微机接口实验指导.docx
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微机接口实验指导
微机接口实验指导
何克东徐蛟郑赤鸥编
中国科学技术大学计算机系
目录
第1章实验操作步骤简介..........................................................................................................1
第2章80X86微机接口技术实验……………………………………………………………..3
2.1.静态存储器扩展实验3
2.2FLASH存储器扩展实验4
2.38259中断控制实验6
2.4DMA特性及8237应用实验9
2.58254定时/计数器应用实验11
2.6基本I/O接口电路设计实验13
2.78255并行接口实验15
2.816550串行接口应用实验16
2.9A/D转换实验18
2.10D/A转换实验20
2.11键盘扫描及显示设计实验21
2.12电子发声设计实验22
2.13点阵LED显示设计实验24
第3章80X86微机控制应用实验…………………………………………………………….26
3.1直流电机闭环调速实验26
3.2温度闭环控制实验28
附录1Wmd86联机软件使用说明……………………………………………………….31
附录2系统编程信息37
第1章实验操作步骤简介
1．实验系统由PC机和实验仪两部分组成，下图为实验仪面板图。
TD-PIT+实验系统单元分布图
2．实验操作步骤简介
●
在桌面上双击，进入系统界面（左图）。
●使用文件菜单，建立或打开汇编源程序文件。
●在编辑窗口输入或修改程序。
●输入、修改完后点击保存。
●点击
，编译文件，若程序编译无误，则输出如下图（左）所示的输出信息，然后再点击
进行链接，链接无误输出如下图（右）所示的输出信息。
●打开实验系统电源。
●
点击
下载程序。
为编译、链接、下载组合按钮，通过该按钮可以将编译、链接、下载一次完成。
下载成功后，在输出区的结果窗中会显示“加载成功！
”，表示程序已正确下载。
起始运行语句下会有一条绿色的背景。
如左图所示。
●点击
按钮，运行程序，点击
按钮停止程序运行。
实验电路的连接，请参照后面具体实验内容的介绍。
附录1中给出了详细的实验仪软件使用说明。
附录2中给出了实验仪的内存编址、I/O接口编址及中断功能使用说明。
第2章80X86微机接口技术实验
2.1静态存储器扩展实验
2.1.1实验目的
1.了解存储器扩展的方法和存储器的读/写；
2.掌握CPU对16位存储器的访问方法。
2.1.2实验内容
编写实验程序，将0000H～000FH共16个数写入SRAM的从0000H起始的一段空间中，然后通过系统命令查看该存储空间，检测写入数据是否正确。
2.1.3实验原理
存储器是用来存储信息的部件，是计算机的重要组成部分，静态RAM是由MOS管组成的触发器电路，每个触发器可以存放1位信息。
只要不掉电，所储存的信息就不会丢失。
因此，静态RAM工作稳定，不要外加刷新电路，使用方便。
但一般SRAM的每一个触发器是由6个晶体管组成，SRAM芯片的集成度不会太高，目前较常用的有6116（2K×8位），6264（8K×8位）和62256（32K×8位）。
本实验平台上选用的是62256，两片组成32K×16位的形式，共64K字节。
62256的外部引脚如图2-1-1所示。
本系统采用准32位CPU，具有16位外部数据总线，即D0、D1、…、D15，地址总线为BHE＃（＃表示该信号低电平有效）、BLE＃、A1、A2、…、A20。
存储器分为奇体和偶体，分别由字节允许线BHE＃和BLE＃选通。
存储器中，从偶地址开始存放的字称为规则字，从奇地址开始存放的字称为非规则字。
处理器访问规则字只需要一个时钟周期，BHE＃和BLE＃同时有效，从而同时选通存储器奇体和偶体。
处理器访问非规则字却需要两个时钟周期，第一个时钟周期BHE＃有效，访问奇字节；第二个时钟周期BLE＃有效，访问偶字节。
处理器访问字节只需要一个时钟周期，视其存放单元为奇或偶，而BHE＃或BLE＃有效，从而选通奇体或偶体。
写规则字和非规则字的简单时序图如图2-1-2所示。
2.1.4实验步骤
