《微机原理实验指导书》.doc

微机原理汇编及接口实验讲义 电子信息工程系微机实验组 2015年3月 目 录实验一 寻址方式和汇编语言程序上机调试步骤 1实验二 循环程序设计 2实验三 子程序调用程序设计 3实验四 DOS系统功能调用 4实验五 接口实验预备知识 5实验六 简单的输出接口 9实验七 简单的输入接口 11实验八 数码管动态显示实验 13实验九 可编程并行接口8255实验 15实验十 可编程计数/定时器8253实验 16实验十一 可编程中断控制器8259实验 17实验十二 微机接口综合实验（上机测验）集成电路内部原理及管脚图 21实验一 寻址方式和汇编语言程序上机调试步骤一、 实验目的1、 掌握在HQFC环境下8086的寻址方式。2、 掌握在HQFC环境下汇编语言程序上机步骤及调试过程。3、 掌握连续执行、单步执行、跳过执行及设置断点的方法。4、 掌握连续执行、单步执行过程中如何查寄存器、存储器、堆栈中的数据。二、 实验内容1、在HQFC环境下单步执行下列指令，查看每条指令的执行过程，随时查看寄存器、存储器、堆栈及反汇编窗口并记录执行结果，查看、记录每条指令的操作码和操作数，查看、记录所有指令的反汇编结果。code segmentassume cs:codestart: mov ax,1234h mov bx,4321h add ax,bx mov cx,ax push cx pop dxloop: jmp loopcode ends end start 将3、4语句1234h、4321h改为1234、4321后再执行程序，观察结果寄存器窗口，说明变化原因。在语句PUSH CX设置断点，连续执行后查看结果，说明设置断点对程序调试有何作用？2、 在数据段X单元存放有数据42，Y单元存放有数据43，编程求这两数之和，并把结果存放到S单元，编写出完整程序，上机调试，查看、记录执行结果。3、 已知数据段X单元存放的数据为10H，编程将该数据左移四位后存放到Y单元，编写出完整程序，上机调试，查看、记录执行结果。三、 实验预习1、 8086的寻址方式，理解什么是操作码和操作数。2、 了解汇编语言程序上机（编辑编译链接执行）过程。3、 学习利用汇编语言编写简单的源程序。4、 什么是反汇编，反汇编的作用？四、 实验报告要求1、 写出在HQFC环境下汇编语言程序上机的步骤。2、 写出第1题源程序及对应指令的反汇编结果，写出3、4条指令的操作码和操作数，说出双字节数在存储器中的存放规律，写出单步执行完每条指令后，对应指令寄存器的值。3、 写出第2题、第3题的源程序和执行结果。实验二 循环程序设计一、实验目的1、 进一步掌握HQFC环境下汇编语言程序上机步骤及调试过程。2、 掌握简单的单循环程序设计和调试的方法。3、 掌握多重循环程的序结构及调试方法。4、 掌握代码段、数据段、附加段的数据查看。二、实验内容1、编程将数据段从00H单元起始的十个单元赋值，值为00H09H。2、现有两组数，X= 78, 127，128, 125，88，Y=32, 43, 76, 95, 1。编程求两个数组之和，并将结果传送到S数组内，S（）= X（）+ Y（）。3、现有两个多位十进制数，X=5790123467，Y=1357902468。编程求X和Y之和，并将结果传送到S。4、编程将09这十个随机给出的数从小到大排序。5、观察不同数制机器数的表示方法，观察不同数制相加的结果及在存储器中的存放格式。6、记录正确的实验结果。三、实验预习1、复习循环结构的基本形式，掌握计数器CX与LOOP循环指令的关系。2、复习逻辑地址和存储器分段的概念。3、根据实验内容题目的要求编写出源程序。五、 实验报告要求1、 写出经过上机调试并通过的源程序和结果。