微机原理与接口技术实验指导书.docx

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微机原理与接口技术实验指导书

实验安排

第一次实验：

存储区1中存放着ASCII码表（00H—7FH），要求编写程序，将存储区1中的内容复制到存储区2。

然后，将存储区2中的数字编码转换为如下编码：

30H—AAH，31H—BBH，32H—CCH33H—DDH，34H—EEH，35H—FFH，36H—A8H，37H—BFH38H—C9H，39H—D1H。

第二次实验：

1、两个数组的多位数加法操作（比如数组是100个字节的数据等），可以考虑数组中的数据既可以是二进制数，也可以是十进制数。

2、编程完成以下公式的运算：

（假设公式中的所有变量均为16位有符号的数）

1）W=X+Y*300要求乘积的高位在W中，低位在R中

2）W=P/（Q-15）要求商存入W，余数存入R

第三次实验：

1、编程实现各种进制之间的转换，例如十进制到二进制、二进制到十进制，十六进制到二进制、二进制到十六进制等；

2、编写数字排序子程序，通过主程序调用实现数组数据的排序（升序或降序）；

第四次实验：

基本I/O和地址译码实验

1、8/32位I/O接口设计实验

2、地址译码电路设计实验

第五次实验：

8259中断控制器实验

1、8259查询中断应用实验

2、点阵汉字滚动显示实验

第六次实验：

8255和8254实验，应用中断方式等

1、连接8255与键盘扫描单元，编写程序完成键盘扫描功能，并将读到的按键值依次显示在数码管上

2、利用8254的定时功能，编写程序完成在数码管上循环显示任意字符串

第七次实验：

A/D和D/A实验

1、A/D转换实验

2、D/A产生任意波形的实验

微机原理与接口技术实验指导书

吉林大学仪器科学与电气工程学院

2010年12月

第一章软件实验部分

本章主要通过实验来学习80X86的指令系统、寻址方式以及程序的设计方法，同时掌握集成操作软件Tdpit的使用。

实验一显示程序与数据传送实验

1、实验目的

1）掌握在PC机上以十六进制形式显示数据的方法。

2）掌握部分DOS功能调用使用方法。

3）掌握与数据有关的不同寻址方式。

3）熟悉Windows集成操作软件Tdpit的操作环境和操作方法。

2、实验设备

PC微机一台、TD-PIT++实验系统一套。

3、实验内容及说明

1．显示程序实验

一般来说，有很多程序需要显示输出提示运行的状况和结果，有的还需要将数据区中的内容显示在屏幕上。

本实验要求将指定数据区的数据以十六进制数形式显示在屏幕上，并利用DOS功能调用完成一些提示信息的显示。

通过本实验，初步掌握实验系统配套操作软件的使用。

实验中所使用DOS功能调用（INT21H）说明如下。

（1）显示单个字符输出

入口：

AH=02H

调用参数：

DL=输出字符

（2）显示字符串

入口：

AH=09H

调用参数：

DS:

