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实验安排实验安排 第一次实验：第一次实验： 存储区存储区 1 中存放着中存放着 ASCII 码表（码表（00H7FH） ，要求编写程序，将存储区，要求编写程序，将存储区 1 中的内容复制到存储区中的内容复制到存储区 2。然后，将存储区。然后，将存储区 2 中的数字编码转换为如下编中的数字编码转换为如下编 码：码： 30HAAH，31HBBH，32HCCH 33HDDH，34H EEH，35HFFH，36HA8H，37HBFH 38HC9H， 39HD1H。 第二次实验：第二次实验： 1、两个数组的多位数加法操作（比如数组是、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）个字节的数据等） ，可以考，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。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、编程完成以下公式的运算：（假设公式中的所有变量均为 16 位有符号的位有符号的 数）数） 1）W=X+Y*300 要求乘积的高位在要求乘积的高位在 W 中，低位在中，低位在 R 中中 2）W=P / (Q-15) 要求商存入要求商存入 W，余数存入，余数存入 R 第三次实验：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，、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；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、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）序） ； 第四次实验：基本第四次实验：基本 I/O 和地址译码实验和地址译码实验 1、8/32 位位 I/O 接口设计实验接口设计实验 2、地址译码电路设计实验、地址译码电路设计实验 第五次实验：第五次实验： 8259 中断控制器实验中断控制器实验 1、8259 查询中断应用实验查询中断应用实验 2、点阵汉字滚动显示实验、点阵汉字滚动显示实验 第六次实验：第六次实验：8255 和和 8254 实验，应用中断方式等实验，应用中断方式等 1、连接、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键值依次显示在数码管上 2、利用、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：第七次实验：A/D 和和 D/A 实验实验 1、A/D 转换实验转换实验 2、D/A 产生任意波形的实验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 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 I 目 录 第一章第一章软件实验部分软件实验部分.2 实验一 显示程序与数据传送实验2 实验二 数码转换程序实验6 实验三 运算类指令编程实验8 第二章第二章硬件实验部分硬件实验部分.11 实验四 8/32 位 I/O 接口实验 .11 实验五 8255 并口控制器应用实验.16 实验六 8259 中断控制器实验.18 实验七 8254 定时/计数器应用实验22 实验八 16550 串行控制器应用实验27 实验九 8237 DMA 控制器应用实验.33 实验十 A/D 转换与 D/A 转换实验39 附录附录 A TD-PIT+实验系统硬件介绍实验系统硬件介绍43 附录附录 B TDPITTDPIT 集成操作软件介绍集成操作软件介绍 .46 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 2 第一章第一章 软件实验部分软件实验部分 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。 实验一实验一 显示程序与数据传送实验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（INT 21H）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，$为结束字符 (3) 键盘输入并回显 入口：AH=01H 返回参数：AL=输出字符 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 3 (4) 返回DOS系统 入口：AH=4CH 调用参数：AL=返回码 2数据传送实验 本实验要求将数据段中的一个字符串传送到附加段中，并输出附加段中的目标 字符串到屏幕上。 4、实验步骤 1显示程序实验 (1) 运行Tdpit集成操作软件，进入编辑调试集成环境。 (2) 根据程序设计使用语言不同，在“语言设置”菜单项中设置所使用的语言。 如图1-1所示。该项一经设置，会再下次启动后仍保持不变。 图 1-1 设置语言环境 (3) 开始新建文件进行编程。点击“文件”菜单项中的“新建”，可以新建一个空 白文档。默认名为Td-pit1。如图1-2所示。 图 1-2 新建空白文档 (4) 编写程序，如图1-3所示，并保存，此时软件会提示输入新的文件名，输 入文件名后点击保存。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 4 图 1-3 程序编辑界面 (5) 点击，编译文件，若程序编译无误，然后再点击，链接程序。编 译连接成功会在输出信息栏显示输出信息，如图1-4所示。 图 1-4 编译连接输出信息 (6) 编译连接成功后可以点击，运行程序，查看运行结果。 (7) 可以点击，调试程序，进入调试界面，进行程序的调试。 2数据传送实验 (1) 运行Tdpit集成操作软件，编写实验程序。 (2) 编译连接无误后，点击，进入调试环境，进行程序的调试。如图1-5 所示。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 5 图 1-5 进入调试环境 (3) 按F8键单步运行程序，执行完MOV DS,AX语句后，观察DS寄存器中出 现的段地址。