微機接口技術(shù)及應(yīng)用-基于8086和Proteus8設(shè)計與仿真PPT完整全套教學(xué)課件

目錄

第1章微機接口技術(shù)綜合實訓(xùn)的任務(wù)與要求第2章微機接口技術(shù)簡介第3章使用Proteus8設(shè)計微機系統(tǒng)第4章微機系統(tǒng)的Proteus典型案例第5章微機實驗系統(tǒng)第6章電路板焊接技術(shù)第7章微機接口綜合實訓(xùn)案例第1章微機接口技術(shù)綜合實訓(xùn)的任務(wù)與要求1.1綜合實訓(xùn)的教學(xué)任務(wù)1.2綜合實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容1.3綜合實訓(xùn)任務(wù)書

1.1綜合實訓(xùn)的教學(xué)任務(wù)

“微機接口技術(shù)綜合實訓(xùn)”的教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生靈活運用微機系統(tǒng)知識解決復(fù)雜工程問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力及實際動手能力。實訓(xùn)課程的教學(xué)模式主要是以解決實際問題為導(dǎo)向的項目化教學(xué)方式,教師和學(xué)生各有其任務(wù)與要求。

教師的任務(wù)在于根據(jù)課程教學(xué)大綱設(shè)計出若干個綜合性的實訓(xùn)項目,要求項目內(nèi)容不僅包含微機技術(shù)知識點,也包含機電傳動與控制、電工電子學(xué)等專業(yè)必修課程的知識點,最終還要評定學(xué)生的實訓(xùn)成績;學(xué)生的任務(wù)在于自行組隊來完成某個實訓(xùn)項目,通過查閱文獻資料,設(shè)計、開發(fā)、仿真微機控制系統(tǒng),設(shè)計、焊接、制作接口電路板,進行軟硬件聯(lián)機調(diào)試,達到實訓(xùn)項目的要求并編寫實訓(xùn)報告。

1.2綜合實訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容

1.設(shè)計、仿真微機接口電路原理圖微機接口電路設(shè)計部分主要是根據(jù)電路功能要求設(shè)計合理的方案,同時選擇能實現(xiàn)該方案的合適元器件,然后基于Proteus軟件設(shè)計微機接口系統(tǒng)的電路原理圖并進行仿真、檢測與修正,確保所設(shè)計的電路符合項目的控制要求。

2.設(shè)計、制作PCB(PrintedCircuitBoard,印刷電路板)

PCB設(shè)計、制作部分主要是根據(jù)電路原理圖產(chǎn)生的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表進行PCB板的自動布局布線或手動PCB板布局布線,再經(jīng)過電磁兼容分析、噪聲分析、可靠性分析等后分析,制成裸板,即PWB(PrintedWiringBoard,印刷線路板),然后自動或手動地將元器件焊接到裸板上,最終制成所需的電路板。

3.程序設(shè)計

程序設(shè)計部分是具備嵌入式微處理器(如Intel8086或80C51等)的控制系統(tǒng)所必需的部分。

與其他不包含可編程元器件的模擬電路或數(shù)字電路系統(tǒng)不需要編寫程序也可以正常工作不同,微處理器在沒有控制程序的條件下是無法正常工作的。程序設(shè)計環(huán)節(jié)的內(nèi)容是設(shè)計8086微機系統(tǒng)的匯編程序,在Proteus軟件中結(jié)合第一步設(shè)計好的電路原理圖對程序進行仿真運行,可以通過仿真運行的結(jié)果檢測程序的正確性。

4.聯(lián)機調(diào)試

綜合實訓(xùn)的最終成果是軟、硬件聯(lián)機調(diào)試成功,達到項目的控制要求。聯(lián)機調(diào)試是將學(xué)生設(shè)計的微機接口電路通過Dias實驗箱組建成8086系統(tǒng),再與學(xué)生制作好的微機接口電路板連接成一個完整的硬件系統(tǒng),并通過學(xué)生編寫的程序控制硬件系統(tǒng),達到某種具體功能。

1.3綜合實訓(xùn)任務(wù)書

1.3.1基于微機系統(tǒng)的直流電機運動控制

1.任務(wù)要求基于8086最小系統(tǒng)在Proteus軟件中設(shè)計小功率直流電機的控制系統(tǒng),編制匯編程序?qū)崿F(xiàn)開關(guān)控制直流電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)節(jié)速度的系統(tǒng)仿真。完成直流電機驅(qū)動接口電路板的焊接制作。利用Dias微機實驗箱組建微機硬件電路、連接接口電路板、調(diào)試匯編程序,達到控制實際直流電機的目的。

2.技術(shù)要求

(1)要求用開關(guān)控制直流電機的正反轉(zhuǎn);

(2)要求直流電機正反轉(zhuǎn)時都能夠切換高速或低速運行。

3.工作內(nèi)容

(1)查找資料,完成項目方案設(shè)計;

(2)利用Proteus設(shè)計項目電路原理圖;

(3)利用Proteus編制項目控制程序;

(4)利用Proteus實現(xiàn)項目的整體仿真運行;

(5)完成接口電路板的裝配、焊接與調(diào)試;

(6)組建Dias微機實驗箱和接口電路板的完整硬件系統(tǒng);

(7)聯(lián)機調(diào)試、運行,實現(xiàn)任務(wù)的全部要求;

(8)完成課程設(shè)計報告;

(9)現(xiàn)場答辯,進行考核。

4.上交的成果

(1)課程設(shè)計報告的電子版與紙質(zhì)版;

(2)接口電路板實物。

5.注意事項

(1)課程設(shè)計以3~5人為一組進行,但每人都要參與全部軟硬件的設(shè)計調(diào)試,每人獨立上交一份課程設(shè)計報告;未上交報告者,按零分處理。

(2)每組發(fā)放一個電路板制作工具箱,課程設(shè)計結(jié)束后須完好無損地交回,如果有丟失、損壞,按照原價賠償;故意損壞工具者,按零分處理。

(3)每組發(fā)放配套的電子元器件焊接制作一塊接口電路板,如需要重新制作電路板,要按照實際元器件價格購買。

(4)課程設(shè)計過程中,要嚴格遵守實驗室規(guī)章制度,不能在實驗室中做與課程設(shè)計無關(guān)的任何雜事;故意損壞實驗室設(shè)備者,按零分處理。

(5)焊接工具使用完畢后,要及時拔掉插頭以免人員受傷或造成火災(zāi);違反規(guī)定者,按零分處理。

(6)注意保持實驗室的環(huán)境衛(wèi)生,每天分組打掃實驗室。

1.3.2基于微機系統(tǒng)的步進電機運動控制

1.任務(wù)要求

基于8086最小系統(tǒng)在Proteus軟件中設(shè)計混合式步進電機的控制系統(tǒng),編制匯編程序?qū)崿F(xiàn)開關(guān)控制步進電機正反轉(zhuǎn)及調(diào)節(jié)速度的系統(tǒng)仿真。

2.技術(shù)要求

(1)要求用開關(guān)控制步進電機的正反轉(zhuǎn);

(2)要求步進電機正反轉(zhuǎn)時都能夠切換高速或低速運行。

3.工作內(nèi)容

(1)查找資料,完成項目方案設(shè)計;

(2)利用Proteus設(shè)計項目電路原理圖;

(3)利用Proteus編制項目控制程序;

(4)利用Proteus實現(xiàn)項目的整體仿真運行;

(5)完成接口電路板的裝配、焊接與調(diào)試;

(6)組建Dias微機實驗箱和接口電路板的完整硬件系統(tǒng);

(7)聯(lián)機調(diào)試、運行,實現(xiàn)任務(wù)的全部要求;

(8)完成課程設(shè)計報告;

(9)現(xiàn)場答辯,進行考核。

4.上交的成果

(1)課程設(shè)計報告的電子版與紙質(zhì)版;

