【正文】 1 蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 題 目 ： 基于 8086的 Proteus仿真波形發(fā)生器的設(shè)計(jì) 院系名稱： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 2 完成時(shí)間： 2021 年 1 月 10 日 目錄 簡(jiǎn)介 ?????????????????????? 2 ???????????????? ? 2 ． 8086CPU 的編程結(jié)構(gòu) ??????????????? 3 . 8086/8088CPU 的兩種工作模式 ?????????? ?? 4 ???????????????? 5 . 8253芯片 基本概述 ?????????????? 5 8253引腳圖 ?????????????? ??? 6 主要功能模塊單元 ??????????????? 10 4 .0 譯碼器 74LS138???????????????? 11 系統(tǒng)仿真電路圖 ???????????????? 13 仿真波形圖 ???????????????? 14 附錄 代 碼 ?????????????????? 15 參考文獻(xiàn) ??????????????????? 18 3 簡(jiǎn)介 《嵌入式硬件技術(shù)基礎(chǔ)》以 80x86 微處理器為平臺(tái)來(lái)闡述微機(jī)系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)的接口技術(shù)，通過(guò)匯編語(yǔ)言將原理與應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)將開(kāi)發(fā)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)所需要的硬件基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述?！肚度胧接布夹g(shù)基礎(chǔ)》可分為 3 個(gè)部分，第 1 部分主要介紹組成嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)功能部件的原理、結(jié)構(gòu)，第 2 部分主要介紹硬件編程語(yǔ)言 —— 匯編語(yǔ)言及其與 C 語(yǔ)言的混合編程，第 3 部分主要介紹嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的典型接口芯片、接口技術(shù)，以及 嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)的基本方法。 8086 的介紹 8086微處理器是 Intel 公司推出的第三代 CPU 芯片，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，都采用 16 位結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作及存儲(chǔ)器尋址，但外部性能有所差異，兩種處理器都封裝在相同的 40腳雙列直插組件（ DIP）中。 2． 8086 微處理器的一般性能特點(diǎn)： ? 16 位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 16 位雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線； ? 20 位地址信號(hào)線，可尋址 1M 字節(jié)存儲(chǔ)單元； ? 較強(qiáng)的指令系統(tǒng)； ? 利用第 16位的地址總線來(lái)進(jìn)行 I/O 端口尋址，可尋址 64K 個(gè) I/O 端口； ? 中斷功能強(qiáng)，可處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷 源可達(dá) 256個(gè)； ? 單一的＋ 5V電源，單相時(shí)鐘 5MHz。 另外， Intel 公司同期推出的 Intel8088 微處理器一種準(zhǔn) 16 位微處理器，其內(nèi)部寄存器，內(nèi)部操作等均按 16 位處理器設(shè)計(jì)，與 Intel8088 微處理器基本上相同，不同的是其對(duì)外的數(shù)據(jù)線只有 8 位，目的是為了方便地與 8位 I/O 接口芯片相兼容。 3． 8086CPU 的編程結(jié)構(gòu) 編程結(jié)構(gòu)：是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)，亦可稱為功能結(jié)構(gòu)。 如圖 2－ 1所示是 8086CPU 的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。 從功能上來(lái)看， 8086CPU 可分為兩部分，即總線接口部件 BIU（ Bus Interface Unit）和執(zhí)行部件 EU（ Execution Unit）。 (1) 執(zhí)行部件（ EU） 功能：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。 4 組成：包括① ALU(算術(shù)邏輯單元 )、②通用寄存器組和③標(biāo)志寄存器等，主要進(jìn)行 8位及 16位的各種運(yùn)算。 (2) 總線接口部件（ BIU） 功能：負(fù)責(zé)與存儲(chǔ)器及 I/O 接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來(lái)看，完成取指令送指令隊(duì)列，配合執(zhí)行部件的動(dòng)作，從內(nèi)存單元或 I/O 端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者 I/O端口。 組成：它由①段寄存器（ DS、 CS、 ES、 SS）、② 16位指令指針寄存 器 IP（指向下一條要取出的指令代碼）、③ 20位地址加法器（用來(lái)產(chǎn)生 20 位地址）和④ 6字節(jié)（ 8088 為 4字節(jié)）指令隊(duì)列緩沖器組成。 圖 21 8086/8088CPU 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖 8086CPU 的兩種工作模式 為了適應(yīng)各種使用場(chǎng)合，在設(shè)計(jì) 8086CPU 芯片時(shí)，就考慮了其應(yīng)能夠使它工作在兩種模式下，即最小模式與最大模式。 所謂最小模式，就是系統(tǒng)中只有一個(gè) 8086 微處理器， 在這種情況下，所有的總線控制信號(hào)，都是直接由 8086CPU 產(chǎn)生的，系統(tǒng)中的總線控制邏輯電路被減到最少，該模式適用于規(guī)模較小的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 最大模式是相對(duì)于最小模式而言的，最大模式用在中、大規(guī)模的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 在最大模式下，系統(tǒng)中至少包含兩個(gè)微處理器 ，其中一個(gè)為主處理器，即8086/8086CPU，其它的微處理器稱之為協(xié)處理器，它們是協(xié)助主處理器工作的。 與 8086CPU 配合工作的協(xié)處理器有兩類(lèi)，一類(lèi)是數(shù)值協(xié)處理器 8087 另一類(lèi) 5 是輸入 /輸出協(xié)處理器 8089。 8087 是一種專用于數(shù)值運(yùn)算的協(xié)處理器，它能實(shí)現(xiàn)多種類(lèi)型的數(shù)值運(yùn)算，如高精度的整型和浮點(diǎn)型數(shù)值運(yùn)算，超越函數(shù)（三角函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)）的計(jì)算等，這些運(yùn)算若用軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，將耗費(fèi)大量的機(jī)器時(shí)間。換句話說(shuō)，引入了8087 協(xié)處理器，就是把軟件功能硬件化，可以大大提高主處理器的運(yùn)行速度。 8089 協(xié)處理器，在原理上有點(diǎn)象帶有兩個(gè) DMA 通道的處理器，它有一套專門(mén)用于輸入 /輸出操作的指令系統(tǒng)，但是 8089 又和 DMA控制器不同，它可以直接為輸入 /輸出設(shè)備服務(wù)，使主處理器不再承擔(dān)這類(lèi)工作。所以，在系統(tǒng)中增加 8089協(xié)處理器之后，會(huì)明顯提高主處理器的效率，尤其是在輸入 /輸出操作比較頻繁的系統(tǒng)中。 仿真工具 Proteus軟件 Proteus 是一個(gè)基于 ProSPICE 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。 ISIS—— 智能原理圖輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本平臺(tái)； VSM仿真單元 —— 含混合模型仿真、 VSM 仿真、高級(jí)圖形仿真（ ASF）等； ARES —— 高級(jí) PCB 布線編輯軟件。 PROTEUS VSM 的仿真方式： ? 交互式仿真－ 檢驗(yàn)用戶所設(shè)計(jì)的電路是否能正常工作 . ? 基于圖表的仿真 (ASF)－用來(lái)研究電路的工作狀態(tài)及進(jìn)行細(xì)節(jié)的測(cè)量 . ? PROTEUS VSM 中的仿真工具： ? 探針－直接布置在線路上，用于采集和測(cè)量電壓 /電流信號(hào)； ? 電路激勵(lì)－系 統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)源； ? 虛擬儀器－用于定性分析電路的運(yùn)行狀況； ? 曲線圖表－用于定量分析電路的參數(shù)指標(biāo)。 8253 基本概述 intel8253 是 NMOS工藝制成的可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器，有幾種芯片型號(hào)，外形引腳及功能都是兼容的，只是工作的最高計(jì)數(shù)速率有所差異，例如 8253（ ） ,82535(5MHz) 8253 內(nèi)部有三個(gè)計(jì)數(shù)器，分別成為計(jì)數(shù)器 0、計(jì)數(shù)器 1和計(jì)數(shù)器 2，他們的機(jī)構(gòu)完全相同。每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入和輸出都決定于設(shè) 6 置在控制寄存器中的控制字，互相之間工作完全獨(dú)立。