1.实验接线图如图2-1-3所示，按图接线；
2.编写实验程序，经编译、链接无误后装入系统；
3.先运行程序，然后再停止程序运行；
4.通过D命令查看写入存储器中的数据，应为0001、0002、…、000F共16个字；
5.改变实验程序，按非规则字写存储器，观察实验结果；
6.改变实验程序，按字节方式写存储器，观察实验现象；
7.将实验程序改为死循环程序，分别按规则字与非规则字的方式写存储器，并使用示波器观察WR＃信号的波形，分析实验现象，掌握16位外部数据总线的操作方法。
程序流程图：
2.2FLASH存储器扩展实验
2.2.1实验目的
1.学习FLASH存储器的工作原理与读/写方式；
2.了解AT29C010A的编程特性。
2.2.2实验内容
编写实验程序对FLASHROM进行操作，要求对FLASH的读/写、数据保护功能、芯片擦除等特性进行验证。
2.2.3实验原理
1.FLASHROM简介
在系统可编程可擦除只读存储器FLASH通常称为“闪存”，该类型的存储器具有掉电时数据不丢失、扇区编程、芯片擦除、单一供电和高密度信息存储等特性，主要用于保存系统引导程序和系统参数等需要长期保存的重要信息，现广泛应用于各种产品中。
AT29C010A为5V在系统可编程可擦除只读FLASH，存储容量为128K×8，封装为PLCC32，其管脚如图2-2-1所示。
引脚说明如下：
A0～A16：
地址信号；
CE#：
芯片使能信号；
OE#：
输出使能信号；
WE#：
写使能信号；
I/O0～I/O7：
数据输入/输出信号：
NC：
空脚，不连接。
2.FLASH的编程
AT29C010A的数据编程以扇区为单位来进行操作。
该器件共有1024个扇区,每个扇区为128字节。
当进行数据编程时，首先将连续的128字节在内部进行锁存，然后存储器进入编程周期，将锁存器中的128字节数据依次写入存储器的扇区中，对于扇区的编程时间一般需要10ms，接下来才能对下一个扇区进行编程。
在对一个扇区进行编程前，存储器会自动擦除该扇区内的全部数据，然后才进行编程。
软件数据保护：
AT29C010A提供软件数据保护功能，在编程之前写入三个连续的程序命令，即按顺序将规定的数据写入指定的地址单元，便可以启动软件数据保护功能。
在软件数据保护功能启动以后，每次编程之前都需要加上这三条命令，否则数据将无法写入FLASH。
断电不会影响该功能，即重新上电软件数据保护仍然有效。
这样可以防止意外操作而破坏FLASH中的数据。
如果需要去除软件数据保护功能，可以用同样的方法写入连续的六个命令。
启动软件数据保护功能的命令序列如图2-2-2的（a）所示，取消软件数据保护功能的命令序列如图2-2-2的（b）所示。
芯片擦除：
AT29C010A可以对整个芯片进行擦除，通过写入六个连续的命令实现，具体命令序列如图2-2-3所示。
注：
通常，16位数据总线，低8位数据总是写入偶地址存储单元或端口，而高8位数据总是写入奇地址存储单元或端口，读出时情况相同。
这里将8位FLASH挂在16位数据总线时，一般连接数据总线到低8位，地址按偶数变化，所以当向5555H中写入数据时，应该将地址5555H乘2，即此时应向AAAAH中写入数据。
2.2.4实验步骤
本实验需编制4个FLASH程序，说明如下：
FLASH1.ASM：
芯片擦除程序，执行该程序可将芯片进行擦除，擦除后芯片中的内容为全FF；
FLASH2.ASM:
使能数据保护功能,并将数据80H~01H共128个字节写入FLASH中；
FLASH3.ASM：
不考虑芯片的数据保护功能是否使能，直接向FLASH中全写入55；
FLASH4.ASM：
去除FLASH的数据保护功能，并将数据01H～80H共128个字节写入FLASH中。
可按如下步骤验证FLASH的数据保护功能及芯片擦除功能：
1.实验参考接线图如图2-2-4所示，连接电路图；
2.装入程序FLASH1.ASM，下载完成后，执行D命令查看FLASH中的内容，若为全FF，接着操作步骤3，否则运行程序，再查看FLASH中的内容，看是否为全FF；
3.打开程序FLASH2.ASM，下载程序，然后运行，停止程序后使用D命令查看FLASH中的内容，检查是否正确写入数据80H～01H；
4.打开程序FLASH3.ASM，下载程序，然后运行，停止程序后使用D命令查看FLASH中的内容，看是否将55全写入FLASH中；