2、 通过循环程序的上机调试，写出循环程序结构的特点及调试方法。实验三、子程序调用程序设计一、 实验目的1、 掌握子程序调用编程及调试方法。2、 掌握多重循环程序结构的要点及调试方法。3、 掌握带符号数和无符号数比较测试及转移条件。4、 掌握简单的数据复制方法。二、 实验内容1、 用子程序调用（段内近程调用）编程，将以下十个数从小到大排序。85，77，126，1，43, 37，128, 11，19，13。2、 用子程序调用的方法，将上题10个排好序的数复制到附加段。3、正确设置断点，观察数据比较、转移的现象，观察每次子程序调用及返回的过程。4、观察、记录数据段、附加段的排序结果。三、 实验预习1、 复习多重循环的初始控制条件及控制程序循环的过程。2、 复习间接标志条件转移指令带符号数和无符号数的区别和应用。3、 复习子程序调用的过程及编程方法，了解子程序调用距离属性的格式，掌握子程序段内近程调用的程序结构。4、 根据实验内容的要求写出源程序。四、 实验报告要求1、写出经过上机调试并通过的源程序及实验结果。2、通过上机调试，写出子程序调用程序的调试方法。实验四、DOS系统功能调用一、 实验目的1、 掌握DOS系统功能调用原理和步骤。2、 掌握DOS系统功能调用实现单个字符的输入、输出（功能号：01H、02H），字符串的输入、输出（功能号：09H、0AH）。3、 了解回车、换行的概念与区别，掌握回车、换行功能的使用。4、 掌握通过LOOP指令实现延时的原理及延时子程序的编写。二、 实验内容1、 从键盘连续输入5个单个字符（如：1、2、3、4、5），并将其压入堆栈。2、 将压入堆栈的5个单个字符显示在屏幕上。3、 从键盘输入一行字符串到内存缓冲区（ 如：ARE YOU READY ？）。4、 将内存缓冲区存放的一行字符串显示在屏幕上。5、 编写一个5秒倒计时程序，将倒计时结果显示在屏幕上。（下周实验上机调试）三、 实验预习1、 什么是DOS系统功能调用？2、 实现DOS系统功能调用的步骤？3、 什么是DOS功能调用的入口参数和出口参数？4、 假设执行一次LOOP指令的时钟周期为10，CPU的时钟频率为3GHs，计算执行一次LOOP NEXT指令所需的时间？计算1秒钟需要反复执行LOOP指令多少次（用十六进制表示）？5、 延时子程序如下：（参考） DELAY PROC NEAR PUSH CX MOV BX, H FOR1: MOV CX, H FOR2: LOOP FOR2 DEC BXJNZ FOR1POP CXRET DELAY END四、 实验报告要求1、 将实验内容中的第1题、第2题合成一个实验内容编写程序，记录输入、输出结果。2、 将实验内容中的第3题、第4题合成一个实验内容编写程序，记录输入、输出结果。实验五接口实验预备知识一、实验目的1、掌握TPC-ZK-UPC微机原理实验箱的使用方法。3、掌握HQFC集成软件结合微机原理实验箱完成接口实验的方法。二、实验内容 1、熟悉实验箱、集成电路芯片、元器件的使用TPC-ZK-UPC实验箱主要部件位置如下图，在微机原理接口实验课程中，相应的接口实验都是基于该实验箱来完成。74LS75面板电源开关核心模板机箱电源开关USB通讯接口74LS75总线区两路单脉冲8位数码管825574LS048254预留14脚插座74LS24474LS3274LS0074LS7574LS273常用芯片区域LED显示区I/O端口地址逻辑电平开关逻辑笔扩展区蜂鸣器等复位信号说明：实验箱上所有集成电路芯片的电源和地均已连接好。硬件实验1、认识各功能区及信号插孔的位置数据： D0 D7。地址： A0A15。控制信号：IOR、IOW(RD、WR)、 IRQ10.