(2)接口電路板實物。

5.注意事項

(1)課程設(shè)計以3~5人為一組進行,但每人都要參與全部軟硬件的設(shè)計調(diào)試,每人獨立上交一份課程設(shè)計報告;未上交報告者,按零分處理。

(2)每組發(fā)放一個電路板制作工具箱,課程設(shè)計結(jié)束后須完好無損地交回,如果有丟失、損壞,按照原價賠償;故意損壞工具者,按零分處理。

(3)每組發(fā)放配套的電子元器件焊接制作一塊接口電路板,如需要重新制作電路板,要按照實際元器件價格購買。

(4)課程設(shè)計過程中,要嚴格遵守實驗室規(guī)章制度,不能在實驗室中做與課程設(shè)計無關(guān)的任何雜事;故意損壞實驗室設(shè)備者,按零分處理。

(5)焊接工具使用完畢后,要及時拔掉插頭以免人員受傷或造成火災(zāi);違反規(guī)定者,按零分處理。

(6)注意保持實驗室的環(huán)境衛(wèi)生,每天分組打掃實驗室。

1.3.3基于微機系統(tǒng)的熱敏電阻溫度計

1.任務(wù)要求

基于8086最小系統(tǒng)在Proteus軟件中設(shè)計溫度測量的控制系統(tǒng),編制匯編程序?qū)崿F(xiàn)利用熱敏電阻和數(shù)碼管測量并顯示實際溫度值的系統(tǒng)仿真。完成熱敏電阻信號采集及電壓轉(zhuǎn)

換接口電路板的焊接制作。

2.技術(shù)要求

(1)測量溫度范圍:0~100℃,精確到個位;

(2)溫度顯示要穩(wěn)定并準確,不能閃爍或雜亂跳動。

3.工作內(nèi)容

(1)查找資料,完成項目方案設(shè)計;

(2)利用Proteus設(shè)計項目電路原理圖;

(3)利用Proteus編制項目控制程序;

(4)利用Proteus實現(xiàn)項目的整體仿真運行;

(5)完成接口電路板的裝配、焊接與調(diào)試;

(6)組建Dias微機實驗箱和接口電路板的完整硬件系統(tǒng);

(7)聯(lián)機調(diào)試、運行,實現(xiàn)任務(wù)的全部要求;

(8)完成課程設(shè)計報告;

(9)現(xiàn)場答辯,進行考核。

4.上交的成果

(1)課程設(shè)計報告的電子版與紙質(zhì)版;

(2)接口電路板實物。

5.注意事項

(1)課程設(shè)計以3~5人為一組進行,但每人都要參與全部軟硬件的設(shè)計調(diào)試,每人獨立上交一份課程設(shè)計報告;未上交報告者,按零分處理。

(2)每組發(fā)放一個電路板制作工具箱,課程設(shè)計結(jié)束后須完好無損地交回,如果有丟失、損壞,按照原價賠償;故意損壞工具者,按零分處理。

(3)每組發(fā)放配套的電子元器件焊接制作一塊接口電路板,如需要重新制作電路板,要按照實際元器件價格購買。

(4)課程設(shè)計過程中,要嚴格遵守實驗室規(guī)章制度,不能在實驗室中做與課程設(shè)計無關(guān)的任何雜事;故意損壞實驗室設(shè)備者,按零分處理。

(5)焊接工具使用完畢后,要及時拔掉插頭以免人員受傷或造成火災(zāi);違反規(guī)定者,按零分處理。

(6)注意保持實驗室的環(huán)境衛(wèi)生,每天分組打掃實驗室。

1.3.4基于微機系統(tǒng)的精密電子秤

1.任務(wù)要求

基于8086最小系統(tǒng)在Proteus軟件中設(shè)計應(yīng)變測試的控制系統(tǒng),編制匯編程序?qū)崿F(xiàn)利用應(yīng)變片和直流電橋精密測量重量并顯示實際重量值的系統(tǒng)仿真。完成應(yīng)變片信號采集及

電壓轉(zhuǎn)換接口電路板的焊接制作。

2.技術(shù)要求

(1)測量重量范圍:10~500g,精確到個位;

(2)溫度顯示要穩(wěn)定并準確,不能閃爍或雜亂跳動。

3.工作內(nèi)容

(1)查找資料,完成項目方案設(shè)計;

(2)利用Proteus設(shè)計項目電路原理圖;

(3)利用Proteus編制項目控制程序;

(4)利用Proteus實現(xiàn)項目的整體仿真運行;

(5)完成接口電路板的裝配、焊接與調(diào)試;

(6)組建Dias微機實驗箱和接口電路板的完整硬件系統(tǒng);

(7)聯(lián)機調(diào)試、運行,實現(xiàn)任務(wù)的全部要求;

(8)完成課程設(shè)計報告;

(9)現(xiàn)場答辯,進行考核。

4.上交的成果

(1)課程設(shè)計報告的電子版與紙質(zhì)版;

(2)接口電路板實物。

5.注意事項

(1)課程設(shè)計以3~5人為一組進行,但每人都要參與全部軟硬件的設(shè)計調(diào)試,每人獨立上交一份課程設(shè)計報告;未上交報告者,按零分處理。

(2)每組發(fā)放一個電路板制作工具箱,課程設(shè)計結(jié)束后須完好無損地交回,如果有丟失、損壞,按照原價賠償;故意損壞工具者,按零分處理。

(3)每組發(fā)放配套的電子元器件焊接制作一塊接口電路板,如需要重新制作電路板,要按照實際元器件價格購買。

(4)課程設(shè)計過程中,要嚴格遵守實驗室規(guī)章制度,不能在實驗室中做與課程設(shè)計無關(guān)的任何雜事;故意損壞實驗室設(shè)備者,按零分處理。

(5)焊接工具使用完畢后,要及時拔掉插頭以免人員受傷或造成火災(zāi);違反規(guī)定者,按零分處理。

(6)注意保持實驗室的環(huán)境衛(wèi)生,每天分組打掃實驗室。

1.3.5基于微機系統(tǒng)的自動風(fēng)扇

1.任務(wù)要求

基于8086最小系統(tǒng)在Proteus軟件中設(shè)計一個自動風(fēng)扇,要求具有溫度測量的功能以及控制小功率直流電機自動運行的系統(tǒng)。編制匯編程序?qū)崿F(xiàn)利用熱敏電阻和數(shù)碼管測量并顯示實際溫度值,進而控制直流電機的啟停、高/低速運行的系統(tǒng)仿真。完成熱敏電阻信號采集及電壓轉(zhuǎn)換接口電路板、直流電機驅(qū)動接口電路板的焊接制作。

2.技術(shù)要求

(1)測量溫度范圍:20~80℃,精確到個位;

(2)溫度顯示要穩(wěn)定并準確,不能閃爍或雜亂跳動;

(3)溫度<40℃,電機停止;40℃≤溫度<60℃,電機低速運行;溫度≥60℃,電機高速運行。

3.工作內(nèi)容

(1)查找資料,完成項目方案設(shè)計;

(2)利用Proteus設(shè)計項目電路原理圖;

(3)利用Proteus編制項目控制程序;

(4)利用Proteus實現(xiàn)項目的整體仿真運行;

(5)完成接口電路板的裝配、焊接與調(diào)試;

(6)組建Dias微機實驗箱和接口電路板的完整硬件系統(tǒng);

(7)聯(lián)機調(diào)試、運行,實現(xiàn)任務(wù)的全部要求;

(8)完成課程設(shè)計報告;

(9)現(xiàn)場答辯,進行考核。

4.上交的成果

(1)課程設(shè)計報告的電子版與紙質(zhì)版;