5.打开程序FLASH4.ASM，装入系统后运行程序，停止程序后查看FLASH中的内容是否正确写入01H～80H；
6.步骤5成功执行后，再次操作步骤4，再查看能否将55写入FLASH；
7.若步骤2中原本FLASH中的内容为FF,则此时可重新操作步骤2，对芯片进行擦除。
自行设计程序，对FLASH的特性进行验证，参看AT29C010A器件手册，可对其它特性进行实验，达到完全掌握FLASH的目的。
2.38259中断控制实验
2.3.1实验目的
1.掌握8259中断控制器的工作原理；
2.学习8259的应用编程方法；
3.掌握8259级联方式的使用方法。
2.3.2实验内容及步骤
1.中断控制器8259简介
在实验仪的Intel386EX芯片中集成有中断控制单元（ICU）,该单元包含有两个级联中断控制器，一个为主控制器，一个为从控制器。
该中断控制单元就功能而言与工业上标准的82C59A是一致的,操作方法也相同。
从片的INT连接到主片的IR2信号上构成两片8259的级联。
在TD-PITE实验系统中,将主控制器的IR6、IR7以及从控制器的IR1开放出来供实验使用,主片8259的IR4供系统串口使用。
8259的内部连接及外部管脚引出如图2-3-1所示。
表2-3-1列出了中断控制单元的寄存器相关信息。
在对8259进行编程时,首先必须进行初始化。
一般先使用CLI指令将所有的可屏蔽中断禁止,然后写入初始化命令字。
8259有一个状态机控制对寄存器的访问，不正确的初始化顺序会造成异常初始化。
在初始化主片8259时，写入初始化命令字的顺序是：
ICW1、ICW2、ICW3、然后是ICW4，初始化从片8259的顺序与初始化主片8259的顺序是相同的。
系统启动时，主片8259已被初始化，且4号中断源（IR4）提供给与PC联机的串口通信使用，其它中断源被屏蔽。
中断矢量地址与中断号之间的关系如下表所示：
2.8259单中断实验
实验接线图如图2-3-11所示，单次脉冲输出与主片8259的IR7相连，每按动一次单次脉冲，产生一次外部中断，在显示屏上输出一个字符“7”。
实验步骤
（1）按图2-3-11连接实验线路；
（2）编写实验程序，经编译、链接无误后装入系统；
（3）运行程序，重复按单次脉冲开关KK1+，显示屏会显示字符“7”，以说明响应了中断。
程序流程图
主程序中断子程序
3.8259级联实验
实验接线图如图2-3-12所示，KK1+连接到主片8259的IR7上，KK2+连接到从片8259的IR1上，当按一次KK1+时，显示屏上显示字符“M7”，按一次KK2+时，显示字符“S1”。
编写程序。
实验步骤
（1）按图2-3-12连接实验线路；
（2）输入程序，编译、链接无误后装入系统；
（3）运行程序，按动KK1+或KK2+，观察实验结果，验证实验程序的正确性；
（4）若同时按下KK1+和KK2+，观察实验结果，解释实验现象。
程序流程图
主程序主片中断子程序从片中断子程序
2.4DMA特性及8237应用实验
2.4.1实验目的
1.掌握8237DMA控制器的工作原理；
2.了解DMA特性及8237的几种数据传输方式；
3.掌握8237的应用编程。
2.4.2实验原理及内容
1.表2-4-1列出了8237内部寄存器和软命令及其操作信息。
2.实验内容
将存储器1000H单元开始的连续10个字节的数据复制到地址0000H开始的10个单元中，实现8237的存储器到存储器传输。
实验参考线路图如图2-4-8所示。
实验系统中提供了MY0和MY1两个存储器译码信号，译码空间分别为800000H～9FFFFH和A0000H～AFFFFH。
在做DMA实验时，CPU会让出总线控制权，而8237的寻址空间仅为0000H～FFFFH，8237无法寻址到MY0的译码空间，故系统中将高位地址线A19～A17连接到固定电平上，在CPU让出总线控制权时，MY0会变为低电平，即DMA访问期间，MY0有效。
具体如下图所示。
2.4.3实验步骤
1.实验接线图如图2-4-8所示，按图连接实验线路；
2.根据实验要求，参考流程图2-4-9编写实验程序；
3.编译、链接程序无误后，将目标代码装入系统；
4.初始化首地址中的数据，通过E8000:
2000命令来改变；（注：
