微机原理实验指导书-硬件部分.doc

东华大学信息科学与技术学院微机原理实验指导书硬件实验部分东华大学信息学院2014.12关于微机原理硬件部分实验的说明l 硬件实验主要分为基础实验和综合设计实验两部分。基础实验部分每个实验需完成各自的实验报告。报告内容以每项实验的思考题内容为主。报告内容具体要求为：1、 实验名称、所需设备、实验要求；2、 实验步骤简述3、 思考题解答；4、 不需要抄录实验指导书提供的范例程序，但需有思考题的程序的流程框图及完整的思考题程序代码，思考题程序程序需加上必要的注释。5、 思考题的程序在调试中出现的问题及解决过程。（此项内容是报告检查重点）综合设计实验须按照设计要求，利用实验设备提供的软硬件条件设计一个简单的红绿灯模拟系统。要求每小组完成硬件连线设计、连接，软件编程及调试，并提交相关的设计和调试报告。系统运行情况需进行实际运行检查。l 基础实验必须完成，综合实验部分根据自身能力选做。l 实验中先完成基础实验部分，再做综合设计实验。l 硬件实验成绩按考勤情况（5%）、基本实验情况（85%）和综合设计实验情况（10%）综合评定。一、实验设备及软件介绍第1部分 硬件系统介绍1. CPU单元及外围芯片1）、微处理器：80862）、时钟频率：6MHz3）、存储器6264 系统RAM，地址范围 03FFFH，奇地址有效6264 系统RAM，地址范围03FFFH，偶地址有效27C64 系统ROM，地址范围 FC000FFFFFH，奇地址有效27C256 系统ROM，地址范围 FC000FFFFFH，偶地址有效4）、可提供的对8086的基本实验（1）简单I/O扩展实验（2）存储器扩展实验（3）CPLD地址译码实验（4）8255可编程并口实验（5）8253定时/计数器实验（6）A/D0809实验（7）D/A0832实验（8）8250可编程串口实验（9）8279显示器接口实验（10）8279键盘扩展实验（11）8259可编程中断控制器实验（12）8237DMA控制器实验5）、系统资源分配本系统采用可编程逻辑器件（CPLD）EPM7128做地址的编译码工作，可通过芯片的JTAG接口与PC机相连，对芯片进行编程,可完成系统器件，如监控程序存储器、用户程序存储器、数据存储器、系统显示控制器、系统串行通讯控制器等的地址译码功能，同时也由部分地址单元经译码后输出（插孔CS0-CS5）给用户使用，他们的地址固定，用户不可改变。2地址资源分配本系统采用可编程逻辑器件（CPLD）EPM7128作为地址译码器，完成系统器件如存储器、系统显示控制器、系统串行通讯控制器的地址译码功能，同时将部分地址译码后输出片选信号（插孔CS0CS7）给用户使用。它们的地址固定，用户不可改变。详细信息如下所示。CS0片选信号地址04A004AF偶地址有效CS1片选信号地址04B004BF偶地址有效CS2片选信号地址04C004CF偶地址有效CS3片选信号地址04D004DF偶地址有效CS4片选信号地址04E004EF偶地址有效CS5片选信号地址04F004FF偶地址有效CS6片选信号地址000001FF偶地址有效CS7片选信号地址020003FF偶地址有效8250芯片片选信号地址0480048F偶地址有效8279芯片片选信号地址0490049F偶地址有效3. 内存使用说明所有实验程序的起始地址为01100H，CS=0100H，IP=0100H，代码段、数据段、堆栈段在同一个64K的地址空间中。4六位LED数码管驱动显示电路（1）、电路原理该电路由六位LED数码管、位驱动电路、端输入电路组成，数码管采用动态扫描的方式显示。具体见原理图，图中用75251作数码管的位驱动。跳线开关用于选择数码管的显示源，可外接，也可选择8279芯片。（2）、电路测试：去除短路线，系统加电，将插孔LED-1与GND短接，用电源的VCC端依次碰触插孔LED-A-LED-DP,观察最左边的数码管的显示段依次发亮，则可断定此位数码管显示正常，否则检查芯片75451、及连线。依次检查其他各位数码管电路。5LCD显示电路点阵式LCD显示电路是在系统板上外挂电正式液晶显示模块，模块的数据线、状态、控制线都通过插孔引出。可直接与系统相连。 1、OCM28液晶模块介绍及使用说明OCMJ中文模块系列液晶显示器内含 GB 2312 16*16点阵国标一级简体汉字和 ASCII8*8（半高）及8*16（全高）点阵英文字库，用户输入区位码或 ASCII 码即可实现文本显示。也可用作一般的点阵图形显示器之用。提供位点阵和字节点阵两种图形显示功能，用户可在指定的屏幕位置上以点为单位或以字节为单位进行图形显示。完全兼容一般的点阵模块。OCMJ中文模块系列液晶显示器可以实现汉字、ASCII 码、点阵图形和变化曲线的同屏显示，并可通过字节点阵图形方式造字。