(2)接口電路板實物。

5.注意事項

(1)課程設(shè)計以3~5人為一組進行,但每人都要參與全部軟硬件的設(shè)計調(diào)試,每人獨立上交一份課程設(shè)計報告;未上交報告者,按零分處理。

(2)每組發(fā)放一個電路板制作工具箱,課程設(shè)計結(jié)束后須完好無損地交回,如果有丟失、損壞,按照原價賠償;故意損壞工具者,按零分處理。

(3)每組發(fā)放配套的電子元器件焊接制作一塊接口電路板,如需要重新制作電路板,要按照實際元器件價格購買。

(4)課程設(shè)計過程中,要嚴格遵守實驗室規(guī)章制度,不能在實驗室中做與課程設(shè)計無關(guān)的任何雜事;故意損壞實驗室設(shè)備者,按零分處理。

(5)焊接工具使用完畢后,要及時拔掉插頭以免人員受傷或造成火災(zāi);違反規(guī)定者,按零分處理。

(6)注意保持實驗室的環(huán)境衛(wèi)生,每天分組打掃實驗室。

1.3.6基于微機系統(tǒng)的自動調(diào)速傳動帶

1.任務(wù)要求

基于8086最小系統(tǒng)在Proteus軟件中設(shè)計一個自動傳動帶,要求具有對重量的測量功能以及控制步進電機自動運行的系統(tǒng)。編制匯編程序?qū)崿F(xiàn)利用應(yīng)變片和直流電橋測量并顯

示實際重量值,進而控制步進電機的啟停、高/低速運行的系統(tǒng)仿真。完成應(yīng)變信號采集及電壓轉(zhuǎn)換接口電路板、步進電機驅(qū)動接口電路板的焊接制作。

2.技術(shù)要求

(1)測量重量范圍:10~500g,精確到個位;

(2)重量顯示要穩(wěn)定并準確,不能閃爍或雜亂跳動;

(3)重量<20g,步進電機停止;20g≤重量<60g,步進電機低速運行;60g≤重量<100g,步進電機中速運行;重量≥100g

,步進電機高速運行。

3.工作內(nèi)容

(1)查找資料,完成項目方案設(shè)計;

(2)利用Proteus設(shè)計項目電路原理圖;

(3)利用Proteus編制項目控制程序;

(4)利用Proteus實現(xiàn)項目的整體仿真運行;

(5)完成接口電路板的裝配、焊接與調(diào)試;

(6)組建Dias微機實驗箱和接口電路板的完整硬件系統(tǒng);

(7)聯(lián)機調(diào)試、運行,實現(xiàn)任務(wù)的全部要求;

(8)完成課程設(shè)計報告;

(9)現(xiàn)場答辯,進行考核。

4.上交的成果

(1)課程設(shè)計報告的電子版與紙質(zhì)版;

(2)接口電路板實物。

5.注意事項

(1)課程設(shè)計以3~5人為一組進行,但每人都要參與全部軟硬件的設(shè)計調(diào)試,每人獨立上交一份課程設(shè)計報告;未上交報告者,按零分處理;

(2)每組發(fā)放一個電路板制作工具箱,課程設(shè)計結(jié)束后須完好無損地交回,如果有丟失、損壞,按照原價賠償;故意損壞工具者,按零分處理;

(3)每組發(fā)放配套的電子元器件焊接制作一塊接口電路板,如需要重新制作電路板,要按照實際元器件價格購買;

(4)課程設(shè)計過程中,要嚴格遵守實驗室規(guī)章制度,不能在實驗室中做與課程設(shè)計無關(guān)的任何雜事;故意損壞實驗室設(shè)備者,按零分處理;

(5)焊接工具使用完畢后,要及時拔掉插頭以免人員受傷或造成火災(zāi);違反規(guī)定者,按零分處理;

(6)注意保持實驗室的環(huán)境衛(wèi)生,每天分組打掃實驗室。第2章微機接口技術(shù)簡介2.1初步認識微機接口技術(shù)2.2簡單了解微處理器2.3存儲器的功能與使用方法2.4I/O接口及其輔助電路

2.1初步認識微機接口技術(shù)

微機是微型計算機的簡稱,指的是將微處理器(運算器和控制器)集成在一塊半導(dǎo)體芯片上,配以存儲器、I/O接口(輸入/輸出接口)電路及總線等構(gòu)成的計算機。

為解決實際的復(fù)雜工程問題,如控制機器人快速、精確地拾取工件并運送到指定工位,只有微機是遠遠不夠的,需要建立一套完整的微型計算機系統(tǒng)才能解決問題。總體而言,微機應(yīng)用系統(tǒng)包含硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分,基本組成如圖2.1所示。圖2.1微機系統(tǒng)的基本組成

微機通過I/O接口和接口電路連接傳感器、電動機等外部的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備構(gòu)成微機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件系統(tǒng),再配合軟件系統(tǒng)則構(gòu)建為完整的微機應(yīng)用系統(tǒng)。圖2.2給出了微機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2.2微機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

從框圖中可以看出,微機應(yīng)用系統(tǒng)的工作過程可簡單描述為:微機應(yīng)用系統(tǒng)通過傳感器等輸入設(shè)備實時檢測系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)并通過接口電路輸入到存儲器中,微處理器按照用

戶編寫好的存放在存儲器中的應(yīng)用軟件進行計算處理,計算結(jié)果經(jīng)由接口電路傳送到電動機等輸出設(shè)備,最終實現(xiàn)對系統(tǒng)目標的控制結(jié)果。

需要指出,單獨對微機而言,系統(tǒng)的工作過程就是不斷地取指令、分析指令、執(zhí)行指令的過程,其基本工作原理仍然是馮·諾依曼先生提出的“存儲程序和程序控制”的設(shè)計思想:將編好的程序和原始數(shù)據(jù),輸入并存儲在計算機的內(nèi)存儲器中(即“存儲程序”);計算機按照程序逐條取出指令加以分析,并執(zhí)行指令規(guī)定的操作(即“程序控制”)。圖2.3給出了微機應(yīng)用系統(tǒng)的工作流程圖,注意區(qū)分數(shù)據(jù)信號流和控制信號流的不同。圖2.3微機應(yīng)用系統(tǒng)的工作過程框圖

2.2簡單了解微處理器

微處理器也稱作CPU(CentralProcessingUnit,中央處理器),是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有運算器和控制器功能的中央處理機部件,它是微機系統(tǒng)最為重要的核心器件,其性能基本決定了微機系統(tǒng)的性能。微處理器可以同時并行處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)叫做“字長”,是微處理器的一個重要性能指標,在其他條件相同的情況下,字長越大的微處理器處理速度越快。

如圖2.4所示,8086是雙列直插式封裝結(jié)構(gòu),共40根

引腳,分布在芯片長邊兩側(cè),實物圖左上角的凹洞表示該位置的引腳標號是01號引腳,逆時針順序排列其余的引腳。圖2.4Intel8086引腳與實物圖

2.2.1微處理器的結(jié)構(gòu)與作用

微處理器最基本的功能結(jié)構(gòu)包括:運算器、控制器、寄存器組及片內(nèi)總線,各部分在微機系統(tǒng)中起到不同的作用。圖2.5是微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2.5微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