DX=串地址，’$’为结束字符

（3）键盘输入并回显

入口：

AH=01H

返回参数：

AL=输出字符

（4）返回DOS系统

入口：

AH=4CH

调用参数：

AL=返回码

2．数据传送实验

本实验要求将数据段中的一个字符串传送到附加段中，并输出附加段中的目标字符串到屏幕上。

4、实验步骤

1．显示程序实验

（1）运行Tdpit集成操作软件，进入编辑调试集成环境。

（2）根据程序设计使用语言不同，在“语言设置”菜单项中设置所使用的语言。

如图1-1所示。

该项一经设置，会再下次启动后仍保持不变。

图1-1设置语言环境

（3）开始新建文件进行编程。

点击“文件”菜单项中的“新建”，可以新建一个空白文档。

默认名为Td-pit1。

如图1-2所示。

图1-2新建空白文档

（4）编写程序，如图1-3所示，并保存，此时软件会提示输入新的文件名，输入文件名后点击保存。

图1-3程序编辑界面

（5）点击

，编译文件，若程序编译无误，然后再点击

，链接程序。

编译连接成功会在输出信息栏显示输出信息，如图1-4所示。

图1-4编译连接输出信息

（6）编译连接成功后可以点击

，运行程序，查看运行结果。

（7）可以点击

，调试程序，进入调试界面，进行程序的调试。

2．数据传送实验

（1）运行Tdpit集成操作软件，编写实验程序。

（2）编译连接无误后，点击

，进入调试环境，进行程序的调试。

如图1-5所示。

图1-5进入调试环境

（3）按F8键单步运行程序，执行完MOVDS,AX语句后，观察DS寄存器中出现的段地址。

激活Dump数据显示区，用Ctrl＋G命令，输入要查看的数据区地址－“0C69:

0000”。

如图1-6所示。

可以在Dump数据区看到DS数据段中MSR源数据串－"HELLO,WORLD!

$"。

如图1-7所示。

图1-6根据DS值查看数据段

图1-7DS源数据段数据

（4）继续单步运行程序，执行MOVES,AX语句后，可以看到ES附加数据段出现的段地址，用同样的方法可以查看ES:

0000的数据。

如图1-8所示。

图1-8根据ES值查看附加数据段

（5）数据传输还没开始进行，此时ES段的数据为空。

继续单步执行完程序，可以看到ES数据段逐渐被写入源数据段DS的数据。

直到数据传输完毕，可以看到ES数据段中目的数据串MSD已经被写入了数据串－"HELLO,WORLD!

$"。

如图2-2-5所示。

图1-9根据ES值查看附加数据段

（6）可以更改程序中声明的源数据区数据，考察程序的正确性。

实验二数码转换程序实验

1、实验目的

掌握不同进制数及编码相互转换的程序设计方法。

2、实验设备

PC微机一台、TD-PIT++实验系统一套。

3、实验内容及说明

计算机输入设备输入的信息一般是由ASCII码或BCD码表示的数据或字符，CPU一般均用二进制数进行计算或其他信息处理，处理结果的输出又必须依照外设的要求变为ASCII码、BCD码或七段显示码等。