激活Dump数据显示区，用CtrlG命令，输入要查看的数据区地址 “0C69:0000”。如图1-6所示。可以在Dump数据区看到DS数据段中MSR源数 据串“HELLO,WORLD!$“。如图1-7所示。 图 1-6 根据 DS 值查看数据段 图 1-7 DS 源数据段数据 (4) 继续单步运行程序，执行MOV ES,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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 6 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。 实验二实验二 数码转换程序实验数码转换程序实验 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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 7 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 七段码 十六进制BCD 码 二进制机 器码 ASCII 码 共阳共阴 00000000030H40H3FH 10001000131H79H06H 20010001032H24H5BH 30011001133H30H4FH 40100010034H19H66H 50101010135H12H6DH 60110011036H02H7DH 70111011137H78H07H 81000100038H00H7FH 91001100139H18H67H A101041H08H77H B101142H03H7CH C110043H46H39H D110144H21H5EH E111045H06H79H F111146H0EH71H 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：Dn10n+Dn-110n-1 +D0100=Di10i 其中Di代表 十进制数1、2、39、0。 上式可以转换为：Di10i=(Dn10+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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 8 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ASC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ASC码，则输出“FF”。提示：一字节ASC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=D4104+D3103+D2102+D110+D0 因此，将十六位二进制数转换为五位ASC码表示的十进制数，就是求D1- D4，并将它们转化为ASC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。 4BCD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。 实验三实验三 运算类指令编程实验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 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 9 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 二进制BCD码 数制 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 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 10 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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 11 第二章第二章 硬件实验部分硬件实验部分 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。 实验四实验四 8/32 位位 I/O 接口实验接口实验 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O0O31控制点阵LED单元R0R15 和L0L15。编写程序，在1616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 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 12 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 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 4-1 74LS245 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。 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 4-2 74LS574 上沿触发锁存器管脚图 38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。 IN AL,DX ;将IA7:0连接设备的8位数据通过数据总线D7:0输入到AL。 OUT DX,AL ;将 AL 中的数据通过数据总线 D7:0输出到 OA7:0连接的设备。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 13 图 4-3 用 74LS245 和 74LS574 组成的 8 位 I/O 接口电路 432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 BE0BE3，因此每个 8 位 I/O 接口电路是否有效要受 BE3:0的控制。 IN EAX,DX ;将I31:0连接设备的32位数据通过数据总线D31:0输入到EAX。 