微處理器各功能結(jié)構(gòu)單元的具體功能如下。

?運算器:執(zhí)行運算的部件,在控制信號作用下可完成加、減、乘、除、與、或、非、異或以及移位等運算工作,故又稱為算術(shù)邏輯單元。

?寄存器組:功能是加快運算和處理速度、暫存參加運算的數(shù)據(jù)或運算的中間結(jié)果,是微處理器中十分重要的部分。

?片內(nèi)總線:微處理器內(nèi)部各部分之間的數(shù)據(jù)傳輸通道,且為雙向的。

?控制器:整個微處理器的控制指揮中心。

微處理器在執(zhí)行一條指令時,主要按以下幾個步驟去完成。

(1)取指令:控制器發(fā)出信息從存儲器取一條指令。

(2)指令譯碼:指令譯碼器將取得的指令翻譯成起控制作用的微指令。

(3)取操作數(shù):如果需要操作數(shù),則從存儲器取得該指令的操作數(shù)。

(4)執(zhí)行運算:CPU按照指令操作碼的要求,通過執(zhí)行微指令,對操作數(shù)完成規(guī)定的運算處理。

(5)回送結(jié)果:將指令的執(zhí)行結(jié)果回送到內(nèi)存或某寄存器中。

2.2.2微處理器的時序

先介紹幾個與微處理器時序相關(guān)的概念。

?時鐘周期:時鐘周期指CPU工作的時間脈沖。

?總線周期:每4個時鐘周期完成一次總線操作,即一個操作數(shù)的讀/寫操作,稱為總線周期。

?指令周期:指令周期指完成一條指令的時間,由整數(shù)個總線周期構(gòu)成,指令功能不同,其指令周期長度不等。

?等待周期:當被操作對象無法在3個時鐘周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)讀寫操作時,在總線周期中插入等待周期。

?空閑周期:無總線操作時進入空閑周期,插入的個數(shù)與指令有關(guān)。

總線周期是微處理器進行一次數(shù)據(jù)傳輸所需的時間,一個基本的總線周期由4個T狀態(tài)組成,分別稱為T1

、T2

、T3

、T4

狀態(tài),需要時還要加入數(shù)量不定的等待周期(TW)。若在完成一個總線周期后不發(fā)生任何總線操作,則填入空閑周期(Ti);若存儲器或I/O接口在數(shù)據(jù)傳送中不能以足夠快的速度做出響應(yīng),則在T3與T4間插入一個或若干個TW

。圖2.6所示為一個典型的總線周期時序圖。圖2.6典型的總線周期時序圖

每個T狀態(tài),微處理器執(zhí)行的動作是不同的。

?T1狀態(tài):微處理器向數(shù)據(jù)/地址復(fù)用的總線上輸出地址信息,指示尋址的存儲單元或I/O設(shè)備的端口地址,此時地址鎖存。

?T2狀態(tài):地址信息消失,AD15~AD0進入高阻狀態(tài),為傳送數(shù)據(jù)做好準備。

?T3狀態(tài):CPU通過AD15~AD0傳送數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可能由微處理器發(fā)出,也可能來自存儲器或I/O接口。

?T4狀態(tài):微處理器從總線上讀入數(shù)據(jù)到內(nèi)部寄存器或?qū)⒖偩€上的數(shù)據(jù)寫入存儲器或I/O接口,總線周期結(jié)束。

一條指令從其代碼被從內(nèi)存單元中取出到其所規(guī)定的操作執(zhí)行完畢,所用的時間,稱為相應(yīng)指令的指令周期。由于指令的類型、功能不同,因此,不同指令所要完成的操作也不同,相應(yīng)地,其所需的時間也不相同。也就是說,指令周期的長度因指令的不同而不同。

指令所執(zhí)行的操作,可以分為內(nèi)部操作和外部操作。不同的指令其內(nèi)、外部操作是不相同的,但這些操作可以分解為一個個總線操作。即總線操作的不同組合,構(gòu)成了不同指

令的不同操作,而總線操作的類型是有限的,如果能夠明確不同種類總線操作的時序關(guān)系,且可以根據(jù)不同指令的功能,把它們分解為不同總線操作的組合,那么,任何指令的時序關(guān)系,就都可以知道了。

ntel8086的總線操作,就是8086CPU利用總線(AB、DB、CB)與內(nèi)存及I/O端口進行信息交換的過程,與這些過程相對應(yīng)的總線上的信號變化的相對時間關(guān)系,就是相應(yīng)總線操作的時序。我們把向存儲器或I/O端口寫入一個字節(jié)或若干個字節(jié)所需的時間,稱為存儲器寫或I/O寫總線周期;從存儲器或I/O端口讀出一個字節(jié)或若干個字節(jié)所需的時間稱為存儲器讀或I/O讀總線周期。

2.3存儲器的功能與使用方法

存儲器是指存儲單元的集合,用以存放微機系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù),是“存儲程序”計算機體系的重要組成部分。存儲器分為內(nèi)存儲器(簡稱內(nèi)存或主存)和外存儲器(簡稱外存或輔存)。

內(nèi)存儲器集成在微機片內(nèi),與微處理器通過片內(nèi)引腳直接連接,因此CPU可以直接訪問內(nèi)存儲器。內(nèi)存儲器一般由半導(dǎo)體器件構(gòu)成,容量較小、存取速度較快,用于存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體存儲器可分為三大類:隨機存儲器RAM(RandomAccessMemory)、只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)和特殊存儲器。

外存儲器用來存放相對來說不經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù),在需要時與內(nèi)存進行成批的信息交換。外存儲器一般作為輸入/輸出設(shè)備,通過I/O接口電路與微機相連,因此微處理器

不能直接訪問外存儲器。外存儲器的特點是存儲容量大、價格較低,但存取速度較慢。

但是在Intel8086系統(tǒng)中,有些內(nèi)存區(qū)域的作用是固定的,用戶不能隨便使用,如下面三種內(nèi)存區(qū)域。

?中斷矢量區(qū):00000H~003FFH共1K字節(jié),用以存放256種中斷類型的中斷矢量,每個中斷矢量占用4個字節(jié),共256×4B=1024B=1KB。

?顯示緩沖區(qū):B0000H~B0F9FH約4000(25×80×2)字節(jié),是單色顯示器的顯示緩沖區(qū),存放文本方式下所顯示字符的ASCII碼及屬性碼;B8000H~BBF3FH約16K字節(jié),是彩色顯示器的顯示緩沖區(qū),存放圖形方式下屏幕顯示像素的代碼。

?啟動區(qū):FFFF0H~FFFFFH共16個單元,用以存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令的代碼,轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)的初始化部分。

Intel8086的1MB存儲器實際使用時分成了兩個512KB的存儲體,分別叫奇體和偶體。奇體單元的地址是奇數(shù),偶體單元的地址是偶數(shù),可以參考圖2.7。雖然在物理結(jié)構(gòu)上分為奇體和偶體兩部分,但是在邏輯結(jié)構(gòu)上,存儲單元還是按照地址順序排列的。8086存儲器的結(jié)構(gòu)和總線連接如圖2.7所示。圖2.78086的存儲器結(jié)構(gòu)與總線連接示意圖

2.4I/O接口及其輔助電路

2.4.1I/O接口的基本原理微機系統(tǒng)的I/O接口與外部設(shè)備的連接方式示意圖如圖2.8所示,各類外部設(shè)備通過各自的接口電路連到微機系統(tǒng)的總線上。設(shè)計微機系統(tǒng)時,工程師要根據(jù)系統(tǒng)的要求和客戶的需要,選用不同類型的外設(shè),設(shè)置相應(yīng)的接口電路,通過系統(tǒng)總線的連接組建成一個整體,構(gòu)成不同用途、不同規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。圖2.8微機系統(tǒng)的I/O接口組成結(jié)構(gòu)示意圖

微機與外部設(shè)備通過I/O接口交換的數(shù)據(jù)有三種基本類型:開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。

?開關(guān)量:某些數(shù)據(jù)信息只用1位二進制數(shù)即可表示,如開關(guān)的“開”和“關(guān)”用“1”和“0”表示,這樣的數(shù)據(jù)信息稱為開關(guān)量。

?數(shù)字量:在計算機中以二進制表示的數(shù)據(jù),以字節(jié)為單位,如10H=00010000B對應(yīng)十進制的16,1000H=0001000000000000B對應(yīng)十進制的4096。

