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一,、結構特點

　　本系統(tǒng)由鋁木合金箱體、高性能穩(wěn)壓電源,、系統(tǒng)控制部件,、開放式實驗電路區(qū)等組成。全部實驗用信號線的連接采用排線,，操作方便,，接觸可靠?；A實驗基于中小規(guī)模集成電路,，綜合性實驗基于在系統(tǒng)可編程核心器件，資源向學生開放,，可以完成“計算機組成原理",、“計算機結構與邏輯設計"、“在系統(tǒng)編程",、“VHDL設計",、“電子系統(tǒng)綜合設計"等課程的實驗，并可以進行“專用集成電路設計"的驗證實驗,。本實驗箱適用于本?？圃盒Ｓ嬎銠C專業(yè)和其它相關專業(yè)的相關課程的實驗和創(chuàng)新設計。

　　二,、技術性能

　　1,、硬件系統(tǒng)采用高性能單片機89S52和LATTICE公司CPLD器件的有機結合,使系統(tǒng)的硬件控制電路精簡而可靠。

　　2,、提供手動,、自動和聯(lián)機三種工作方式，滿足不同層次實驗的監(jiān)視需要,。

　　3,、具有完善的系統(tǒng)檢測電路和系統(tǒng)保護電路設計,使實驗系統(tǒng)更易于維護和使用。

　　4,、系統(tǒng)自備雙通道邏輯示波器,，便于實驗過程中時序信號的測量。

　　5,、系統(tǒng)和電腦采用RS232/USB通信方式,。

　　6、實驗系統(tǒng)采用總線結構,，使實驗計算機具有結構簡單清晰,、擴展方便、靈活易變等諸多優(yōu)點,，實驗時只要少些接線即可,。

　　7,、創(chuàng)新擴展FPGA實驗模塊，實現(xiàn)復雜模型機的設計實驗,。

　　8,、專為本機配備的動態(tài)集成調試運行軟件以圖形化的界面顯示模型機內部數(shù)據(jù)的流向和各種控制信號的狀態(tài)以及時序關系。

　　三,、硬件技術指標

　　1,、實驗電路工作電源：+5V/2A、±12V/0.5A,，每路均帶有短路保護和自動關斷功能,，每路帶電源指示。其中+5V電源設計有過壓,、過流,、欠壓保護功能，待電路中故障排除后,，自動恢復供電,，確保設備和人身安全。

　　2,、實驗系統(tǒng)的字長為8位,。

　　3、實驗系統(tǒng)的基本指令系統(tǒng)類PC 機,，有多種指令格式，多種尋址方式,。

　　4,、主存儲器采用8K字節(jié)靜態(tài)存儲器6264，用于存放用戶程序和數(shù)據(jù),。

　　5,、配運算器模塊，由4片4位的算術邏輯單元功能發(fā)生器級聯(lián)而成,。每片內實現(xiàn)16種二進制算術運算及16種邏輯運算,，可進行8位、16位運算器實驗,。

　　6,、控制器采用微程序方案實現(xiàn)，控存字長為24位,，可用最大容量為1024字節(jié),，且用電可擦寫的E2ROM存儲器芯片組成，支持動態(tài)微程序設計,。

　　7,、實驗系統(tǒng)工作頻率源由555時基電路和74LS123可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器組成產生,，頻率范圍為330HZ～580HZ?？梢酝瑫r產生四種不同時序的時鐘信號,。