因此，在应用软件中，各类数制的转换和代码的转换是必不可少的。

计算机与外设间的数码对应关系如表2-1所示。

数码转换关系如图2-1所示。

图2-1计算机与外设间的数码转换关系

表2-1数码转换对应关系

十六进制

BCD码

二进制机器码

ASCII码

七段码

共阳

共阴

0000

30H

40H

3FH

0001

31H

79H

06H

0010

32H

24H

5BH

0011

33H

30H

4FH

0100

34H

19H

66H

0101

35H

12H

6DH

0110

36H

02H

7DH

0111

37H

78H

07H

1000

38H

00H

7FH

1001

39H

18H

67H

1010

41H

08H

77H

1011

42H

03H

7CH

1100

43H

46H

39H

1101

44H

21H

5EH

1110

45H

06H

79H

1111

46H

0EH

71H

1．将ASCII码表示的十进制数转换为二进制数

十进制数可以表示为：

Dn×10n+Dn-1×10n-1+…+D0×100=Di×10i其中Di代表十进制数1、2、3…9、0。

上式可以转换为：

ΣDi×10i=（（…（Dn×10+Dn-1）×10）+Dn-2）×10+…+D1）×10+D0

由上式可归纳十进制数转换为二进制的方法：

从十进制数的最高位Dn开始作乘10加次位的操作，依次类推，则可求出二进制数结果。

本实验要求将缓冲区中的一个五位十进制数00012的ASCII码转换成二进制数，并将转换结果按位显示在屏幕上。

2．将十进制数的ASCII码转换为BCD码

本实验要求将键盘输入的一个五位十进制数54321的ASCⅡ码存放在数据区中，转换为BCD码后，并将转换结果按位分别显示于屏幕上。

若输入的不是十进制数的ASCⅡ码，则输出“FF”。

提示：

一字节ASCⅡ码取其低四位即变为BCD码。

3．将十六进制数的ASCII码转换为十进制数

十六位二进制数的值域为0-65535，最大可转换为五位十进制数。

五位十进制数可表示为：

ND=D4×104+D3×103+D2×102+D1×10+D0

因此，将十六位二进制数转换为五位ASCⅡ码表示的十进制数，就是求D1-D4，并将它们转化为ASCⅡ码。

本实验要求将缓冲区中存放的000CH的ASCII码转换成十进制数，并将转换结果显示在屏幕上。

4．BCD码转换为二进制码

本实验要求将四个二位十进制数的BCD码存放在某一内存单元中，转换出的二进制数码存入其后的内存单元中，转换结束，送屏幕显示。

4、实验步骤

（1）运行Tdpit集成操作软件，按照各实验要求分别编写实验程序。

（2）对实验程序进行编译、链接。

（3）使用运行功能执行程序，观察运行结果。

（4）使用调试功能调试程序，观察在调试过程中，程序指令执行之后各寄存器及数据区的内容。

（5）更改数据区中的数据，反复测试，验证程序功能。

实验三运算类指令编程实验

1、实验目的

1）掌握运算类指令编程及调试方法。

2）掌握运算类指令对各状态标志位的影响及测试方法。

2、实验设备

PC微机一台、TD-PIT++实验系统一套。

3、实验内容及说明

80x86指令系统提供了实现加、减、乘、除运算的基本指令，可对表3-1所示的数据类型进行算术运算。

表3-1数据类型算术运算表

数制

二进制

BCD码

带符号

无符号

组合

非组合

运算符

＋、－、÷、×

＋、－

＋、－、÷、×

操作数

字节、字、多精度

字节（二位数字）

字节（一位数字）

1．二进制双精度加法运算

本实验要求计算X+Y=Z，将结果Z输出到屏幕，其中X=001565A0H，Y=0021B79EH。

实验利用累加器AX，先求低十六位和，并存入低址存储单元，后求高16位和，再存入高址存储单元。

由于低位和可能向高位有进位，因而高位字相加语句需用ADC指令，则低位相加有进位时，CF=1，高位字相加时，同时加上CF中的1。

在80386以上微机中可以直接使用32位寄存器和32位加法指令完成本实验的功能。

2．十进制数的BCD码减法运算

本实验要求计算X-Y=Z，其中，X、Y、Z为BCD码，其中X=0400H，Y=0102H。

3．乘法运算

本实验要求实现十进制数的乘法，被乘数和乘数均以BCD码形式存放于内存中，被乘数为54320H，乘数为3H，运算结束后，将乘积在屏幕上显示。

4．用减奇数开平方运算

80x86指令系统中有乘除法指令但没有开平方指令，因此，开平方运算是通过程序来实现的。

用减奇数法可求得近似平方根，获得平方根的整数部分。

我们知道，N个自然数中的奇数之和等于N2，即：

1+3+5=9=32

1+3+5+7=16=42

1+3+5+7+9+11+13+15=64=82

若要做S的开方运算，那麽就可以从S中逐次减去自然数中的奇数1，3，5，7…，一直进行到相减数为0或不够减下一个自然数的奇数为止，然后统计减去自然数的奇数个数，它就是S的近似平方根。

本实验要求利用减奇法计算0040H的开平方值，并将运算结果显示在屏幕上。

4、实验步骤

（1）运行Tdpit集成操作软件，按各实验要求编写实验程序。

（2）分别对实验程序进行编译、链接。

（3）使用运行功能运行程序，观察运行结果。

（4）使用调试功能调试程序，观察在调试过程中，各运算指令执行后，各寄存器、标志位及数据区内容的变化。

（5）更改数据区中的数据，反复测试，验证程序功能。

第二章硬件实验部分

接口技术是把由处理器、存储器等组成的基本系统与外部设备连接起来，从而实现CPU与外部设备通信的一门技术，任何微机应用开发工作都离不开接口的设计、选用及连接。

微机应用系统需要设计的硬件是一些接口电路，所要编写的软件是控制这些接口电路按要求工作的驱动程序。

因此，接口技术是微机应用中必不可少的基本技能。

实验四8/32位I/O接口实验

1、实验目的

1）掌握基本I/O接口电路的设计方法。

2）熟悉I/O操作指令及8/32位I/O端口的操作方法。

3）了解LED点阵的基本结构。

4）学习LED点阵扫描显示程序的设计方法。

2、实验设备

PC微机一台、TD-PIT++实验系统一套。

3、实验内容

（1）利用8位I/O接口，实现微机对外部输入数据的读取和对输出数据的输出。

用拨动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）利用32位的I/O接口，按照32位的I/O操作方式，操作点阵LED显示单元的16行×16列点阵。