OUT DX,EAX ;将 EAX 中的数据通过数据总线 D31:0输出到 O31:0连接的设备。 51616点阵工作原理 88 点阵 LED 相当于 88 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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 14 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 18位I/O操作实验 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 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 4-7 8 位 I/O 接口设计实验参考流程图 图 4-8 8 位 I/O 接口设计实验参考接线图 232位I/O操作实验 本实验利用点阵LED显示单元的1616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 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 15 图 4-9 32 位 I/O 操作实验参考接线图 出O31:0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。 实验五实验五 8255 并口控制器应用实验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 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 16 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。 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D15D0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5-1 8255内部结构及外部引脚图 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 17 图5-2 8255控制字格式 8255实验单元电路图如图5-3所示： 图5-3 8255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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 18 （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5-4 8255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5-5 8255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D15D0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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 19 实验六实验六 8259 中断控制器实验中断控制器实验 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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 20 图 6-1 8259 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 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 21 图 6-2（c） ICW3 格式 图 6-2 （d）ICW4 格式 图 6-3 OCW 命令字格式 28259寄存器及命令的控制访问 在硬件系统中，8259 仅占用两个外设接口地址，在片选有效的情况下，利用 A0 来寻址不同的寄存器和命令字。对寄存器和命令的访问控制如表 6-1 所示。 表 6-1 8259 寄存器及命令的访问控制 A0D4D3 读信号写信号片选操作 0010 读出 ISR,IRR 的内容 1010 读出IMR的内容 000100 写入OCW2 001100 写入OCW3 01100 写入ICW1 1100 写入OCW1，ICW2，ICW3，ICW4 5、实验说明及步骤 18259查询中断应用实验 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 22 8259 支持查询方式检测中断请求。具体过程为：设置 8259 OCW3 中的 P 位为 1 即可执行查询命令，8259 将下一个 I/O 读命令视作一次中断响应。如果有 中断请求，则置 ISR 中的相应位并读其优先级。从 OCW3 写操作到 I/O 读操作期 间禁止中断，读出字节的最高位为 1 表示有中断，最低 3 位(D2D0)为最高优先 级中断请求源的编码。查询字格式如图 6-4 所示。 图6-4 8259 OCW3查询字格式 本实验要求使用这种方法编写程序处理实验单元 8259 IR0 和 IR1 请求的中断， IR0 请求在屏幕上显示字符“0”，IR1 请求则在屏幕上显示字符“1”以示中断到来。 IR0 和 IR1 分别用一个单次脉冲的上升沿模拟中断产生。 图 6-5 8259 查询中断实验参考接线图 实验步骤如下。 (1) 实验接线图如图 6-5 所示，按图接线。 (2) 运行 Tdpit 集成操作软件，编写程序，编译、链接。 (3) 运行程序，按动 KK1+、KK2+按键，观察中断响应是否正常。 2点阵汉字滚动显示实验 利用实验单元中的 8259 控制器，可以对总线上的 INTR 进行中断源的扩充。 将 8259 的 INT 连接到 INTR，8259 的 8 路中断请求线 IR0IR7 就成了单一 INTR 中断请求线的扩充。这 8 路中断源共用 INTR 的中断矢量，共用 INTR 的中 断服务程序。在 INTR 的中断服务程序中通过对 8259 OCW3 的查询，以确定是 IR0IR7 中哪个产生中断，然后转到相应的服务线程进行处理。 本实验要求实现 8259 控制器 IR0、IR1 两路中断都可以通过 INTR 向 PC 发 起中断请求，实现点阵汉字（学生姓名）的滚动显示。