　　8、實驗系統(tǒng)配有微程序手動輸入并顯示模塊,，裝有24個微程序輸入開關,，用于輸入微程序。

　　9,、配有手動16位數(shù)據(jù)輸入模塊,，裝有16個數(shù)據(jù)輸入開關，用于輸入16位數(shù)據(jù),。

　　10,、配8個控制開關，2個微動開關,，用于手動控制整機的運行和切換運行方式等,。

　　11、配2位七段數(shù)碼管以顯示程序運行的結果,。另配置6個數(shù)碼管,，用于交通燈顯示。

　　12,、配微地址發(fā)生器模塊和微地址顯示模塊,、微地址控制模塊。

　　13,、配數(shù)據(jù)總線顯示模塊,，用于顯示數(shù)據(jù)總線上的動態(tài)數(shù)據(jù)。

　　14,、配總線地址顯示模塊,，用于顯示地址總線上的動態(tài)地址。

　　15,、配有一個雙向通用移位寄存器,，以實現(xiàn)邏輯移位功能。

　　16,、具有超前進位控制邏輯,。

　　17、配有指令寄存器和地址寄存器,。

　　18,、主機上設計有二片大規(guī)模 CPLD 和強51單片機作為整機的主控器件，可以在自動方式下完成全部部件實驗和整機模型機設計實驗,。

　　19,、配有并行I/O接口電路8255,，實現(xiàn)帶輸入輸出接口的模型機的設計。

　　20,、配有定時/計數(shù)器接口電路8253,。實現(xiàn)帶定時/計數(shù)器功能的模型機的設計。

　　21,、配有中斷控制器8259,。實現(xiàn)帶中斷功能的模型機的設計)。

　　22,、配有雙端口存儲器IDT713200,。

　　23、模數(shù)A/D和數(shù)模D/A轉換電路,，實現(xiàn)數(shù)模和模數(shù)的轉換(C9JH有),。

　　24、配置ALTERA EPM240核心模塊,，實現(xiàn)具備多功能復雜模型機的設計實驗,。

　　25、創(chuàng)新自設計計算機體系結構實驗模塊(一個實驗室配1-2套)

　　1)USB設備開發(fā)與接口模塊：包含USB核心器件CY7C68013(含8051內核),、串行EEPROM 24LC01B ,、SRAM HY62WT081E、EPM3064ATC100,、數(shù)據(jù)總線開關 SN74CB3Q3245,、鎖存器 74VHC373、方口USB接口,。

　　2)平臺接口控制用CPLD模塊：包含EPM3512AQC208主芯片,、備頻器DS1080L、JTAG下載接口等,。

　　3)CPU或IP Core用FPGA模塊：包含核心器件EP1C12Q240C8、配置芯片EPCS4,、JTAG下載接口等,。

　　26、實驗的連接：模塊間實驗線路的連接：全部信號采用排線連接,，操作簡便,，實驗導線連接穩(wěn)定可靠。

　　27,、機箱：堅固型鋁合金框架,，厚實的 ABS 塑料包角，參考外形尺寸 480×360×150mm,。

　　四,、軟件技術指標

　　1,、實驗系統(tǒng)集成動態(tài)調試運行軟件。

　　2,、詳盡的CAI課件,能將實驗原理,、實驗目的、芯片,、查詢等功能集于一體,便于多媒體教學;

　　3,、程序和微程序調試功能，有單步,、斷點和連續(xù)等運行方式,。

　　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)視程序的運行狀態(tài)和運行結果。

　　6,、 用debug讀寫存貯菜單,，對寄存器進行輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)設置以及讀出目標輸出信息。

　　五,、實驗項目(全部提供源程序)

　　1,、基礎實驗

　　1)8位算術邏輯運算實驗

　　2)帶進位控制8位算術邏輯運算實驗

　　3)16位算術邏輯運算實驗

　　4)移位運算器實驗

　　5)存儲器實驗

　　6)微控制器實驗

　　2、設計性實驗

　　1)總線控制實驗

　　2)硬布線控制器實驗

　　3)乘法器設計實驗

　　4)FIFO先進先出存儲器實驗

　　5)數(shù)據(jù)通路實驗

　　6)基本模型機的設計與實現(xiàn)

　　7)擴展8255并行口實驗

　　8)擴展8253定時/計數(shù)器實驗

　　9)擴展8259中斷控制器實驗

　　10)擴展0809 AD轉換實驗

　　11)擴展0832 DA轉換實驗

　　12)擴展雙端口存儲器IDT713200實驗

　　3,、綜合設計應用實驗

　　1)帶移位運算的模型機的設計與實現(xiàn)

　　2)復雜模型機的設計與實現(xiàn)

　　3)可重構原理計算機組成設計實驗

　　4)基于CISC和RISC處理器構成的實驗計算機的設計與實現(xiàn)