?模擬量:物理上的溫度、壓力、流量等,都是時間上連續(xù)變化的信息,這些信息經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換為電量,并經(jīng)過放大得到電壓或電流就是模擬量。

基本的模擬量處理過程如圖2.9所示。圖2.9模擬量處理過程

2.4.2I/O接口電路的必要性

微機為什么一定需要I/O接口電路?為什么不能像圖2.7中連接內(nèi)存儲器那樣直接與外部設(shè)備利用引腳連接呢?這是因為以下幾點原因。

(1)速度不匹配:CPU的速度很高,而外設(shè)的速度要低得多。

(2)信號電平不匹配:CPU所使用的信號都是TTL電平,而外設(shè)大多是復(fù)雜的機電設(shè)備,往往不能使用TTL電平,而是CMOS電平、RS232電平等。

(3)信號格式不匹配:CPU系統(tǒng)總線上傳送的通常是8位、16位或32位的并行數(shù)據(jù),而外設(shè)使用的信息格式各不相同,有模擬量、開關(guān)量、串行方式信息等。

(4)時序不匹配:各種外設(shè)都有自己的定時和邏輯控制,與CPU的時序不一致。

微機系統(tǒng)與外部設(shè)備通信時,一般不能將各種外設(shè)的數(shù)據(jù)線、地址線直接連接到微處理器的數(shù)據(jù)總線和地址總線上。這里主要存在兩個問題:

(1)微處理器總線的負載能力的問題。

過多的信號線直接接到微處理器總線上,必將超過微處理器總線的負載能力,采用接口電路可以分擔微處理器總線的負載,使微處理器總線不至于超負荷運行,造成工作不可靠。

(2)外設(shè)的選擇問題。

微處理器和所有外設(shè)交換信息都是通過雙向數(shù)據(jù)總線進行的,如果所有外設(shè)的數(shù)據(jù)線都直接接到微處理器的數(shù)據(jù)總線上,數(shù)據(jù)總線上的信號將是混亂的,無法區(qū)分是送往哪一個外設(shè)的數(shù)據(jù)還是來自哪一個外設(shè)的數(shù)據(jù)。只有通過接口電路的外設(shè)選擇器件才能協(xié)調(diào)各種外設(shè)與微處理器間的互通問題。

綜上所述,I/O接口電路是專門為解決CPU與外設(shè)之間的不匹配、不能協(xié)調(diào)工作而設(shè)置的,它處在總線和外設(shè)之間,具有非常重要的作用。

2.4.3I/O端口的概念

微機與外設(shè)通信時,傳送的數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息分別進入接口電路中不同的寄存器,通常將這些寄存器和它們的控制邏輯統(tǒng)稱為I/O端口(Port),CPU可對端口中的信息直接進行讀寫。I/O接口與外設(shè)之間的端口連接形式如圖2.10所示。圖2.10I/O端口示意圖

1.數(shù)據(jù)端口

為了解決主機高速與外設(shè)低速的矛盾,避免因速度不一致而丟失數(shù)據(jù),接口中一般都設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖寄存器(簡稱數(shù)據(jù)緩存器),稱之為“數(shù)據(jù)口”。數(shù)據(jù)緩存器又分為輸入緩存器

和輸出緩存器兩種,前者暫存外設(shè)送來的數(shù)據(jù),以待CPU將它取走;后者暫存CPU送往外設(shè)的數(shù)據(jù)。有了數(shù)據(jù)緩存器,就可以使高速工作的CPU與慢速工作的外設(shè)協(xié)調(diào)工作。

2.狀態(tài)端口

接口電路在執(zhí)行CPU命令之前、執(zhí)行命令過程中和執(zhí)行命令之后,外部設(shè)備及接口電路都會有一些情況發(fā)生,這些“情況”就是所謂“狀態(tài)”,包括正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)。

如“忙”、“閑”,“準備就緒”、“未準備就緒”,“滿”、“空”,以及“溢出錯”、“格式錯”、“校驗錯”等狀態(tài)。接口中一般都設(shè)置狀態(tài)寄存器,稱之為“狀態(tài)口”。

3.控制端口

CPU對被控對象即外部設(shè)備的控制命令是以命令代碼的形式先發(fā)送到接口中的命令寄存器,稱之為“命令口”,也稱為控制端口。再由接口電路對命令代碼進行識別和分析,

分解成若干個控制信號,傳送到I/O設(shè)備,使其產(chǎn)生相應(yīng)的具體操作?？梢?CPU并不是直接把命令送到被控對象,而是通過接口電路來進行控制的。

2.4.4I/O接口訪問外設(shè)的方式

在微機系統(tǒng)中一般有多種外設(shè),也可以有多臺同一種外設(shè),而一個CPU在同一時間里只能與一臺外設(shè)交換信息,這就要在接口中設(shè)置I/O端口地址譯碼電路對外設(shè)進行尋址。

CPU對外設(shè)的訪問實質(zhì)上是對I/O接口電路中相應(yīng)端口的訪問,因此和存儲器一樣,也需要由譯碼電路來形成I/O端口地址。I/O接口訪問外設(shè)有兩種尋址方式:與存儲器統(tǒng)

一編址方式和I/O端口獨立編址方式。兩種編址方式如圖2.11所示。圖2.11兩種編址方式對比圖

1)統(tǒng)一編址方式

如圖2.11(a)所示,統(tǒng)一編址方式實際上就是從存儲器空間劃出一部分地址空間給I/O外設(shè),把每一個I/O端口看作一個存儲單元,并作為存儲單元的一部分統(tǒng)一編址。訪問存儲器的所有指令均可用來訪問I/O端口,不用設(shè)置專門的I/O指令。

2)獨立編址方式

如圖2.11(b)所示,獨立編址方式就是指I/O外設(shè)端口地址空間與存儲器地址空間是各自分開的,對I/O端口的地址單獨編址,不占用存儲器的地址空間。獨立編址方式采用

專門的I/O指令對端口進行操作,輸入和輸出端口可用相同的地址。

獨立編址方式的優(yōu)點:將I/O指令和訪存指令區(qū)分開,使程序清晰,可讀性好;I/O指令較短,執(zhí)行速度快,也不占用內(nèi)存空間;I/O譯碼電路較簡單。

獨立編址方式的缺點:CPU指令系統(tǒng)必須有專門的IN和OUT指令,沒有訪問存儲器指令的功能強。CPU必須提供區(qū)分存儲器和I/O讀寫的控制信號。

8086有IN和OUT兩條專用的I/O指令,同時設(shè)計有直接尋址和間接尋址兩種尋址方式。

(1)直接尋址:只用于尋址00H~FFH前256個端口,操作數(shù)n表示端口號。

(2)間接尋址:可用于尋址全部64K個端口,對大于FFH的端口只能采用間接尋址方式,DX寄存器的值就是端口號。

I/O指令的直接尋址是指僅用低8位地址線A0~A7譯碼產(chǎn)生的I/O端口地址,僅可訪問256個I/O端口;用DX寄存器間接尋址,則由A0~A15地址線譯碼產(chǎn)生I/O端口地

址,此時可尋址64K個I/O端口地址。

2.4.5I/O接口電路的功能與組成

I/O接口是微機與外界的連接電路,一般必須具備有如下功能:

?執(zhí)行CPU命令的功能;

?返回外設(shè)狀態(tài)的功能;

?數(shù)據(jù)緩沖功能;

?信號轉(zhuǎn)換功能;

?設(shè)備選擇功能;

?數(shù)據(jù)寬度與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的功能。

為了實現(xiàn)上述功能,就需要硬件電路予以支撐;還要有相應(yīng)的程序予以驅(qū)動。所以,一個能夠?qū)嶋H運行的接口,應(yīng)由硬件電路和軟件編程兩部分組成。