本系列模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。一改传统的使用大量的设置命令进行初始 化的方法，OCMJ 中文模块所有的设置初始化工作都是在上电时自动完成的，实现了“即插即用”。同时保留了一条专用的复位线供用户选择使用，可对工作中的模块进行软件或硬件强制复位。规划整齐的10个用户接口命令代码，非常容易记忆。标准用户硬件接口采用REQ/BUSY 握手协议，简单可靠。引脚名称方向说明引脚名称方向说明1VLED+I背光源正极（LED+5V）8DB1I数据12VLED-I背光源负极（LED-OV）9DB2I数据23VSSI地10DB3I数据34VDDI（+5V）11DB4I数据45REQI请求信号，高电平有效12DB5I数据56BUSYO应答信号=1：已收到数据并正在处理中 =0：模块空闲，可接收数据13DB6I数据67DB0I数据014DB7I数据7表11：OCMJ2X8（128X32）引脚说明2、OCM28液晶模块外部连接原理图及接口说明图3 47 8051与OCMJ4X8模块连接图模块上DB0DB7插孔对应于位数据线；BUSY、REQ插孔分别对应于图中相应的引脚。Pules按键PRESET按键LED数码管片选信号插口8086CPU模块8255接线插口8253接线插口LED和开关接线插口74LS244/74LS273接线插口8259接线插口实验箱面板布局第2部分、工具软件工具按钮寄存器状态内存状态程序编辑区代码编译、下传情况。实验软件“TECH”用于进行汇编程序的编辑、编译、保存和运行调试。软件窗口主界面如下图所示。启动程序，建立实验箱和PC机的通信连接的步骤：双击桌面图标，弹出对话框：。在出现的对话框中单击“确定”后，按一下实验箱的“PRESET”按钮，等到实验箱左上方的LED数码管显示，表示已建立通信连接，启动完成。否则实验箱和软件不能正常进行实验！实验软件的具体操作方法可参考操作的录像文件。二、基础实验部分实验1 存储器读写实验一、实验目的 1.掌握PC机外存扩展的方法。 2.熟悉6264芯片的接口方法。 3.掌握8086十六位数据存储的方法 。二、实验设备 微机实验箱、8086CPU模块。三、实验内容 向02000020FFH单元的偶地址送入AAH，奇地址送入55H。四、实验原理介绍本实验用到存储器电路五、实验步骤和要求1、实验接线:本实验无需接线。2、编写调试程序3、运行实验程序，可采取单步、设置断点方式，打开内存窗口可看到内存区的变化。本实验的主要目的是学会用使用工具软件，掌握用单步执行和断点方式运行程序，观察寄存器和内存中的数据变化等程序调试的手段。六、实验提示1、RAM区的地址为02000H，编程时可将段地址设为0100H，则偏移地址为1000H。 2、如果按字节进行存储，则AL为55H或AAH；如果按字进行存储，则AX应为55AAH。3、6264、62256等是计算机系统扩展中经常用到的随机存储器芯片（RAM），主要用作数据存储器扩展。本实验所进行的内存置数在程序中经常用到。计算机系统运行中会频繁地进行内存与外设或者内存与内存之间的数据传输，所以本实验虽然简单但对理解系统程序的运行很关键，望学习和实验时认真对待。七、实验范例程序框图及源代码(实验程序名：RAM.ASM) code segment assume cs:code org 0100hstart: mov ax,0100h mov ds,ax;数据段地址 mov es,ax mov si,1000h;偏移地址 mov cx,0100h;循环次数 mov al,0intram: mov si,al inc si loop intram mov si,1000h;设置断点处 mov cx,100h mov ax,55aahfil: mov si,ax;RAM区循环置数 inc si;movsi,ah inc si loop fil nop;设置断点处 jmp startcode ends end start 八、思考题1、 单步执行到“intram”标号的语句时，ds寄存器的数据是什么？采用断点方式运行时执行到第一个断点处，2000H202FH内存单元的数据是什么？执行到第二个断点处，2000H200FH内存单元的数据是什么？并根据观察结果和对源程序的判读简述源程序的运行效果。2、 修改程序，实现从2010H到201FH内存单元依次赋值00H0FH，从2020H到202FH内存单元依次赋值0FH00H的功能。实验2 简单I/O口扩展实验一、实验目的 1、 熟悉74LS273，74LS244的应用接口方法。 2、掌握用锁存器、三态门扩展简单并行输入、输出口的方法。二、实验设备 微机实验箱、8086CPU模块。三、实验内容 逻辑电平开关的状态输入74LS244，然后通过74LS273锁存输出，利用LED显示电路作为输出的状态显示。