及顯示設計實驗
8279鍵盤與顯示設計
8255鍵盤與顯示設計
8.8237可編程DMA控制器實驗
9.A/D模數轉換實驗
10.D/A數模轉換實驗
11.CD 128×64圖形液晶實驗
12.ED 16×16點陣顯示實驗
13.音頻驅動實驗
14.繼電器控制實驗
15.步進電機控制實驗
16.直流電機調速實驗
17.DS18B20數字溫度傳感器實驗
18.V/F電壓頻率轉換實驗
19.PWM輸出實驗
20.DS1302實時時鐘
21.紅外遙控實驗
22.電子琴實驗
23.32位匯編語言程序設計實驗項目（軟件模擬運行）
1.32位數據排序實驗
2.32位碼制轉換實驗
3.32位存儲器訪問實驗
B、計算機組成原理部分：
（一）系統概述
該現代計算機組成原理與系統結構是以廣受贊譽的經典產品CMH+為基礎研制的第三代面向教學實踐領域的計算機應用類實驗系統。該系統字長16位，具有16位數據總線、16位地址總線，可尋址64KB內存空間，并支持字、字節操作。
（二）體系結構
系統可按通用計算機的標準設計原理計算機，把模型機的構造特性與8086/8051相兼容。系統對于“定長指令"僅從指令格式分類的角度舉例驗正，動態的體系結構擺脫了非標準實驗環境下特定和虛構的不規范語言給原理計算機語言教學實踐活動所帶來的困擾。
（三）指令構造
該的指令格式采用“變長指令字"結構，不同指令操作碼不全相同，操作碼的位數不固定，結構靈活，減少指令碼冗余，提高執行效率，能充分利用指令碼所有位，最多可以設計256條指令。在通用匯編器的支撐下，既可設計屬于您自己的個性化指令系統，亦可設計成與16/8位微處理器兼容的標準指令系統，為模型計算機的通用化設計構建了一個可操作平臺。
（四）微控制器
該運用“PA"理念，用存儲器邏輯與組合邏輯相結合的方法構造微控制器，根據程序需要自動變更當前控制邏輯，對于使用頻率高的簡單指令以及很有用又不復雜的指令選擇組合邏輯，遇復雜的、不規整需擴充的指令選擇存儲器邏輯，從而實現動態計算機體系結構。
（五）后續微址
微程序控制器中隱含后續微地址（BAF），采用斷定法，由轉移控制段BCF（2位）規定后續微地址形成方式，支持順序執行（uPC+1），進位位轉移，零標志轉移，無條件轉移，在取指周期以操作碼形成后續微地址。
（六）時序層次
該擁有一個周期、節拍、脈沖組成的三級時序系統。以取指周期為始設了四個狀態觸發器，在組合邏輯控制中，該觸發器為1，控制器進入那個機器周期的微操作。系統按序定拍，隨機器周期動態變更節拍發生器，在非取指周期產生T1→T3→T4三拍制節拍發生器，在取指周期產生T1→T2→T3→T4四拍制發生器。
（七）軟硬件環境
實時部件顯示：各部件單元都以計算機結構模型布局，清晰明了，各部件均有七段數碼管顯示其十六進制內容。兩個數據流方向指示燈以直觀反映當前數據的來源與目標去向。即使不借助PC機也可實時觀察數據流狀態，判斷其正確性，提供一目了然的實驗環境。
開放式設計：系統支持三種實驗電路構造方式，即實驗單元電路的硬布線連接方式、單元電路的控位連接方式和實驗電路“軟連線"方式。對于實驗單元電路的硬布線連接方式，可采用雙頭實驗導線從零開始在擴展區域逐一搭起一個實驗電路；對于各單元電路的控位連接，只需使用雙頭實驗導線在單元電路控位與控制信號之間對應連接，就可構造出實驗所需的部件控制電路；亦可使用可編程邏輯器件在線設計下載實驗電路，實現實驗電路的“軟接線"。
邏輯分析：對于教師而言，不難體會要講清時序關系是不容易的，而學生理解并利用時序關系則難上加難。而由于現代集成技術的迅猛發展，在實際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進行時序分析。達愛思計算機組成原理教學實驗系統具備邏輯分析功能，老師可通過電化教學設備向學生現場展示指令與時序的關系，讓學生在實驗時直觀地觀測到指令與時序的關系，有效的提高教學效果。
（八）靈活的多操作方式
該以高性能MCU為核心組成系統的操作與控制平臺，自帶鍵盤、CD顯示，配備強大的集成開發環境，擁有前后臺雙環境支持，跟蹤運行軌跡、受理中斷請求、變更控制模式、捕捉現場信息。
（九）主流處理器的多總線結構
系統采用多總線結構，分別是數據總線、指令總線、微總線。這種三者分離并行的總線結構，遇取指周期可以并行完成操作數的存取，在當前指令結束后的第一個微周期可直接進入下一條指令的取指操作，通過微總線形成電路解釋與執行的后續微址，因此指令總線與微總線的主要仼務是預取指與后續微址的預處理。
（十）FPGA開發支持，提供所有VHD例程
系統可選配Xiinx的XCV200擴展板，具有20萬門大規模FPGA用于CPU模型的設計，16位64K的RAM用于存放用戶程序及數據。學生將設計好的CPU模型下載到FPGA，并將需要運行的程序下載到RAM，根據先易后難的實踐思路逐步完成16位機、32位機的設計。
實驗項目
單元實驗項目
1)運算器實驗
2)通用寄存器實驗
3)準雙向I/O口實驗
4)地址總線組成實驗
5)十六位數據總線實驗
6)存儲器讀寫實驗
7)指令總線運用實驗
8)中斷控制實驗
9)微控制器實驗
10)時序部件實驗
模型機及硬布線控制器實驗
1)基本模型機的設計與實現
2)分段模型機的設計與實現
3)帶移位運算的模型機的設計與實現
4)復雜模型機的設計與實現
5)流水模型機的設計與實現
6)基于RISC處理器構成模型機實驗
7)基于重疊技術構成的模型機實驗
8)中斷模型機的設計與實現
9)PA綜合模型機的設計與實現
通用計算機實驗
1)MCS-51單片機的設計與實現
2)8086微處理器的設計與實現
C、實驗桌：鋁木結構，采用特制模具制作的優質鋁合金做框架，鋁合金表面經氧化處理，經久耐用，美觀大方，符合現代審美觀，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，桌子下部配置儲存柜及電腦主機柜。