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基于TPC-USB实验系统的时钟系统设计
目录
第一部分概论 2
第二部分硬件设计 2
1. 硬件基础 2
2. 硬件设计 3
基于TPC-USB实验系统总线与时钟系统的连接 3
5
8253主要特性 5
8253的内部结构和引脚 5
8253的工作方式 6
7
可编程并行输入/输出接口8255A 的结构 7
8255A有三种基本的工作方式 9
LED七段显示器 9
共阳极LED显示器 10
共阴极LED显示器 10
多位数字静态显示及其接口 10
多位数字动态显示及其接口 10
硬件测试 10
第三部分软件设计 11
8253、8255、8259的初始化 11
8253的初始化 11
8255的初始化 12
12
8259的初始化 13
设置8259的方式字 13
时钟程序设计 14
程序清单 16
第四部分系统测试与性能分析 23
23
性能分析 25
第五部分系统展望 25
第六部分实验过程中的问题与解决方法 25
第七部分实验感想及对课程的建议 26
第一部分概论
随着计算机使用的日益普及,计算机已成为了人们日常生活中不可分割的一部分。而时钟,不仅早已是人们日常生活的必需品,更是计算机系统核心运行中作为中流砥柱的其中一部分。这点在分时操作系统中尤为体现。
微机系统常需要为处理机和外设提供时间标记,或对外部事件进行技术。例如系统的程序切换,向外设定是周期性地输出控制信号,外部事件发生次数达到规定值后产生中断,以及统计外部事件发生的次数等,因此,需要解决系统的定时问题。
定时的本质就是计数。只要把若干小片计时单元累加起来,就可获得一段时间。而微机系统中的定时分为两类:一类是计算机本身运行的时间基准——内部定时,是计算机每种操作按照严格的时间节拍执行;另一类是外部设备实现某种功能时,在外设与CPU之间,或外设与外设之间的时间配合——外部定时。前者,已由CPU硬件结构确定,有固定的时许关系,无法修改;后者,由于外设或被控对象的任务不同,功能各异,没有一定的模式,需要用户自己设定。而用户在考虑外设和CPU连接时,不能脱离计算机的定时要求,应以计算机的时序关系作为一句,设计外部定时机构,以满足计算机的时序要求,进行时序配合。至于在一个过程控制中,用户可以按照各个控制对象的性质和规律独立进行设计各自的定时关系。
本文基于TPC-USB试验系统,通过可编程计数/定时器8253、可编程并行I/O接口8255A及LED七段显示器进行具有可取当前系统时间、可自定义时间并运行及显示功能的时钟系统设计。经实验验证,该设计方案是完全可行的。
第二部分硬件设计
硬件基础
TPC-USB实验系统简介
TPC-USB通用微机接口实验系统是清华大学计算机系研制,清华大学科教仪器厂生产的学生实验系统。该系统由一块USB总线接口模块、一个扩展实验台及软件集成实验环境组成。USB总线接口模块直接通过USB总线电缆与PC机相连,模块与实验台之间由一条50芯扁平电缆连接。
(1)50芯总线信号插座及总线信号插孔
50芯总线信号插座在实验台左上方,总线插座信号安排如上表。各总线信号采用“自锁紧”插孔在标有“总线”的区域引出,有数据线D0-D7、地址线A19-A0、I/O读写信号IOR IOW、存储器读写信号 MEMR MEMW、中断请求 IRQ、DMA申请DRQ、DMA回答DACK、AEN 等。
(2)时钟电路
如下图所示,输出1MHZ、2MHZ两种信号,供定时器/计数器、A/D转换器、串行接口实验使用。
2. 硬件设计
基于TPC-USB实验系统总线与时钟系统的连接
基于TPC-:
8253芯片
8255芯片
:系统连接框图
(1),频率为1MHZ的脉冲输入经过8253通道0的CLK1 ,变成频率为100HZ的方波由OUT0输入,再将OUT0输出的脉冲由CLK1输送给8253的通道1,最后由OUT1输出1个每秒产生一个长度为1/100秒长度的低电平的脉冲信号;再将这个信号经过反相输入到TPC-USB实验系统的中断口IRQ3,从而实现每秒送出一个中断信号给CPU,CPU实现计时功能。CPU经由8255芯片将时间信息输送到7段数码管显示