等。端口地址：Y0(280H287H)、Y1(288H28FH) .Y6(2B0H2B7H)、Y7(2B8H2BFH)。单脉冲信号、复位信号、电平开关，电源端（5V）、 地端，机箱右侧总电源开关、面板电源开关（上开下关）及指示灯等。2、发光二极管（LED）实验a、 实验箱12个LED为共阴连接。b、 将逻辑电平开关的输出接一路LED。c、 变化逻辑电平观察显示状态。 3、数码管实验 a、设置好选通信号S0S7中的对应控制电平（高有效）。b、把逻辑电平开关输出端分别接数码管的输入端, a或b或其它端。S0S7c、变化逻辑电平开关的输出电平，观察数码管显示状态。 4、反向器74LS04实验a、 1脚逻辑电平开关的输出，2脚接LED。b、 变化1脚的电平，观察LED的变化。5、 或门74LS32实验a、 1、2脚接逻辑电平开关的输出，3脚接LED。b、 变化1、2脚的电平，观察LED的变化。c、 验证或门的逻辑关系。 6、锁存器74LS75实验a、13脚接单脉冲，2脚接逻辑电平开关的输出。b、变化13脚单脉冲的触发边沿（上升或下降沿），观察LED的变化和实验现象。c、D为数据输入端，Q为数据输出端，G为锁存控制端。d、实验用单脉冲锁存数据，验证是上升沿还是下降沿锁存数据。 7、八D触发器74LS273实验 a、1脚（清零端）接逻辑电平开关高电平，（低电平清零）。 b、2脚接LED，3脚接逻辑电平开关的输出。 c、11脚（触发端）接单脉冲。 d、实验用单脉冲触发锁存，验证是上升沿还是下降沿触发锁存数据。8、缓冲器74LS244实验a、 1、2脚接逻辑电平开关输出，18脚接LED。b、 变化1、2脚的电平，观察LED。c、 2脚为数据输入端，18脚为数据输出端，1脚为控制端。d、观察电平信号与脉冲信号的区别。验证是高电平还是低电平有效。 软件实验 1、调试5秒倒计时程序，掌握1秒延时子程序的调用方法，观察屏幕输出结果，调整好延时常数。三 、实验预习1、74LS75与74LS273有什么不同？它们通常用于什么性质的接口电路？2、复习74LS244的特性，该芯片通常用于什么性质的接口电路？3、编写出5秒倒计时源程序。四 、实验报告要求1、根据实验结果描述各个器件的特点。2、说明锁存器和缓冲器的区别。3、说明脉冲信号和电平信号的区别。4、写出上机调试通过的5秒倒计时源程序。23实验六 简单的输出接口一、 实验目的1、掌握简单输出接口电路的设计方法。2、学会使用锁存器锁存数据。3、学会数据总线、地址总线和控制总线与接口电路的连接。4、掌握在HQFC环境下对输出接口硬件和软件的调试。 二、实验内容1、利用74LS75芯片设计一个简单的输出接口电路。先使1个绿色LED亮3秒钟后熄灭，然后使1个黄色LED亮灭3次后熄灭，亮灭间隔1秒钟，最后使1个红色LED亮3秒钟熄灭。以上现象重复2次，然后所有LED熄灭。要求总线数据信号为高电平时,LED点亮。2、利用74LS273芯片设计一个简单的输出接口电路，使八个LED循环顺序点亮,要求每个LED亮0.5秒,循环3次，然后所有LED熄灭。要求总线数据信号为高电平时,LED点亮。三、实验预习1、复习I/O接口的定义、功能和作用，清楚接口和端口的关系。2、熟悉74LS75、74LS273芯片锁存数据的原理。3、掌握LOOP指令延时原理，编写出延时0.5秒、1秒的子程序。4、根据题意画出电路框图，（标出数据线、信号线引入芯片管脚的序号），设计出控制电路，控制电路部分画出电路图。6、 根据题意编写出源程序。 简单输出接口电路框图在HQFC环境下对输出接口电路的调试：1、硬件接线完毕检查无误后，点击工具栏中的“工具软件”，选“接口调试工具”。 