　　5)用大規(guī)模芯片在模型機的基礎上設計一個8位輸入輸出并行接口芯片8212,。

　　6)基于流水技術構成模型計算機的實驗

　　六、實驗箱配置表

一,、結構特點

　　本系統(tǒng)由鋁木合金箱體,、高性能穩(wěn)壓電源、系統(tǒng)控制部件,、開放式實驗電路區(qū)等組成,。全部實驗用信號線的連接采用排線，操作方便,，接觸可靠,。基礎實驗基于中小規(guī)模集成電路,，綜合性實驗基于在系統(tǒng)可編程核心器件,，資源向學生開放，可以完成“計算機組成原理",、“計算機結構與邏輯設計",、“在系統(tǒng)編程"、“VHDL設計"、“電子系統(tǒng)綜合設計"等課程的實驗,，并可以進行“專用集成電路設計"的驗證實驗,。本實驗箱適用于本專科院校計算機專業(yè)和其它相關專業(yè)的相關課程的實驗和創(chuàng)新設計,。

　　二,、技術性能

　　1、硬件系統(tǒng)采用高性能單片機89S52和LATTICE公司CPLD器件的有機結合,使系統(tǒng)的硬件控制電路精簡而可靠,。

　　2,、提供手動、自動和聯(lián)機三種工作方式,，滿足不同層次實驗的監(jiān)視需要,。

　　3、具有完善的系統(tǒng)檢測電路和系統(tǒng)保護電路設計,使實驗系統(tǒng)更易于維護和使用,。

　　4,、系統(tǒng)自備雙通道邏輯示波器，便于實驗過程中時序信號的測量,。

　　5,、系統(tǒng)和電腦采用RS232/USB通信方式。

　　6,、實驗系統(tǒng)采用總線結構,，使實驗計算機具有結構簡單清晰、擴展方便,、靈活易變等諸多優(yōu)點,，實驗時只要少些接線即可。

　　7,、創(chuàng)新擴展FPGA實驗模塊,，實現(xiàn)復雜模型機的設計實驗。

　　8,、專為本機配備的動態(tài)集成調試運行軟件以圖形化的界面顯示模型機內部數(shù)據(jù)的流向和各種控制信號的狀態(tài)以及時序關系,。

　　三、硬件技術指標

　　1,、實驗電路工作電源：+5V/2A,、±12V/0.5A，每路均帶有短路保護和自動關斷功能,，每路帶電源指示。其中+5V電源設計有過壓,、過流,、欠壓保護功能，待電路中故障排除后,，自動恢復供電,，確保設備和人身安全,。

　　2、實驗系統(tǒng)的字長為8位,。

　　3,、實驗系統(tǒng)的基本指令系統(tǒng)類PC 機，有多種指令格式,，多種尋址方式,。

　　4、主存儲器采用8K字節(jié)靜態(tài)存儲器6264,，用于存放用戶程序和數(shù)據(jù),。

　　5、配運算器模塊,，由4片4位的算術邏輯單元功能發(fā)生器級聯(lián)而成,。每片內實現(xiàn)16種二進制算術運算及16種邏輯運算，可進行8位,、16位運算器實驗,。

　　6、控制器采用微程序方案實現(xiàn),，控存字長為24位,，可用最大容量為1024字節(jié)，且用電可擦寫的E2ROM存儲器芯片組成,，支持動態(tài)微程序設計,。

　　7、實驗系統(tǒng)工作頻率源由555時基電路和74LS123可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器組成產生,，頻率范圍為330HZ～580HZ,。可以同時產生四種不同時序的時鐘信號,。