用 KK1+和 KK2+模拟两个 中断源，在 IR0 对应的服务程序中实现点阵的左右滚动显示和停止，在 IR1 对应 的服务程序中实现点阵汉字的上下滚动显示和停止。实验步骤如下。 (1) 实验接线图如图 5-9 和图 6-6 所示，按图接线，其中点阵 LED 单元使用 IOY0 作为片选信号 CS 的输入，8259 单元使用 IOY1 作为片选信号 CS 的输入， 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 23 具体地址可以通过 Tdpit 集成操作软件中下拉菜单【查看】【端口资源】获得。 (2) 运行 Tdpit 集成操作软件，编写程序，编译、链接。 (3) 运行程序，按动 KK1+、KK2+按键，观察点阵 LED 显示是否正常。 图6-6 8259中断实现点阵滚动显示实验参考接线图 实验七实验七 8254 定时定时/计数器应用实验计数器应用实验 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、实验设备 PC微机一台、TD-PIT+实验系统一套，示波器一台。 3、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 KK15次后，产生一次计数中断，并在屏幕上显示一个字符5。 2. 定时应用实验。 编写程序，应用8254的定时功能，产生一个类似于SOS（三短音-三长音-三 短音）的信号，通过电子发声单元实现。 4、实验原理 8254是Intel公司生产的可编程间隔定时器。是8253的改进型，比8253具有 更优良的性能。8254具有以下基本功能： 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 24 （1）有3个独立的16位计数器。 （2）每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数。 （3）每个计数器可编程工作于6种不同工作方式。 （4）8254每个计数器允许的最高计数频率为10MHz（8253为2MHz）。 （5）8254有读回命令（8253没有），除了可以读出当前计数单元的内容外， 还可以读出状态寄存器的内容。 （6）计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。计数初值公式 为： n=fCLKifOUTi 其中fCLKi是输入时钟脉冲的频率，fOUTi是输出波形的频率。 图7-1是8254的内部结构框图和引脚图，它是由与CPU的接口、内部控制电 路和三个计数器组成。 图7-1 8254的内部接口和引脚 8254的工作方式如下述： （1）方式0：计数到0结束输出正跃变信号方式。 （2）方式1：硬件可重触发单稳方式。 （3）方式2：频率发生器方式。 （4）方式3：方波发生器。 （5）方式4：软件触发选通方式。 （6）方式5：硬件触发选通方式。 8254的控制字有两个：一个用来设置计数器的工作方式，称为方式控制字； 另一个用来设置读回命令，称为读回控制字。这两个控制字共用一个地址，由标识 位来区分。控制字格式如表7-17-3所示。 表7-1 8254的方式控制字格式 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 25 表7-2 8254读出控制字格式 表7-3 8254状态字格式 8254实验单元电路图如下图所示： 图7-2 8254实验电路原理图 5、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INTR，每当KK1按动5次后产生中断请求， 在屏幕上显示字符“5”。 实验步骤如下： （1）实验接线如图7-3所示。 （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，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。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 26 图7-3 8254计数应用实验接线图 2. 定时应用实验 编写程序，将8254的计数器设置为方式3，用信号源1.8432MHz作为CLK2 时钟，将相应一种频率的计数初值写入计数器，就可产生对应频率的方波，计数初 值的计算公式如前所述。长短音的控制可以通过软件延时来实现。 电子发声电路如图7-4所示。实验步骤如下： 图7-4 电子发声单元电路图 (1) 实验接线图如图7-5所示，按图接线。 (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，听扬声器发出的声音是否正确。 图7-5 8254定时应用实验接线图 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 27 实验八实验八 16550 串行控制器应用实验串行控制器应用实验 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16550实现双机通讯的软件编程和电路连接。 2、实验设备 PC微机一台、TD-PIT+实验系统一套。 3、实验内容 与PC串口通讯应用实验。编写程序完成PC机串口与实验装置串口的通讯，由 PC机串口1发数，实验装置串口接收，当接收完毕后，再由实验装置将接收的结果 通过串口发送给PC机，以此来验证通讯是否正常。 4、实验原理 16550 是一种连接任何类型虚拟串行接口 的可编程通信接口，与 Intel 微处理器完全兼容 的使用非常广泛的异步接收器/发送器（UART） 。 它内置了 16 字节的 FIFO 缓冲，最大通讯速率 可达 115Kb/s，是现代基于微处理器设备包括 PC 机和许多调制解调器的最普遍的通信接口。 16550 的引脚如图 8-1 所示，其内部结构如图 8-2 所示。 1端口地址的使用 16550 内部有 11 个寄存器，在芯片选择有 效的前提下，由芯片的寄存器选择输入线 A2，A1 和 A0 来确定访问的寄存器，芯 片中采用两条措施来解决端口地址少的问题（只有 8 个地址） 。 图 8-1 16550 引脚图 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 28 图8-2 16550的内部结构图 (1) 保持寄存器和接收数据寄存器共用一个地址，以“写入”访问前者、“读出” 访问后者加以区分。 (2) 除数寄存器的高字节与中断允许寄存器使用相同地址，高字节和接收数据 寄存器、发送保持寄存器使用相同的地址，为了区分，借用线路控制寄存器的最高 位DLAB位来区分。访问除数寄存器时，令DLAB位为“1”；访问接收数据寄存器、 发送保持寄存器和中断允许寄存器时，则将DLAB位置“0”。具体说明如表8-1所示。 表 8-1 16550 内部寄存器地址及其选择方法 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 29 2寄存器控制字说明 (1) 线路控制寄存器（LCR），主要用于指定异步串行通信的数据格式。见表 8-2。 表 8-2 LCR 格式 (2) 线路状态寄存器（LSR），主要是向处理器提供有关数据传输的状态。见 表8-3。 表 8-3 LSR 格式 (3) 波特率除数寄存器，用该寄存器设置串行数据的传送波特率。 除数寄存器值基准时钟频率（16波特率） 16550芯片输入的基准时钟频率为1.8432MHz，若波特率为9600b/s，则除 数寄存器 值为000CH，DLH中应填00H，DLL中应填0CH。16550常用波特率 参数见表8-4。 表 8-4 常用的波特率参数表 速率 (b/s) 波特率高八位波特率低八位 50 09H 00H 300 01H 80H 600 00H C0H 2400 00H 30H 4800 00H 18H 9600 00H 0CH 19200 00H 06H 38400 00H 03H 57600 00H 02H 115200 00H 01H 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 30 (4) 中断允许寄存器（IER），16550共有4级中断，按优先级从高到低依次 为：接收出错中断、接收缓冲器满中断、发送保持寄存器空中断和MODEM输入状 态改变中断。这些中断的允许或屏蔽由IER来控制。见表8-5。 表8-5 IER格式 (5) 中断标识寄存器（IIR），当16550处于中断处理方式，IIR指出有无待处 理的中断发生及其类型，并且封锁比此类优先级低的所有类型中断。见表8-6。 表8-6 IIR格式 (6) MODEM控制寄存器（MCR），MCR控制芯片的4个引脚的输出和芯片的 环路检测。见表8-7。 表8-7 MCR格式 (7) MODEM状态寄存器（MSR），MSR反映UART与通信设备（如 MODEM）之间联络信号的当前状态以及这些信号的变化情况。见表8-8。 表8-8 MSR格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 RLSD RI DSR CTS RLSDTERI DSR CTS 收到“接 收线载 波检测” 收到“振 铃指示” 收到“数 传机就 绪” 收到“清 除发送” RLSD位 发生改 变 收到“振 铃指示 后沿” DSR位 发生变 化 CTS位 发生变 化 说明：D71表示输入引脚RLSD0，MODEM收到来自电话线的载波信号。 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 31 D61表示输入引脚RI0，MODEM收到振铃信号。 D51表示输入引脚DSR0，MODEM做好了发送准备，请16550准 备接收。 D41表示输入引脚CTS0，MODEM做好了接收准备，16550可以 发送数据。 D3,D1,D0位为“1”是说明在上次读取MSR之后，MSR的D7,D5,D4中 相应位发生了变化。 D2位为“1”是说明输入到芯片的RI已由逻辑“1”状态变成逻辑“0”状态。 (8) FIFO控制寄存器（FCR），16550增加了一个FIFO缓冲器，用于缓冲正 在发出或接收的数据，这是早期的UART器件所没有的。FCR各位意义见表8-9。 表8-9 FCR格式 位意义 位意义 0 允许FIFO缓冲器工作4保留 1 清除接收FIFO缓冲器5不用 2 清除发送FIFO缓冲器6接收端中断触发器水平 （LSB） 3 DMA方式7接收端中断触发器水平 （MSB） 5、实验步骤 用串行通讯电缆将PC机COM1与实验系统串口连接起来，分别对两个串口进 行设置，实现数据通讯。PC中集成的串口控制器完全与16550兼容，其寄存器设 置方式与前面所述完全一致。PC机COM1的端口地址如表8-10所示。 表8-10 PC机COM1端口地址分配表 端口地址DLAB相应寄存器 03F8 0 接收数据寄存器（读），发送数据寄存器（写） 03F9 0 中断允许寄存器 03F8 1 波特率除数寄存器（低字节） 03F9 1 波特率除数寄存器（高字节） 03FA X 中断标识寄存器 03FB X 线路控制寄存器（位7即为DLAB） 03FC X MODEM控制寄存器 03FD X 线路状态寄存器 03FE X MODEM状态寄存器 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 32 实验步骤如下。 （1）实验接线图如图8-4所示，按图连接实验线路图。 （2）运行Tdpit集成操作软件，参考图8-3所示流程图，编写实验程序，编译、 链接。 （3）运行程序，观察屏幕数据显示，看接收是否正确。 (a) 主程序 (b) 中断处理程序 图8-38-3 与PCPC串行通讯应用实验程序流程图 图8-4 与PC串行通讯应用实验接线图 实验九实验九 8237 DMA 控制器应用实验控制器应用实验 1、实验目的 吉林大学仪器科学与电气工程学院 微机原理与接口技术实验指导书 33 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、实验设备 PC微机一台、TD-PIT+实验系统一套。 3、实验内容 编写实验程序，将PC机内存中的一段数据传送至扩展的存储器中，然后通过 Tdpit软件中的“扩展存储区数据显示窗口”查看该存储空间，检测写入数据是否正 确。 4、实验原理 直接存储器访问（Direct Memory Access，简称DMA），是指外部设备不 经过CPU的干涉，直接实现对存储器的访问。DMA传送方式可用来实现存储器到 存储器、存储器到I/O接口、I/O接口到存储器之间的高速数据传送。 1SRAM 62256介绍 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