思考为何通道中送入的首地址值为1000H，而CPU初始化时的首地址为2000H）
5.运行程序，然后停止程序运行；
6.通过D8000:
0000命令查看DMA传输结果，是否与首地址中写入的数据相同，可反复验证；
7.自己思考DMA的其它的传输方式，设计实验进行验证。
2.58254定时/计数器应用实验
2.5.1实验目的
1.掌握8254的工作方式及应用编程；
2.掌握8254典型应用电路的接法。
2.5.2实验内容
1.计数应用实验。
编写程序，应用8254的计数功能，使用单次脉冲模拟计数，使每当按动‘KK1＋’5次后，产生一次计数中断，并在屏幕上显示一个字符‘M’。
2.定时应用实验。
编写程序，应用8254的定时功能，产生一个1ms的方波。
2.5.3实验原理
略
2.5.4实验步骤
1.计数应用实验
编写程序,将8254的计数器0设置为方式3,计数值为十进制数4,用单次脉冲KK1+作为CLK0时钟,OUT0连接MIR7,每当KK1+按动5次后产生中断请求,在屏幕上显示字符“M”。
实验步骤：
（1）实验接线如图2-5-2所示；
（2）编写实验程序，经编译、链接无误后装入系统；
（3）运行程序，按动KK1+产生单次脉冲，观察实验现象；
（4）改变计数值，验证8254的计数功能。
程序流程图
主程序中断子程序
2.定时应用实验
编写程序，将8254的计数器0设置为方式3，用信号源1MHz作为CLK0时钟，OUT0为波形输出1ms方波。
实验步骤：
（1）接线图如图2-5-3所示；
（2）根据实验内容，编写实验程序，经编译、链接无误后装入系统；
（3）运行实验程序，用示波器测试OUT0输出，验证程序功能。
程序流程图
2.6基本I/O接口电路设计实验
2.6.1实验目的
（1）掌握基本I/O接口电路的设计方法。
（2）熟练汇编语言I/O端口操作指令的使用。
2.6.2实验内容
利用三态缓冲器74LS245、锁存器74LS374设计微机总线和外部设备的数据通道，实现微机对外部输入数据的读取和对输出数据的输出。
用开关及LED显示单元的开关和数据灯作为输入和输出显示设备，将读到开关的数据显示在数据灯上。
2.6.3实验原理
1．输入接口设计
输入接口一般用三态缓冲器实现，外部设备输入数据通过三态缓冲器，通过数据总线传送给微机系统。
74LS245是一种8通道双向的三态缓冲器，其管脚结构如图2-6-1所示。
DIR引脚控制缓冲器数据方向，DIR为1表示数据由A[7:
0]至B[7:
0]，DIR为0表示数据由B[7:
0]至A[7:
0]。
G引脚为缓冲器的片选信号，低电平有效。
图2-6-174LS245双向三态缓冲器管脚图
2．输出接口设计
输出接口一般用锁存器实现，从总线送出的数据可以暂存在锁存器中。
74LS374是一种8通道上沿触发锁存器。
其管脚结构如图2-6-2所示。
D[7:
0]为输入数据线，Q[7:
0]为输出数据线。
CLK引脚为锁存控制信号，上升沿有效。
当上升沿到时，输出数据线锁存输入数据线上的数据。
OE引脚为锁存器的片选信号，低电平有效。
图2-6-274LS374上沿触发锁存器管脚图
3．输入输出接口设计
用74LS245和74LS374可以组成一个输入输出接口电路，既实现数据的输入又实现数据的输出，输入输出可以占用同一个端口。
是输入还是输出用总线读写信号来区分。
总线读信号IOR和片选信号CS相“或”来控制输入接口74LS245的使能信号G。
总线写信号IOW和片选信号CS相“或”来控制输出接口74LS374的锁存信号CLK。
实验系统中基本输入输出单元就实现了两组这种的电路，任意A组的电路连接如图2-6-3所示。
图2-6-3用74LS245和74LS374组成的输入输出接口电路
2.6.4实验说明及步骤
本实验实现的是将开关K[7:
0]的数据通过输入数据通道读入CPU的寄存器，然后再通过输出数据通道将该数据输出到数据灯显示，该程序循环运行，直到按动键盘上任意按键再退出程序。
实验步骤如下。
（1）确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。
（2）参考图2-6-4所示连接实验线路。
（3）首先运行CHECK程序，查看并记录与片选信号对应的I/O端口始地址。
（4）参考实验流程图编写程序，注意使用正确的端口地址，然后编译链接。