　　8,、實驗系統(tǒng)配有微程序手動輸入并顯示模塊，裝有24個微程序輸入開關,，用于輸入微程序,。

　　9、配有手動16位數(shù)據(jù)輸入模塊,，裝有16個數(shù)據(jù)輸入開關,，用于輸入16位數(shù)據(jù)。

　　10,、配8個控制開關,，2個微動開關，用于手動控制整機的運行和切換運行方式等。

　　11,、配2位七段數(shù)碼管以顯示程序運行的結果,。另配置6個數(shù)碼管，用于交通燈顯示,。

　　12,、配微地址發(fā)生器模塊和微地址顯示模塊、微地址控制模塊,。

　　13,、配數(shù)據(jù)總線顯示模塊，用于顯示數(shù)據(jù)總線上的動態(tài)數(shù)據(jù),。

　　14,、配總線地址顯示模塊，用于顯示地址總線上的動態(tài)地址,。

　　15,、配有一個雙向通用移位寄存器，以實現(xiàn)邏輯移位功能,。

　　16,、具有超前進位控制邏輯。

　　17,、配有指令寄存器和地址寄存器,。

　　18、主機上設計有二片大規(guī)模 CPLD 和強51單片機作為整機的主控器件,，可以在自動方式下完成全部部件實驗和整機模型機設計實驗,。

　　19、配有并行I/O接口電路8255,，實現(xiàn)帶輸入輸出接口的模型機的設計,。

　　20、配有定時/計數(shù)器接口電路8253,。實現(xiàn)帶定時/計數(shù)器功能的模型機的設計,。

　　21、配有中斷控制器8259,。實現(xiàn)帶中斷功能的模型機的設計),。

　　22、配有雙端口存儲器IDT713200,。

　　23,、模數(shù)A/D和數(shù)模D/A轉換電路，實現(xiàn)數(shù)模和模數(shù)的轉換(C9JH有),。

　　24,、配置ALTERA EPM240核心模塊,，實現(xiàn)具備多功能復雜模型機的設計實驗。

　　25,、創(chuàng)新自設計計算機體系結構實驗模塊(一個實驗室配1-2套)

　　1)USB設備開發(fā)與接口模塊：包含USB核心器件CY7C68013(含8051內核)、串行EEPROM 24LC01B ,、SRAM HY62WT081E,、EPM3064ATC100、數(shù)據(jù)總線開關 SN74CB3Q3245,、鎖存器 74VHC373,、方口USB接口。

　　2)平臺接口控制用CPLD模塊：包含EPM3512AQC208主芯片,、備頻器DS1080L,、JTAG下載接口等。

　　3)CPU或IP Core用FPGA模塊：包含核心器件EP1C12Q240C8,、配置芯片EPCS4,、JTAG下載接口等。

　　26,、實驗的連接：模塊間實驗線路的連接：全部信號采用排線連接,，操作簡便，實驗導線連接穩(wěn)定可靠,。

　　27,、機箱：堅固型鋁合金框架，厚實的 ABS 塑料包角,，參考外形尺寸 480×360×150mm,。

　　四、軟件技術指標

　　1,、實驗系統(tǒng)集成動態(tài)調試運行軟件,。

　　2、詳盡的CAI課件,能將實驗原理,、實驗目的,、芯片、查詢等功能集于一體,便于多媒體教學;

　　3,、強的程序和微程序調試功能,，有單步、斷點和連續(xù)等運行方式,。

　　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)視程序的運行狀態(tài)和運行結果,。

　　6,、 用debug讀寫存貯菜單，對寄存器進行輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)設置以及讀出目標輸出信息,。

　　五,、實驗項目(全部提供源程序)

　　1、基礎實驗

　　1)8位算術邏輯運算實驗

　　2)帶進位控制8位算術邏輯運算實驗

　　3)16位算術邏輯運算實驗

　　4)移位運算器實驗

　　5)存儲器實驗

　　6)微控制器實驗

　　2,、設計性實驗

　　1)總線控制實驗

　　2)硬布線控制器實驗

　　3)乘法器設計實驗

　　4)FIFO先進先出存儲器實驗

　　5)數(shù)據(jù)通路實驗

　　6)基本模型機的設計與實現(xiàn)

　　7)擴展8255并行口實驗

　　8)擴展8253定時/計數(shù)器實驗

　　9)擴展8259中斷控制器實驗

　　10)擴展0809 AD轉換實驗

　　11)擴展0832 DA轉換實驗

　　12)擴展雙端口存儲器IDT713200實驗

　　3,、綜合設計應用實驗

　　1)帶移位運算的模型機的設計與實現(xiàn)

　　2)復雜模型機的設計與實現(xiàn)

　　3)可重構原理計算機組成設計實驗

　　4)基于CISC和RISC處理器構成的實驗計算機的設計與實現(xiàn)

　　5)用大規(guī)模芯片在模型機的基礎上設計一個8位輸入輸出并行接口芯片8212。

　　6)基于流水技術構成模型計算機的實驗

　　六,、實驗箱配置表