四、实验原理介绍本实验用到两部分电路：开关量输入输出电路，简单I/O口扩展电路。五、实验步骤1、实验接线：(表示相互连接)CS0 CS244； CS1CS273； 平推开关的输出K1K8 IN0IN7（对应连接）； O0O7LED1LED8。2、编辑程序，单步运行，调试程序3、调试通过后，全速运行程序，观看实验结果。4、编写实验报告。六、实验提示74LS244或74LS273的片选信号可以改变，例如连接CS2，此时应同时修改程序中相应的地址。七、实验结果程序全速运行后，逻辑电平开关的状态改变应能在LED上显示出来。例如：K2置于L位置，则对应的LED2应该点亮。八、实验范例程序框图（实验程序名: T244273.ASM）九、程序源代码清单assume cs:code code segment public org 100hstart: mov dx,04a0h ;74LS244地址 in al,dx ;读输入开关量 mov dx,04b0h ;74LS273地址 out dx,al ;输出至LED jmp start code ends end start外围接线原理图十、思考题：修改连线：74LS244的片选信号CS244改接CS2，将74LS273的片选信号CS273改接CS3，开关K1，k2接74LS244的IN0、IN1，74LS273 的O0O7接发光二极管L1L8。 编写程序实现以下功能：K1K2置于L（上）位置时，L1L8全灭； K1开关置于H（下）位置时，L1L4亮，L5L8灭； K2开关置于H（下）位置时，L1L4灭，L5L8亮；K1K2均置于H（下）位置时，L1L8全亮。实验3 8255并行口实验一、实验目的掌握8255A的编程原理。二、实验设备 微机实验箱、8086CPU模块。三、实验内容 8255A的A口作为输入口，与逻辑电平开关相连。8255A的B口作为输出口，与发光二极管相连。编写程序，使得逻辑电平开关的变化在发光二极管上显示出来。四、实验原理介绍本实验用到两部分电路：开关量输入输出电路和8255可编程并口电路。五、实验步骤1、实验接线CS0CS8255； PA0PA3 平推开关的输出K1K4； PB0PB3发光二极管的输入L1L4。2、编程并全速或单步运行。3、全速运行时拨动开关，观察发光二极管的变化。当开关某位置于L时，对应的发光二极管点亮，置于H时熄灭。六、实验提示8255A是比较常用的一种并行接口芯片，其特点在许多教科书中均有介绍。8255A有三个8位的输入输出端口，通常将A端口作为输入用，B端口作为输出用，C端口作为辅助控制用，本实验也是如此。实验中，8255A工作于基本输入输出方式（方式0）。七、实验结果程序全速运行后，逻辑电平开关的状态改变应能在LED上显示出来。例如：K2置于L位置，则对应的LED2应该点亮。八、实验范例程序框图及源代码（实验程序名：t8255.asm）assume cs:code code segment public org 100hstart: mov dx,04a6h;控制寄存器地址 mov ax,90h;设置为A口输入，B口输出 out dx,axstart1: mov dx,04a0h;A口地址 in ax,dx;输入 mov dx,04a2h;B口地址 out dx,ax;输出 jmp start1code endsend start思考题：1、修改接线CS2CS8255，PA0PA3 平推开关的输出L1L4； PB0PB3发光二极管的输入K1K4。修改程序达到以下要求：开关K1置“H”(下)位置时L1L4全亮；K2置“H”(下)位置时L1、L3亮；K3置“H”(下)位置时L2、L4亮；K4置“H”(下)位置时L1和L4轮流闪烁，修改程序实现相应功能。实验4 8253定时器/计数器接口实验一、实验目的掌握8253定时器的编程原理，用示波器观察不同模式下的输出波形。二、实验设备 微机实验箱、8086CPU模块、示波器。三、实验内容 了解8253计数器的不同工作方式，掌握其初始化控制字对定时/记数效果的影响。四、实验原理介绍本实验用到两部分电路：脉冲产生电路、8253定时器/计数器电路五、实验步骤1、实验连线：CS0CS8253 OUT08253CLK2 OUT2LED1 OUT1LED2CLK38253CLK0，CLK38253CLK12、编程调试程序3、全速运行，观察实验结果六、实验提示8253是计算机系统中经常使用的可编程定时器/计数器，其内部有三个相互独立的计数器，分别称为T0，T1，T2。8253有多种工作方式，其中方式3为方波方式。当计数器设好初值后，计数器递减计数，在计数值的前一半输出高电平，后一半输出低电平。实验中，T0、T1的时钟由CLK3提供，其频率为750KHz。