1.硬件電路

從使用角度來看,接口的硬件電路包括以下三部分。

(1)基本邏輯電路。

基本邏輯電路包括命令寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。它們擔負著接收執(zhí)行命令、返回狀態(tài)和傳送數(shù)據(jù)的基本任務(wù),是接口電路的核心。

(2)端口地址譯碼電路。

端口地址譯碼電路由譯碼器或能實現(xiàn)譯碼功能的其他芯片,如GAL(PAL)器件、普通IC邏輯芯片構(gòu)成。它的作用是進行設(shè)備選擇,是接口中不可缺少的部分。這部分電路不包含在集成接口芯片中,要由用戶自行設(shè)計。

(3)供選電路。

供選電路是根據(jù)接口不同任務(wù)和功能要求而添加的功能模塊電路,設(shè)計者可按照需要加以選擇。在設(shè)計接口時,當涉及數(shù)據(jù)傳輸方式時,要考慮中斷控制或DMA控制器的選用;當涉及速度控制和發(fā)聲時,要考慮定時/計數(shù)器的選用;當涉及數(shù)據(jù)寬度轉(zhuǎn)換時,要考慮到移位寄存器的選用等等。

以上這些硬件電路不是孤立的,而是按照設(shè)計要求有機地結(jié)合在一起,使其相互聯(lián)系并相互作用,實現(xiàn)接口的功能。至于接口芯片中的控制邏輯電路,是用于對接口芯片內(nèi)部

各電路之間的協(xié)調(diào)以及對外部的聯(lián)絡(luò)控制,而與用戶的應(yīng)用無直接關(guān)系。圖2.12給出了一般I/O接口的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖2.12I/O接口硬件結(jié)構(gòu)圖

2.軟件編程

接口電路由于被控對象的多樣性而無一定模式,但從實現(xiàn)接口的功能來看,一個完整的設(shè)備接口程序大約包括如下一些程序段。

1)初始化程序段

對可編程接口芯片(或控制芯片)都需要通過其方式命令或初始化命令設(shè)置工作方式及初始條件,這是接口程序中的基本部分。

2)傳送方式處理程序段

只要有數(shù)據(jù)傳送,就有傳送方式的處理。查詢方式有檢測外設(shè)或接口狀態(tài)的程序段;中斷方式有中斷向量修改、對中斷源的屏蔽/開放以及中斷結(jié)束等的處理程序段,且程序

一定是主程序和中斷服務(wù)程序分開編寫。DMA方式有相關(guān)的DMA傳送操作,如通道的開放屏蔽等處理的程序段。

3)主控程序段

主控程序段是完成接口任務(wù)的程序段,如數(shù)據(jù)采集的程序段,包括發(fā)轉(zhuǎn)換啟動信號、查轉(zhuǎn)換結(jié)束信號、讀數(shù)據(jù)以及存數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

4)程序終止與退出程序段

該程序段包括程序結(jié)束退出前對接口電路中硬件的保護程序段。如對一些芯片的引腳設(shè)置為高或低電平,或?qū)⑵湓O(shè)置為輸入/輸出狀態(tài)等。

5)輔助程序段

該程序段包括人機對話、菜單設(shè)計等內(nèi)容。人機對話程序段能增加人機交互作用;菜單設(shè)計,使操作方便。第3章使用Proteus8設(shè)計微機系統(tǒng)3.1Proteus軟件簡介3.2Proteus軟件的簡單操作3.3利用Proteus建立8086最小系統(tǒng)3.4完成8086最小系統(tǒng)設(shè)計

3.1Proteus軟件簡介

Proteus的體系結(jié)構(gòu)主要有三大部分,即chematicCapture(電路圖繪制)、PCBLayout(PCB布線)和Gerber(光繪格式文件),如圖3.1所示。圖3.1Proteus8的功能結(jié)構(gòu)圖

3.2Proteus軟件的簡單操作

單擊“任務(wù)欄”→“開始”→“Proteus8Professional”→“Proteus8Professional”,或者雙擊桌面上的“Proteus8

Professional”圖標可以啟動Proteus8軟件。啟動后進入到Proteus軟件的主界面。如圖3.2所示,Proteus8.3的主界面主要包括:主菜單欄、主工具欄、HomePage三大部分。圖3.2Proteus8.3的主界面

3.2.1主菜單欄

主菜單欄包括File菜單、System菜單和Help菜單。File菜單的主要功能是新建項目、打開項目、保存項目、關(guān)閉項目等和項目有關(guān)的操作,具體功能如圖3.3所示。圖3.3File菜單欄

System菜單的主要功能是進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、更新管理和語言版本更新,其主要功能如圖3.4所示。圖3.4System菜單欄

單擊“System

Settings”命令彈出系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置對話框,主要包括了Global

Settings(全局設(shè)置)、Simulator

Settings(仿真器設(shè)置)、PCBDesignSettings(PCBCAD/CAM文件輸出路徑設(shè)置)和CrashReporting(崩潰報告設(shè)置)四個方面的內(nèi)容,如圖3.5所示。圖3.5SystemSettings窗口

3.2.2主工具欄

主工具欄是顯示位圖式按鈕的控制條,位圖式按鈕用來執(zhí)行命令功能,主要包括項目工具欄(ProjectToolbar或者FileI/OToolbar)和應(yīng)用模塊工具欄(ApplicationModule

Toolbar),為了與軟件其他界面中的工具欄加以區(qū)別,我們統(tǒng)稱該工具欄為主工具欄,如圖3.6所示。圖3.6主工具欄

3.2.3主頁

主頁(HomePage)是Proteus8應(yīng)用的新的模塊,其主要功能是提供快速的超鏈接幫助信息和系統(tǒng)快捷操作面板,主要包括:Gettingstarted面板、Help面板、About面板、Start面板和News面板等5個面板。

About面板主要顯示Proteus版本信息、用戶信息、操作系統(tǒng)信息和官方網(wǎng)址等信息。Start面板主要提供快速

News面板主要提供自動更新、手動更新以及新版版本特性、快速入門視頻和信息顯示等功能,單擊相應(yīng)的命令或者超鏈接進行相應(yīng)的操作。在Proteus的官方網(wǎng)站也提供了

很多學(xué)習(xí)視頻。當系統(tǒng)啟動后將自動檢測版本更新,如果有更高版本則會在News面板中顯示,并且在News面板的底部顯示相關(guān)狀態(tài)信息。在News面板中還提供了大量的視頻

超鏈接,為學(xué)習(xí)Proteus提供了一個很好的平臺。

3.3利用Proteus建立8086最小系統(tǒng)

8086最小模式也稱為單處理器模式,是指系統(tǒng)中只有一片8086微處理器,所連接的存儲器容量不大,芯片不多,I/O設(shè)備也不多,系統(tǒng)的控制總線可以直接由CPU的控制線供給,使得系統(tǒng)中的總線控制電路減到最少。圖3.7是一個典型的8086最小系統(tǒng)原理圖,包括8086微處理器、時鐘發(fā)生器8284、地址鎖存器8282、數(shù)據(jù)緩沖器8286,還有存儲器和I/O接口芯片。最小系統(tǒng)原理圖中,除8086無可替代之外,其他的芯片可以選擇不同的型號。圖3.7典型的8086最小系統(tǒng)原理圖

存儲器的譯碼電路,與I/O外設(shè)譯碼電路原理一樣,利用地址線生成ROM和RAM單元的片選信號。8086上電復(fù)位后地址為FFFF0H,首先從ROM里讀出程序,該程序是無條件跳轉(zhuǎn)指令,能夠使8086跳轉(zhuǎn)到RAM的地址讀出程序。

最大系統(tǒng)是相對于最小系統(tǒng)而言的,可以有多個微處理器,其中一個是主處理器8086,其他的處理器稱為協(xié)處理器,承擔某方面的專門工作,適用于中、大型規(guī)模的微機系統(tǒng)。

3.3.1新建一個項目

選擇主菜單欄“File”→“NewProject”或單擊主工具欄上的新建項目圖標,彈出創(chuàng)建新項目向?qū)υ捒?如圖3.8所示。圖3.8新建項目向?qū)?/p>

在向?qū)е?可以修改新建項目的名稱以及保存路徑,注意Proteus項目文件的文件后綴為*.pdsprj。讀者新建一個自主設(shè)計的項目一般選擇“NewProject”項,而“FromDevel-

opmentboard”項是指從開發(fā)板實例上快速創(chuàng)建項目,可根據(jù)需要選擇。修改好項目名稱和保存路徑后的內(nèi)容如圖3.9所示。圖3.9新建項目向?qū)?