2、在数据发送框里，选“IO地址”，在“起始地址”栏里填写接口电路的输出端口地址，在右边输入框内填写要输出的数据。 如：亮1个LED，输入框内的数据为： 01亮2个LED，输入框内的数据为： 03亮4个LED，输入框内的数据为： 0F亮8个LED，输入框内的数据为： FF8个LED全灭，输入框内的数据为 003、点击“发送数据”，如果电路接线正确，则数据相对于的LED点亮。四、实验报告要求1、写出源程序（上机调试通过）并对程序中关键语句加以必要的注释。2、画出电路框图，（标出数据线、信号线引入芯片管脚的序号），设计出控制电路，控制电路部分画出电路图。3、 写出实验现象，简单叙述对输出接口电路设计的体会。实验七 简单的输入接口一、 实验目的1、掌握简单输入接口电路的设计方法。2、掌握利用缓冲器将外部数据读入计算机的过程。3、学会数据总线、地址总线和控制总线与接口电路的连接。4、掌握在HQFC环境下对输入接口硬件和软件的调试。 二、实验内容1、利用单脉冲作为读入信号，每读入一个单脉冲（一个上升沿和一个下降沿为两次单脉冲），要求在屏幕上显示出读入脉冲的累加结果，在屏幕上显示“6”后，再换行输出“END”，程序结束。2、通过扳动电平开关输出的高低电平来作为读入信号，电平开关来回扳动一次(正确理解来回扳动一次的含义)作为一个读入过程，一个过程为一个累加数，在屏幕上显示累加结果，在屏幕上显示“6”后，再换行输出“END”，程序结束。三、实验预习1、复习I/O接口的定义、功能和作用，分清输入接口和输出接口的区别。2、熟悉74L244芯片的工作原理及使用。3、思考题：若8位数据线只有其中几位作为读入数据线用时，其他空闲数据线在读入数据时如何处理？采用什么方法？有几种方法？4、根据题意画出电路框图，（标出数据线、信号线引入芯片管脚的序号），设计出控制电路，控制电路部分画出电路图。5、根据题意编写出源程序。 无条件输入接口电路框图在HQFC环境下对输入接口电路的调试：1、 硬件接线完毕检查无误后，设置好预读入的脉冲或开关电平。点击工具栏中的“工具软件”，选“接口调试工具”。 2、 在数据接收框里，选“IO地址”，在“起始地址”栏里填写接口电路的输入端口地址，再点击“接收数据”，在右边框内即为读入的数据。 3、 检查读入的数据和AL位的对应关系是否正确。例：若D0为高电平，框内的数据为奇数，D0为低电平，框内的数据为偶数。四、实验报告要求1、写出上机调试通过的源程序，对关键的语句加以必要注释。2、画出电路框图，（标出数据线、信号线引入芯片管脚的序号），设计出控制电路，控制电路 路部分画出电路图。3、写出实验现象，简单叙述对输入接口电路设计的体会。实验八 数码管动态显示实验一、实验目的1、 掌握数码管的显示原理。2、 掌握利用数码管显示计算数机输出信息。3、 掌握数码管动态显示的原理及使用。二、实验内容1、 使两个数码管分别显示“HP”，显示保持5秒钟后两个数码管熄灭。2、 使两个数码管分别显示01，23，45，67，89，每组字符显示保持2秒钟，程序结束后数码管熄灭。三、实验预习1、 数码管相关引脚（1）实验箱上共有8个共阴极数码管，引脚分别是：A、B、C、D、E、F、G、DP，称为段码。8个数码管的段码是并联的，每个段码都通74LS244驱动器加以驱动。（2）每一个数码管都有一个控制端，称为位码。8个位码是独立的，分别是：S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。每个位码控制端经过一个与非门驱动。（3）通常D0接A，D1接B，D6接G，D7不用。 数码管相关引脚2、 数码管点亮的条件（1）要使数码管显示数字，相应的段码应为高电平，对应位码为高电平。