程序中，T0的初值设为927CH（37500十进制），则OUT0输出的方波周期为（37500*4/3*10-6=0.05s）。T2采用OUT0的输出为时钟，则在T2中设置初值为n时，则OUT2输出方波周期为n*0.05s。n的最大值为FFFFH，所以OUT2输出方波最大周期为3276.75s(=54.6分钟)。可见，采用计数器叠加使用后，输出周期范围可以大幅度提高，这在实际控制中是非常有用的。七、实验结果程序全速运行后，LED1按一定周期闪烁(周期理论值为0.2s)，LED2在高频脉冲信号（约15KHz）影响下，有微弱的光亮，但无明显的周期变化现象。八、实验范例程序框图及源代码(实验程序名：t8253.asm)assume cs:codecode segment publicorg 100hstart:mov dx,04a6h;控制寄存器mov ax,36h;计数器0，方式3out dx,axmov dx,04a0hmov ax,7Chout dx,axmov ax,92hout dx,ax;计数值927Chmov dx,04a6hmov ax,76h;计数器1，方式3out dx,axmov dx,04a2h mov ax,32h out dx,ax mov ax,0;计数值32h out dx,ax mov dx,04a6h mov ax,0b6h;计数器2，方式3 out dx,ax mov dx,04a4h mov ax,04h out dx,ax mov ax,0;计数值04h out dx,axnext:nopjmpnextcode ends end start 思考题：1、 为什么说范例程序运行时LED1闪烁周期的理论值是0.2秒？在范例程序设置LED2的最大闪烁周期是多少？请分析说明。2、 修改片选信号接线使CS1和CS8253连接，并要求LED1的闪烁周期变为4秒（亮2秒，灭2秒），修改程序实现功能。实验58259中断控制器实验一、实验目的1、掌握8259A的工作原理。2、掌握编写中断服务程序方法。3、掌握初始化中断向量的方法。二、实验设备 微机实验箱、8086CPU模块。三、实验内容了解中断处理的原理，掌握利用中断控制器进行中断申请和中断操作的方法。四、实验原理介绍本实验用到三部分电路：电平开关电路、简单I/O口扩展电路和8259中断控制器电路。五、实验步骤1、实验接线CS0 CS8259 CS3 CS273 O0O3LED1LED4 K1K4IR0IR3 INTINT( 8086CPU板) INTAINTA（8086CPU板）2、编译调试程序3、将所有开关K1K4置于H（下）位置后，全速运行程序，拨动某一电平开关（推到L位置，再拨回H位置），观察LED的亮灭情况。六、实验提示1、 8259的使用说明请详细阅读教科书。2、8086的中断系统是向量中断方式。内存中特定位置有一中断向量表，表内存有不同中断类型的中断向量（中断入口地址）。不同中断类型的中断向量在表内有对应的偏移地址，其计算方法是：中断类型*4。3、中断类型由8259通过数据总线送给8086，8086内部电路会将该类型值自动乘4，而后赋给指令指针，从而转向中断向量表的相应单元取得中断入口地址，之后就进入中断服务程序。请仔细研读8259的工作时序。4、中断类型的高5位由8259寄存器ICW2决定，低3位由中断源IRx的编码自动填入。IR0IR7的编码分别为000，001，010，011，100，101，110，111。七、实验结果全速运行程序，由上往下拨动开关时，相应位置的LED点亮，其余LED全灭。八、实验范例程序框图及源代码（实验程序名：t8259.asm） assume cs:code code segment public org 100hstart:movcx,0start1: climov dx,04a0h mov ax,13h out dx,ax;ICW1, ICW4 NEEDED movdx,04a2hmov ax,80hout dx,ax ;ICW2 中断类型80hmov ax,01h;01out dx,ax ;ICW4mov ax,00hout dx,ax ;OCW1, 开放所有中断nop ;以上为8259初始化 mov ax,0mov ds,axmov di,200h ;初始化中断向量表mov ax,offset int0mov ds:di,axadd di,2mov ds:di,100hadddi,2mov ax,offset int1mov ds:di,axadd di,2mov ds:di,100hadddi,2mov ax,offset int2mov ds:di,axadd di,2mov ds:di,100hadddi,2mov ax,offset int3mov ds:di,axadd di,2 ;上述程序为芯片8259的初始