基于8086的Proteus仿真波形发生器的设计

芜湖职业技术学院
题
目：基于 8086 的 Proteus 仿真
波形发生器的设计
院系名称： 专业班级： 指导教师： 学生姓名： 学 号：
完成时间：2011 年 1 月 10 日
目录
简介…………………………………………………………2
1.1.8086 的介绍……………………………………………2
1.2．8086CPU 的编程结构………………………………………3 1.3. 8086/8088CPU 的两种工作模式………………………………4
8253 基本概述
intel8253 是 NMOS 工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外 形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异，例如 8253 （2.6MHz）,8253-5(5MHz) 8253 内部有三个计数器，分别成为计数器 0、 计 数器 1 和计数器 2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设
置在控制寄存器中的控制字， 互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚 和外部联系，一个为时钟输入端 CLK，一个为门控信号输入端 GATE，另一个为输 出端 OUT。每个计数器内部有一个 8 位的控制寄存器，还有一个 16 位的计数初 值寄存器 CR、一个计数执行部件 CE 和一个输出锁存器 OL。 执行部件实际 上是一个 16 位的减法计数器，它的起始值就是初值寄存器的值，而初始值寄存 器的值是通过程序设置的。输出锁存器的值是通过程序设置的。输出锁存器 OL 用来锁存计数执行部件 CE 的内容，从而使 CPU 可以对此进行读操作。顺便提一 下，CR、CE 和 OL 都是 16 位寄存器，但是也可以作 8 位寄存器来用。
图 2-1
8086/8088CPU 内部功能结构图
8086CPU 的两种工作模式
为了适应各种使用场合，在设计 8086CPU 芯片时，就考虑了其应能够使它工 作在两种模式下，即最小模式与最大模式。
所谓最小模式，就是系统中只有一个 8086 微处理器，在这种情况下，所有
的总线控制信号，都是直接由 8086CPU 产生的，系统中的总线控制逻辑电路被减 到最少，该模式适用于规模较小的微机应用系统。 最大模式是相对于最小模式而言的，最大模式用在中、大规模的微机应用系 统中，在最大模式下，系统中至少包含两个微处理器，其中一个为主处理器，即 8086/8086CPU，其它的微处理器称之为协处理器，它们是协助主处理器工作的。 与 8086CPU 配合工作的协处理器有两类，一类是数值协处理器 8087 另一类
6．方式 5--单次负脉冲输出（硬件触发） 每种工作方式的设置过程类似： ⑴ 设定工作方式 ⑵ 设定计数初值 〔 ⑶ 硬件启动 〕 ⑷ 计数初值进入减 1 计数器 ⑸ 每输入一个时钟计数器减 1 的计数过程 ⑹ 计数过程结束 由于 8253 的读/写操作对系统时钟没有特殊的要求，因此它几乎可以应用与由 任何一种微处理器组成的系统中。 当 A1A0 分别为 00 01 10 11 时分别选中三个通道和控制字寄存器在 8088 系统 中，8088 的 A1A0 分别与 8253 的 A1A0 相连在 8086 系统中，通常将 8253 的 8 位 数据线与 8086 的低 8 位相连，即使用偶地址，所以 8086 的 A2A1 分别与 8253 的 A1A0 相连 Intel 8253 是一片具有三个独立的 16 位计数器通道的可编程定时器/计数器芯 片。每个通道都可以编程设定 6 种工作方式之一种； 由于 8253 的读/写操作对系统时钟没有特殊的要求， 因此它几乎可以应用与由任 何一种微处理器组成的系统中，可作为可编程的方波频率发生器、分频器、实时 时钟、事件计数器和单脉冲发生器等。 表 8-4 控制功能表 C S RD WR A1A0 功 能
组成：包括①ALU(算术逻辑单元)、②通用寄存器组和③标志寄存器等， 主 要进行 8 位及 16 位的各种运算。 (2) 总线接口部件（BIU） 功能：负责与存储器及 I/O 接口之间的数据传送操作。具体来看，完成取 指令送指令队列，配合执行部件的动作，从内存单元或 I/O 端口取操作数，或 者将操作结果送内存单元或者 I/O 端口。 组成：它由①段寄存器（DS、CS、ES、SS） 、②16 位指令指针寄存器 IP（指 向下一条要取出的指令代码） 、③20 位地址加法器（用来产生 20 位地址）和④6 字节（8088 为 4 字节）指令队列缓冲器组成。
8253 内部可分为 6 个模块，每个模块的功能如下： 1. 数据总线缓冲器及数据总线 D0～D7 2. 读/写控制逻辑及控制引脚
CS* 0 0 0 0
A1 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
I/O 地址 40H 41H 42H 43H
读操作 RD* 读计数器 0 读计数器 1 读计数器 2 无操作