單擊“Next”按鈕進入原理圖設(shè)置圖紙尺寸界面,如圖3.10所示。圖3.10新建項目向?qū)?

這里選擇“LandscapeA3”(橫向A3圖紙),單擊“Next”進入下一步PCB參數(shù)設(shè)置界面,如圖3.11所示。圖3.11新建項目向?qū)?

選中“Create

a

PCB

layout

from

the

selected

template”,然后可以按照項目的實際需要設(shè)置PCB板的樣式。8086最小系統(tǒng)項目現(xiàn)在不需要創(chuàng)建PCB板,選擇“Do

not

create

a

PCB

layout”(不創(chuàng)建),單擊Next進入下一步的固件參數(shù)選擇界面,如圖3.12所示。圖3.12新建項目向?qū)?

如果選擇“NoFirmwareProject”,項目將不會創(chuàng)建微處理器,設(shè)計普通模擬電路或數(shù)字電路時可以選擇不創(chuàng)建固件。當然,設(shè)計者也可以隨時在ISIS中手動添加微處理器,這就意味著在此處不創(chuàng)建固件也是可以的。一般情況下,在確定系統(tǒng)中有微處理器時,此處應(yīng)選擇“CreateFirmwareProject”,由軟件自動創(chuàng)建固件。首先,需要點擊微處理器系列的下拉按鈕,彈出如圖3.13所示的微處理器系列。圖3.13微處理器系列下拉菜單

若其他系列微處理器有多款不同類型的微處理器,如8051系列有80C51、80C52、80C31等多種類型的微處理器,則需要從中選擇項目所需的處理器型號并選擇相應(yīng)的編譯器,如圖3.14所示。其中標注“notconfigured”字樣的編譯器是沒有被安裝的編譯器,需要下載、安裝后才能使用。圖3.148051系列固件參數(shù)設(shè)置

8086最小系統(tǒng)項目自然要選中8086系列,系統(tǒng)自動選擇默認的8086微處理器以及MASM32編譯器,如圖3.15所示。圖3.158086固件參數(shù)設(shè)置

3.3.2安裝8086編譯器

可以看到,Proteus8.3軟件中默認沒有安裝MASM32編譯器,無法對8086進行匯編程序的編寫與仿真。在固件參數(shù)設(shè)置窗口單擊“Compilers...”按鈕,彈出ProteusVSM支

持的編譯器,如圖3.16所示。圖3.16Proteus默認支持的編譯器

在圖3.16中“Installed”一列顯示“Yes”的即為已經(jīng)安裝可用的編譯器,其名稱顯示在“Compiler”列,其安裝路徑顯示在“CompilerDirectory”列。顯示“Download”狀態(tài)的是沒有被安裝的編譯器。讀者需要自行下載MASM32,也可以在隨書資料中獲取。為保持與Proteus軟件的默認安裝位置一致,將MASM32文件夾拷貝到Proteus8.3安裝路徑下的

Tools子目錄內(nèi),并單擊“Manual...”按鈕,選擇MASM32編譯器的路徑指向MASM32文件夾所在位置,單擊“Check”按鈕確認編譯器成功安裝,如圖3.17所示。圖3.17MASM32編譯器安裝成功

單擊“OK”退出編譯器配置,如圖3.18所示即為配置好的編譯器的界面。圖3.18固件參數(shù)設(shè)置

在圖3.18中單擊“Next”按鈕,彈出項目的概要,如圖3.19所示。圖3.19新建項目概要

3.3.3完成新項目的創(chuàng)建

單擊“Finish”按鈕,完成一個8086新項目的創(chuàng)建,如圖3.20所示。其中原理圖編輯區(qū)就是設(shè)計原理圖的工作平臺,所有的電路設(shè)計都在此區(qū)域內(nèi)完成。原理圖編輯區(qū)默認有直

線式的交叉柵格,其功能是幫助對齊元器件,選擇菜單欄中的“View”→“Grid”命令可實現(xiàn)直線式網(wǎng)格、點狀柵格和無柵格之間的切換,也可直接利用快捷鍵G實現(xiàn)切換。柵格之間的距離可以通過菜單欄“View”→“Snap”命令改變。圖3.20新建項目的初始原理圖界面

可以看到,對象選擇窗口中已經(jīng)自動加入了一個8086微處理器,并且在原理圖編輯窗口已經(jīng)按照最小模式的連接方式繪制好了8086的電源引線,即22腳(READY)和33腳

(MN/MX)連接+5V電源,21腳(RESET)接地,如圖3.21所示。圖3.218086的原理圖模型

Proteus中的電源默認為+5VDC,如果項目需要提供不同的電源,只需在電源圖標上雙擊,即可彈出編輯終端標簽窗口,如圖3.22所示。圖3.22編輯終端標簽窗口

窗口標簽欄上面分別有原理圖編輯標簽“Schematic

Capture”和代碼編輯標簽“Source

Code”?！癝chematic

Capture”原理圖編輯窗口是設(shè)計電路原理圖的工作平臺,而“Source

Code”代碼編輯窗口則是編寫代碼程序的工作平臺。如在圖3.18中選中“Create

Quick

Start

Files”,系統(tǒng)的初始代碼編輯窗口的內(nèi)容如圖3.23所示。圖3.23快速創(chuàng)建代碼

3.3.4查找并添加元器件

在8086系統(tǒng)中,地址線和數(shù)據(jù)線是分時復(fù)用的,也就是說8086的16根地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線AD15~AD0以及4根地址/狀態(tài)復(fù)用線A19~A16在1個總線周期的不同時刻分別傳送地址信息或數(shù)據(jù),所以必須要有鎖存器將地址信息先保存起來,否則地址信息將會丟失。接下來,為8086最小系統(tǒng)添加兩個鎖存器。

單擊對象選擇窗口左上角的圖標,彈出“選取元器件”窗口,如圖3.24所示。圖3.24選取元器件窗口

Proteus8.3提供了豐富的元器件庫,熟悉元器件庫中的各種元器件的名稱和位置對于繪制電路原理圖是非常重要的。從圖3.24可以看出,Proteus的元器件庫采取了從大到小的分層管理模式,按照Category(類)→Subcategory(子類)→Manufacturer(生產(chǎn)廠商)的順序分布。Capture提供了36個類,包括了34858個元器件,表3.1給出了這36個類的名稱與功能。

Keywords區(qū)域是元器件的關(guān)鍵字輸入?yún)^(qū)。關(guān)鍵字可以是元器件的全稱、部分名稱、描述性字符或參數(shù)值等,通過關(guān)鍵字查找元器件是最常用的方法,表3.2給出了一些常用元