（5）运行程序，拨动开关，观看数据灯显示是否正确。
图2-6-4基本I/O接口设计实验参考接线图
程序流程图
2.78255并行接口实验
2.7.1实验目的
1.学习并掌握8255的工作方式及其应用；
2.掌握8255典型应用电路的接法。
2.7.2实验内容
1.基本输入输出实验。
编写程序，使8255的A口为输入，B口为输出，完成拨动开关到数据灯的数据传输。
要求只要开关拨动，数据灯的显示就发生相应改变。
2.流水灯显示实验。
编写程序，使8255的A口和B口均为输出，数据灯D7～D0由左向右，每次仅亮一个灯，循环显示，D15～D8与D7～D0正相反，由右向左，每次仅点亮一个灯，循环显示。
2.7.3实验原理
略
2.7.4实验步骤
1.基本输入输出实验
本实验使8255端口A工作在方式0并作为输入口，端口B工作在方式0并作为输出口。
用一组开关信号接入端口A，端口B输出线接至一组数据灯上，然后通过对8255芯片编程来实现输入输出功能。
具体实验步骤如下述：
（1）实验接线图如图2-7-3所示，按图连接实验线路图；
（2）编写实验程序，经编译、连接无误后装入系统；
（3）运行程序，改变拨动开关，同时观察LED显示，验证程序功能。
图2-7-38255基本输入输出实验接线图
程序流程图
2.流水灯显示实验
使8255的A口和B口均为输出，数据灯D7～D0由左向右，每次仅亮一个灯，循环显示，D15～D8与D7～D0正相反，由右向左，每次仅点亮一个灯，循环显示。
实验接线图如图2-7-4所示。
实验步骤如下所述：
（1）按图2-7-4连接实验线路图；
（2）编写实验程序，经编译、链接无误后装入系统；
（3）运行程序，观察LED灯的显示，验证程序功能；
（4）自己改变流水灯的方式，编写程序。
图2-7-48255流水灯实验接线图
程序流程图
2.816550串行接口应用实验
2.8.1实验目的
1.掌握16550的工作方式及应用；
2.了解有关串口通讯的知识。
3.掌握使用16650实现双机通讯软件编制和硬件连接技术
2.8.2实验说明及步骤：
1．串行通讯基础实验
对16550进行编程，不断向发送寄存器写数，用示波器观察TXD信号脉冲变化，仔细分析波形，理解波形原理。
串行传输的数据格式可设定如下：
传输波特率为9600baut，每个字节有一个逻辑“0”的起始位，8位数据位，1位逻辑“1”的停止位，如图2-8-1所示。
实验步骤如下。
（1）按图2-8-2连接实验接线，其中PCLK在PIT+实验平台的系统总线上，其余信号在386系统总线上；
（2）编写实验程序（A165501.asm），经编译、链接无误后装入系统；
（3）运行程序，使用示波器观察TXD引脚上的波形。
图2-8-1串行传输的数据格式
图2-8-216550串口应用实验
（1）参考接线图
程序流程图
2．串口双机通讯应用实验
使用两台实验装置，完成串口双机通讯，其中1号机作为发送机，完成数据的发送，2号机作为接收机，完成数据的接收和显示，2号机采用查询方式，当接收缓冲区满时去读数。
实验步骤如下：
（1）按图2-8-3连接实验线路，其中PCLK在PIT+实验平台的系统总线上，其余信号在386系统总线上；
（2）为两台机器分别编写实验程序（发送：
A165502.asm。
接收：
A165503.asm），编译、链接后装入系统；
（3）为发送机初始化发送数据；
（4）首先运行接收机上的程序，等待接收数据，然后运行发送机上的程序，将数据发送到串口。
（5）观察接收机端屏幕上的显示是否与发送机端初始的数据相同，验证程序功能。
图2-8-316550串口应用实验
（2）参考接线图
程序流程图
（接收机）（发送机）
2.9A/D转换实验
2.9.1实验目的
1.学习理解模/数信号转换的基本原理；
2.掌握模/数转换芯片ADC0809的使用方法。
2.9.2实验内容
编写实验程序，将ADC单元中提供的0V～5V信号源作为ADC0809的模拟输入量，进行A/D转换，转换结果通过变量进行显示。
2.9.3实验原理
ADC0809包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。
用它可直
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