是输入/输出协处理器 8089。 8087 是一种专用于数值运算的协处理器，它能实现多种类型的数值运算， 如高精度的整型和浮点型数值运算， 超越函数 （三角函数、 对数函数） 的计算等， 这些运算若用软件的方法来实现，将耗费大量的机器时间。换句话说，引入了 8087 协处理器，就是把软件功能硬件化，可以大大提高主处理器的运行速度。 8089 协处理器，在原理上有点象带有两个 DMA 通道的处理器，它有一套专 门用于输入/输出操作的指令系统，但是 8089 又和 DMA 控制器不同，它可以直接 为输入/输出设备服务， 使主处理器不再承担这类工作。 所以， 在系统中增加 8089 协处理器之后，会明显提高主处理器的效率，尤其是在输入/输出操作比较频繁 的系统中。
0
1
0
0 0
写计数器 0
0
1
0
0 1
写计数器 1
0
1
0
1 0
写计数器 2
0
1
0
1 1
写控制字寄存器
0
0
1
0 0
读计数器 0
0
0
1
0 1
读计数器 1
0
0
1
1 0
读计数器 2 无操作
0
0
1
1 1
5.0 系统仿真电路图…………………………………………13 6.0 仿真波形图…………………………………………14
附录 代码………………………………………………15
参考文献…………………………………………………18
简介
《嵌入式硬件技术基础》以 80x86 微处理器为平台来阐述微机系统的组成 和系统的接口技术，通过汇编语言将原理与应用联系起来，同时将开发嵌 入式应用系统所需要的硬件基础知识进行了详细的阐述。 《嵌入式硬件技术 基础》可分为 3 个部分，第 1 部分主要介绍组成嵌入式应用系统功能部件 的原理、结构，第 2 部分主要介绍硬件编程语言——汇编语言及其与 C 语 言的混合编程，第 3 部分主要介绍嵌入式应用系统的典型接口芯片、接口 技术，以及嵌入式应用系统软、硬件设计的基本方法。
写操作 WR* 写计数器 0 写计数器 1 写计数器 2 写控制字
3. 控制字寄存器 在初始化编程时，CPU 写入方式控制字到控制字寄存器中，用以选择计数通道及 其相应的工作方式。 8253 的控制字： 8253 的工作方式也是有控制字来决定，其控制字意义如下
4. 计数通道 0、计数通道 1、计数通道 2 3 个计数通道内部结构完全相同。每个计数通道都由一个 16 位计数初值寄存器、 一个 16 位减法计数器和一个 16 位计数值锁存器组成 计数初值存于预置寄存器，在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄 存器中的预置不变。输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值。 计数器的 3 个引脚说明： （1）CLK 时钟输入信号 在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿） ，计数器的计数值减 1 （2） GATE 门控输入信号 控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型 （3） OUT 计数器输出信号 当一次计数过程结束（计数值减为 0） ，OUT 引脚上将产生一个输出信号 8253 有 6 种工作方式，由方式控制字确定 区分这 6 种工作方式的主要标志由 3 点：一是输出波形不同；二是启动计数器的 触发方式不同；三是计数过程中门控信号 GATE 对计数器操作的控制不同。 1．.方式 0--低电平输出（GATE 信号上升沿继续计数） 2．方式 1--低电平输出（GATE 信号上升沿重新计数） 3．方式 2--周期性脉冲输出 4．方式 3--周期性方波输出 OUT 输出低电平，装入计数值 n 后，OUT 立即跳变为高电平。如果当前 GATE 为高 电平，则立即开始减“1”计数，OUT 保持为高电平，若 n 为偶数，则当计数值 减到 n/2 时，OUT 跳变为低电平，一直保持到计数值为“0” ，系统才重新置入计 数值 n，实现循环计数。这时 OUT 端输出周期为 n×CLK 周期，占空比为 1：1 的 方波序列：若 n 为奇数，则 OUT 端输出周期为 n×CLK 周期，占空比(n+1)/2 : (n-1)/2 的近似方波序列。 5．方式 4--单次负脉冲输出（
Proteus 是一个基于 ProSPICE 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系统软、硬件 设计仿真平台。 ISIS——智能原理图输入系统，系统设计与仿真的基本平台； VSM 仿真单元——含混合模型仿真、VSM 仿真、高级图形仿真（ASF）等； ARES ——高级 PCB 布线编辑软件。 PROTEUS VSM 的仿真方式： � 交互式仿真－ 检验用户所设计的电路是否能正常工作. � 基于图表的仿真 (ASF)－用来研究电路的工作状态及进行细节的测 量. � PROTEUS VSM 中的仿真工具： � 探针－直接布置在线路上，用于采集和测量电压/电流信号； � 电路激励－系统的激励信号源； � 虚拟仪器－用于定性分析电路的运行状况； � 曲线图表－用于定量分析电路的参数指标。
3．8086CPU 的编程结构
编程结构：是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构。 如图 2－1 所示是 8086CPU 的内部功能结构。 从功能上来看， 8086CPU 可分为两部分， 即总线接口部件 BIU（ Bus Interface Unit）和执行部件 EU（Execution Unit） 。 (1) 执行部件（EU） 功能：负责指令的执行。