微机接口实验指导.docx

1、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. 32.1. 静态存储器扩展实验 32.2 FLASH 存储器扩展实验 42.3 8259 中断控制实验 62.4 DMA 特性及 8237 应用实验 92.5 8254 定时/计数器应用实验 112.6 基本 I/O 接口电路设计实验 132.7 8255并行接口实验 152.8 16550串行接口应用实验 162.9 A/D 转换实验 182.10 D/A 转换实验 202.11 键盘扫描及显示设计实验 212.12 电子发声设计实

2、验 222.13 点阵 LED 显示设计实验 24第3章 80X86 微机控制应用实验.263.1 直流电机闭环调速实验 263.2 温度闭环控制实验 28附录 1 Wmd86 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

3、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

4、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 0000H000FH 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（2K8 位），6264

5、（8K8 位）和 62256（32K8 位）。本实验平台上选用的是 62256，两片组成 32K16 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

6、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.

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：2.2 FLASH 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 FLASH ROM 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. FLASH ROM 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

8、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 128K8，封装为PLCC32，其管脚如图 2-2-1 所示。引脚说明如下：A0A16：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/O0I/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

9、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

10、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

11、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80H01H 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01H80H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

12、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 80H01H；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 01

13、H80H；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。2.3 8259 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Intel 386EX 芯片中集成有

14、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

15、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

16、-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

17、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2.4 DMA 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

18、-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 800000H9FFFFH和 A0000HAFFFFH。在做 DMA 实验时，CPU 会让出总线控制权，而 8237 的寻址空间仅为0000HFFFFH，8237 无法寻址到 MY0 的译码空间，故系统中将高位地址线 A19A17 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

19、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。2.5 8254 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

20、计数功能，使用单次脉冲模拟计数，使每当按动KK15 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）

21、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 74LS

22、245、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A7:0至B7:0，DIR为0表示数据由B7:0至A7:0。G 引脚为缓冲器的片选信号，低电平有效。图2-6-1 74LS245双

23、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。D7:0为输入数据线，Q7:0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2-6-2 74LS374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

24、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 K7:0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

25、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2.7 8255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

26、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 D7D0 由左向右，每次仅亮一个灯，循环显示，D15D8 与 D7D0 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）

27、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2-7-3 8255 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 D7D0 由左向右，每次仅亮一个灯，循环显示，D15D8 与 D7D0 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2-7-4

28、8255 流水灯实验接线图程序流程图2.8 16550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

29、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2-8-2 16550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：A1

30、65502.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2-8-3 16550串口应用实验(2)参考接线图程序流程图 （接收机） （发送机）2.9 A/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 0V5V 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