每個(gè)計(jì)數(shù)器通過(guò)三個(gè)引腳和外部聯(lián)系，一個(gè) 為時(shí)鐘輸入端 CLK，一個(gè)為門(mén)控信號(hào)輸入端 GATE，另一個(gè)為輸出端 OUT。每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一個(gè) 8 位的控制寄存器，還有一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)初值寄存器 CR、一個(gè)計(jì)數(shù)執(zhí)行部件 CE和一個(gè)輸出鎖存器 OL。 執(zhí)行部件實(shí)際上是一個(gè) 16 位的減法計(jì)數(shù)器，它的起始值就是初值寄存器的值，而初始值寄存器的值是通過(guò)程序設(shè)置的。輸出鎖存器的值是通過(guò)程序設(shè)置的。輸出鎖存器 OL用來(lái)鎖存計(jì)數(shù)執(zhí)行部件 CE 的內(nèi)容，從而使 CPU 可以對(duì)此進(jìn)行讀操作。順便提一下， CR、 CE 和 OL都是 16 位寄存器，但是也可以作 8位寄存器來(lái)用。 8253 引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 引腳定義 8253 由以下幾個(gè)部分組成： （ 1 數(shù)據(jù)總線緩沖器 (8位、三態(tài)、雙向 )； (2 讀 /寫(xiě)控制邏輯； CS：片選信號(hào)，低電平有效； RD：讀信號(hào)，低電平有效； WR：寫(xiě)信號(hào)，低電平有效 A1A0：端口選擇信號(hào) (3 三個(gè)通道 ( 0 ~ 2)； (4 一個(gè)控制寄存器； 7 8253 內(nèi)部可分為 6 個(gè)模塊，每個(gè)模塊的功能如下： 1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器及數(shù)據(jù)總線 D0～ D7 2. 讀 /寫(xiě)控制邏輯及控制引腳 CS* A1 A0 I/O地址 讀操作 RD* 寫(xiě)操作 WR* 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 40H 41H 42H 43H 讀計(jì)數(shù)器 0 讀計(jì)數(shù)器 1 讀計(jì)數(shù)器 2 無(wú)操作 寫(xiě)計(jì)數(shù)器 0 寫(xiě)計(jì)數(shù)器 1 寫(xiě)計(jì)數(shù)器 2 寫(xiě)控制字 3. 控制字寄存器 在初始化編程時(shí)， CPU寫(xiě)入方式控制字到控制字寄存器中，用以選擇計(jì)數(shù)通道及其相應(yīng)的工作方式。 8253 的控制字： 8253 的工作方式也是有控制字來(lái)決定，其控制字意義如下 8 4. 計(jì)數(shù)通道 0、計(jì)數(shù)通道 計(jì)數(shù)通道 2 3個(gè)計(jì)數(shù)通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同。每個(gè)計(jì)數(shù)通道都由一個(gè) 16位計(jì)數(shù)初值寄存器、一個(gè) 16位減法計(jì)數(shù)器和一個(gè) 16 位計(jì)數(shù)值鎖存器組成 計(jì)數(shù)初值存于預(yù)置寄存器，在計(jì)數(shù)過(guò)程中，減法計(jì)數(shù)器的值不斷遞減，而預(yù)置寄存器中的預(yù)置不變。輸出鎖存器用于寫(xiě)入鎖存命令時(shí)，鎖定當(dāng)前計(jì)數(shù)值。 計(jì)數(shù)器的 3 個(gè)引腳說(shuō)明： （ 1） CLK時(shí)鐘輸入信號(hào) 在計(jì)數(shù)過(guò)程中，此引腳上每輸入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)（下降沿），計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減 1 （ 2） GATE 門(mén)控輸入信號(hào) 控制計(jì)數(shù)器工作，可分成電平控制和上升 沿控制兩種類(lèi)型 （ 3） OUT計(jì)數(shù)器輸出信號(hào) 當(dāng)一次計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束（計(jì)數(shù)值減為 0）， OUT 引腳上將產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào) 8253 有 6種工作方式，由方式控制字確定 區(qū)分這 6種工作方式的主要標(biāo)志由 3點(diǎn)：一是輸出波形不同；二是啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的觸發(fā)方式不同；三是計(jì)數(shù)過(guò)程中門(mén)控信號(hào) GATE 對(duì)計(jì)數(shù)器操作的控制不同。 1． .方式 0低電平輸出（ GATE 信號(hào)上升沿繼續(xù)計(jì)數(shù)） 2．方式 1低電平輸出（ GATE 信號(hào)上升沿重新計(jì)數(shù)） 3．方式 2周期性脈沖輸出 4．方式 3周期性方波輸出 OUT輸出低電平，裝入計(jì)數(shù)值 n 后， OUT 立 即跳變?yōu)楦唠娖?。如果?dāng)前 G