（3）使用32位I/O接口单元的32位输出O0～O31控制点阵LED单元R0～R15和L0～L15。

编写程序，在16×16点阵上显示汉字（学生姓名）。

4、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4-1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4-174LS245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。

74LS374/74LS574是一种8通道上沿触发锁存器。

74LS574管脚结构如图4-2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4-274LS574上沿触发锁存器管脚图

3．8位I/O接口设计

用一组74LS245和74LS374/574可以构成一个8位的I/O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74LS574的锁存信号CLK。

实验系统中基本I/O接口单元就实现了这种的电路，8位I/O电路连接如图4-3所示。

INAL,DX;将IA[7:

0]连接设备的8位数据通过数据总线D[7:

0]输入到AL。

OUTDX,AL;将AL中的数据通过数据总线D[7:

0]输出到OA[7:

0]连接的设备。

图4-3用74LS245和74LS574组成的8位I/O接口电路

4．32位I/O接口设计

用四组8位的I/O接口电路可以构成一个32位的I/O接口电路，可以一次进行32位数据宽度的I/O操作。

I/O读、写、片选信号对输入输出的控制基本和8位I/O接口电路相同，但是，对于32位数据总线，每个字节都对应着一位字节使能信号，共有4位字节使能信号BE0~BE3，因此每个8位I/O接口电路是否有效要受BE[3:

0]的控制。

INEAX,DX;将I[31:

0]连接设备的32位数据通过数据总线D[31:

0]输入到EAX。

OUTDX,EAX;将EAX中的数据通过数据总线D[31:

0]输出到O[31:

0]连接的设备。

5．16×16点阵工作原理

8×8点阵LED相当于8×8个发光管组成的阵列，对于共阳极LED来说，其中每一行共用一个阳极（行控制），每一列共用一个阴极（列控制）。

行控制和列控制满足正确的电平就可使相应行列的发光管点亮。

实验平台上点阵LED的管脚及相应的行、列控制位如图4-4所示。

图4-4点阵LED管脚图

共阳极和共阴极LED的内部结构分别如图4-5和4-6所示。

图4-5共阳极LED内部结构图图4-6共阴极LED内部结构图

4、实验说明及步骤

1．8位I/O操作实验

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PC键盘上任意按键再退出程序。

实验程序流程如图4-7所示。

参考实验接线如图5

-8所示。

实验步骤如下:

（1）按图4-8连接实验线路图。

（2）运行Tdpit集成操作软件，根据实验内容，编写实验程序，对实验程序进行编译、链接。

（3）运行程序，拨动开关，观看数据灯显示是否正确。

图4-78位I/O接口设计实验参考流程图图4-88位I/O接口设计实验参考接线图

2．32位I/O操作实验

本实验利用点阵LED显示单元的16×16点阵，将16行控制和16列控制合成一个32位端口来操作（列控制连接到发光管的阳极，行控制连接发光管的阴极，列为“1”，相应的行为“0”，则对应的一列发光管点亮）。

用32位I/O接口单元中的32位输出O[31:

0]的高16位控制16列，低16位控制16行，即一次I/O操作就可完成LED点阵的一次显示。

实验要求控制点阵循环逐行显示，直到按动PC键盘上任意按键再停止程序退出。

实验步骤如下：

（1）实验接线图如图4-9所示，按图连接实验线路图。

（2）运行Tdpit集成操作软件，根据实验内容，编写实验程序，对实验程序进行编译、链接。

（3）运行程序，观看LED点阵显示是否正确。

3．点阵显示实验

利用取字模软件得到汉字字符数组，设计程序，在点阵上显示学生姓名。

实验参考接线如图4-9所示。

实验步骤如下：

（1）按图4-9连接实验线路图。

（2）运行Tdpit集成操作软件，根据实验要求编写实验程序，编译、链接。

（3）运行程序，观察点阵的显示，验证程序功能。

使用点阵显示符号时，必须首先得到显示符号的编码，这可以根据需要通过不同的工具获得。

实验五8255并口控制器应用实验

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、实验设备

PC微机一台、TD-PIT++实验系统一套。

3、实验内容

1.基本输入输出实验。

编写程序，使8255的A口为输出，B口为输入，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。

3．计数器显示实验。

编写程序，使8255的A口和B口均为输出，数据灯D15~D0显示二进制形式的计数结果。

4、实验原理

8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：

方式0--基本输入/输出方式、方式1--选通输入/输出方式、方式2--双向选通工作方式。

8255的内部结构及引脚如图5-1所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图5-2所示。

图5-18255内部结构及外部引脚图

图5-28255控制字格式

8255实验单元电路图如图5-3所示：

图5-38255实验单元电路图

5、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并作为输出口，端口B工作在方式0并作为输入口。

用一组开关信号接入端口B，端口A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5-4所示，按图连接实验线路图。

（2）运行Tdpit集成操作软件，根据实验内容，编写实验程序，编译、链接。

（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5-48255基本输入输出实验接线图

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。

实验步骤如下所述：

（1）实验接线图如图5-5所示，按图连接实验线路图。

（2）运行Tdpit集成操作软件，根据实验内容，编写实验程序，编译、链接。

（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5-58255流水灯实验接线图

3.计数器显示实验

使8255的A口和B口均为输出，数据灯D15~D0显示二进制形式的计数结果。

实验步骤如下所述：

（1）实验接线图如图5-5所示，按图连接实验线路图。

（2）运行Tdpit集成操作软件，根据实验内容，编写实验程序，编译、链接。

（3）运行程序，观察LED灯的显示，验证程序功能。

实验六8259中断控制器实验

1、实验目的

1.掌握8259中断控制器的工作原理。

2.掌握8259中断控制器的应用编程方法。

2、实验设备

PC微机一台、TD-PIT++实验系统一套。

3、实验内容

（1）利用实验平台上的8259控制器，通过查询中断源方法，设计一个查询中断应用实验，处理IR0和IR1发出的中断请求。

（2）利用上述查询中断实验，实现点阵汉字（学生姓名）的滚动显示。

要求通过IR0实现点阵的左右滚动显示和停止，通过IR1实验点阵汉字的上下滚动显示和停止。

4、实验原理

1.中断控制器8259简介

中断控制器8259是Intel公司专为控制优先级中断而设计开发的芯片。

它将中断源优先级排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集于一片中，因此无需附加任何电路，只需对8259进行编程，就可以管理8级中断，并选择优先模式和中断请求方式，即中断结构可以由用户编程来设定。

同时，在不需增加其他电路的情况下，通过多片8259的级连，能构成多达64级的矢量中断系统。

它的管理功能包括：

1）记录各级中断源请求，

2）判别优先级，确定是否响应和响应哪一级中断，

3）响应中断时，向CPU传送中断类型号。

8259的内部结构和引脚如图6-1所示。

图6-18259内部结构和引脚图

8259的命令共有7个，一类是初始化命令字，另一类是操作命令。

8259的编程就是根据应用需要将初始化命令字ICW1-ICW4和操作命令字OCW1-OCW3分别写入初始化命令寄存器组和操作命令寄存器组。

ICW1-ICW4各命令字格式如图6-2所示，OCW1-OCW3各命令字格式如图6-3所示，其中OCW1用于设置中断屏蔽操作字，OCW2用于设置优先级循环方式和中断结束方式的操作命令字，OCW3用于设置和撤销特殊屏蔽方式、设置中断查询方式以及设置对8259内部寄存器的读出命令。

图6-2（a）ICW1格式

图6-2（b）ICW2格式

图6-2（c）ICW3格式

图6-2（d）ICW4格式

图6-3OCW命令字格式

2．8259寄存器及命令的控制访

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