器件的關(guān)鍵字,以供參考。

在Keywords區(qū)域輸入地址鎖存器的名字8282,查找后的結(jié)果如圖3.25所示。圖3.25查找不到元器件時的窗口

查找74273有幾種方法,最簡單的一種就是在關(guān)鍵字區(qū)域輸入芯片的名稱74273,會彈出如圖3.26所示的窗口。圖3.26查找74273芯片

從圖3.26可知,在Proteus中一共查找到了12個符合74273關(guān)鍵字的結(jié)果,分別屬于6個類。需要注意的是,在選擇芯片之前,要查看窗口右上角的元器件預(yù)覽圖,如果預(yù)

覽圖上面顯示“SchematicModel”、“SPICEModel”或“VSMModel”,表示這些芯片在Proteus中是可以仿真運行的。但是如果顯示“NoSimulatorModel”則表示該器件無法進行仿真,這時如果需要仿真運行電路圖就不能選擇該芯片。需要指出的是,對于一些諸如連接器、接線端子、插座等對仿真沒有影響的元器件,如圖3.27所示的5針插頭,上述要求

不需要考慮。圖3.27不需要具有仿真功能的元器件示例

選中圖3.26中第一行的74273,單擊“OK”按鈕,原理圖編輯區(qū)將顯示出一個元器件的粉色輪廓,操作鼠標將該元器件移動到某處后單擊左鍵,該元器件就被放置在原理圖上

了,如圖3.28所示。同時在原理圖的對象選擇窗口也加入了74273芯片名稱。圖3.28添加一個74273鎖存器

此時,鼠標樣式還是一支筆的形狀,連續(xù)移動鼠標到合適的位置,單擊左鍵,可以快速地添加該元器件。因為8086有20根地址線,而74273芯片的數(shù)據(jù)引腳是8根,所以構(gòu)建一個完整的8086最小系統(tǒng)需要3片74273,如圖3.29所示。

從圖3.29可知,8086是原理圖中的第一個元器件,編號為U1。新加入元器件的編號由系統(tǒng)按照先后順序自動分配,分別顯示為U2、U3、U4,當前被選中的元器件以紅色陰

影來標識。圖3.29連續(xù)添加74273鎖存器

3.3.5移動元器件

按照以上方法添加3個鎖存器后,不難發(fā)現(xiàn)它們在原理圖中相互之間的位置并不適合連接電路,所以要將其移動至合適的位置。接下來介紹兩種移動元器件的方式。

(1)移動多個對象:單擊模式工具欄最上面的“Selection

Mode”選擇模式圖標,按住鼠標左鍵拖曳出一個黑色方框,將8086芯片以及與其相連的元件一起選中后松開鼠標左

鍵,此時被選中的對象以紅色標識,圖標也變成了十字形狀,此時按住左鍵移動鼠標將該對象移動至原理圖編輯區(qū)的適當位置,松開鼠標左鍵完成對象的移動操作。該過程如圖3.30所示。圖3.30移動多個對象示例

(2)移動單個對象:單擊模式工具欄最上面的“Selection

Mode”選擇模式圖標,單擊U2以選中這個74273芯片,然后按住鼠標左鍵移動該對象至合適位置后松開,即可完成移動單個元器件的操作,如圖3.31所示。圖3.31移動單個對象示例

按照上述方法,將8086和3個74273移動到圖3.32所示的位置。Proteus中的柵格有助于整齊、有序地放置元器件。圖3.32移動對象后的布局圖

3.3.6編輯窗口的縮放與預(yù)覽

在移動元器件或繪制原理圖時,經(jīng)常需要對繪圖區(qū)域進行縮放或移動。在Schematic

Capture編輯窗口沒有常規(guī)的滾動條,可以通過以下幾種方法移動編輯窗口。

(1)從圖3.32可以看到,預(yù)覽窗口中有一個綠色細實線的方框,這是當前可見的編輯窗口區(qū)域;在預(yù)覽窗口單擊鼠標左鍵后,移動綠色細實線方框就可以在原理圖編輯區(qū)內(nèi)任意移動編輯窗口,再次單擊左鍵即可固定編輯窗口。

(2)在原理圖編輯區(qū)中,按住“Shift”鍵,向編輯區(qū)的上下左右邊框移動鼠標可以實現(xiàn)編輯區(qū)的相應(yīng)移動,此模式稱為ShiftPan模式。編輯窗口移動的同時,預(yù)覽窗口中的綠色方框也相應(yīng)地進行移動。

(3)在原理圖編輯區(qū)中,通過滾動鼠標中間滾輪可以實現(xiàn)編輯窗口以鼠標指針為中心的放大或縮小,此模式稱為TrackPan模式。編輯窗口縮放的同時,預(yù)覽窗口中的綠色方框也相應(yīng)地進行縮放。

除了上面第3種方法可以進行編輯窗口的縮放之外,Proteus還提供了專用的縮放命令工具欄

,以及通過單擊“View”菜單欄彈出的縮放菜單命令,如圖3.33所示。圖3.33View菜單欄中的縮放命令

圖3.33中,CenterAtCursor命令(快捷鍵F5)的功能是以鼠標指針為中心切換編輯窗口。ZoomIn命令(快捷鍵F6)的功能是放大編輯窗口,ZoomOut命令(快捷鍵F7)的功能是縮小編輯窗口,ZoomToViewEntireSheet命令(快捷鍵F8)的功能是切換到整個編輯窗口。ZoomToArea命令的功能是區(qū)域縮放,激活該命令后,鼠標指針變成圖3.34中所示的形狀,按住鼠標左鍵拖曳出所需的編輯區(qū)域,釋放左鍵后再單擊左鍵,則在編輯窗口中顯示全部所選擇區(qū)域,如圖3.34所示。圖3.34ZoomToArea命令示例

3.3.7元器件的旋轉(zhuǎn)與鏡像

Proteus為繪制原理圖提供了旋轉(zhuǎn)與鏡像的命令,位于窗口左側(cè)模式工具欄下方。旋轉(zhuǎn)與鏡像工具欄及其功能如圖3.35所示。

圖3.35旋轉(zhuǎn)與鏡像工具欄

在選擇與放置元器件時,利用數(shù)字鍵盤上面的“+”、“-”快捷鍵可以方便地旋轉(zhuǎn)元器件。也可以在對象上單擊鼠標右鍵,在彈出的菜單欄(如圖3.36所示)中選擇旋轉(zhuǎn)或鏡像命令,操作更加便捷。圖3.36右鍵彈出的旋轉(zhuǎn)與鏡像菜單欄

3.3.8添加反相器

8086在一個基本總線周期的T1狀態(tài)會在ALE引腳上輸出一個正脈沖,作為鎖存器的地址鎖存信號,鎖存器在ALE電平信號的下降沿對地址線上的信息進行鎖存操作。我們選擇的鎖存器74273的CLK引腳是上升沿有效工作模式,因此為了與8086的ALE引腳信號相匹配,需要加入一個非門,或者加入反相器(同數(shù)字電路中與非門功能類似)進行電平轉(zhuǎn)換。按照3.3.5小節(jié)的說明,利用選取元器件窗口查找到7404,如圖3.37所示;在原理圖中添加一片反相器7404并放置到合適位置,雙擊7404芯片彈出編輯參數(shù)窗口,如圖3.38所示。圖3.38反相器7404的編輯參數(shù)窗口

從圖3.38可以看出,一片7404由6個部分組成,每一個部分都是一個非門,分別命名為U5:A~U5:F,它們雖然在原理圖中表示為不同的元器件,但是只要其編號相同,就表示它們是同一個元器件。添加好7404的原理圖如圖3.39所示。圖3.39添加一片7404

3.3.9連接導(dǎo)線

如圖3.40所示,將鼠標移動到8086的ALE引腳上,光標自動變成綠色鉛筆,表示Proteus已經(jīng)自動捕捉到了電氣連接點;單擊鼠標左鍵開始連接導(dǎo)線,此時光標變?yōu)闊o色鉛筆樣式;移動到7404芯片的1腳電