（注：位码段浮空为高电平。）（2）字型与数码管显示的对应关系见下表字 型发光段 g f e d c b a十六进制数0 0 1 1 1 1 1 1 3FH1 0 0 0 0 1 1 0 06H2 1 0 1 1 0 1 1 5BF3 1 0 0 1 1 1 1 4FH4 1 1 0 0 1 1 0 66H5 1 1 0 1 1 0 1 6DH6 1 1 1 1 1 0 1 7DH7 0 0 0 0 1 1 1 07H8 1 1 1 1 1 1 1 7FH9 1 1 0 1 1 1 1 6FH（3）动态显示原理实验箱8个数码管的段码是并联在一起的，一次只能显示一种字符，要使多个数码管显示不同字符，先使第一个数码管显示第一种字符，位码控制端S0保持几个毫秒之后，使第二个数码管显示第二种字符，第二个位码控制端S1保持几个毫秒后，然后再指向下一个数码管这样循环显示。由于人眼的视觉存在惯性作用，感觉好像多个数码管“同时”显示不同的字符。由于数码管点亮后再熄灭存有余晖，会造成显示上的模糊，所以在显示每个字符之前，都必须将数码管上的所有余晖清除掉。我们可以通过关闭显示来实现。即：使对应的位码为低电平。若位码控制地址为280H，则关闭数码管的语句为： MOV DX，280H ；置位控地址 MOV AL，00H ；使位码均为低电平 OUT DX，AL ；输出位码信号（4）掌握利用数码管显示其他字符，如：C、O、E、F、L 等。四、实验报告要求1、写出调试通过的源程序，对关键的语句加以必要注释。2、画出电路框图（标出数据线、信号线引入芯片管脚的序号），设计出控制电路，控制电路部分画出电路图。3、说明数码管动态显示延时时间长短对视觉有何影响。实验九 可编程并行接口8255实验一、实验目的1、 了解8255芯片的结构和功能。2、 掌握8255初始化程序的设计方法。3、 掌握8255与CPU信号的基本连接方法。二、实验内容1、 8255方式0，检测D0位的状态，若D0为低电平时，使四个红色LED循环点亮3次后全部熄灭，若D0为高电平时，使四个绿色LED同时亮灭3次后全部熄灭。（A、B、C口的选择由上课老师根据不同班组决定）2、 8255方式1，将四位开关量由A（B）口选通输入，3秒钟后由B（A）口输出，驱动LED。3、 要求通过对C口的输入、输出状态字IBF和OBF的测试来控制程序运行，选通信号STB和回答信号ACK使用单脉冲。（A、B口的选择由上课老师根据不同班组决定）1、 实验预习1、 实验箱上的8255A芯片电源和数据线均已连接好，实验时连接好读写控制模块信号即可工作，读写控制模块信号：CS、RD、WR、RESET、A1、A0。2、 片选信号CS接Y0，复位信号RESET接低电平，高电平起复位作用。3、 预习课本相关内容：（1）8255A内部机构及A、B、C口的特性。（2）8255A方式0、方式1的基本功能和控制字。（3）8255A方式1的C口输入、输出状态字和时序图。（4）清楚8255A方式1选通信号STB、回答信号ACK和C口输入、输出状态字的关系，清楚选通信号STB和回答信号ACK是如何控制程序运行的。四、实验报告要求1、写出调试通过的源程序，对必要的语句加以注释。2、画出正确的接线图。3、通过对8255A的实验，对比实验六、实验七，谈谈你对8255A的认识和体会。4、能否用8255A来完成实验八的内容，若能实现简述你的实现方案。实验十 可编程计数器/定时器 8253实验一、实验目的 1、掌握8253的主要性能及其初始化编程。 2、掌握8253控制字的写法。3、掌握8253芯片的应用与调试。二、实验内容1、8253方式0测试：用单脉冲作为CLK信号，OUT接LED。先给某号计数器写入计数值，然后产生若干个CLK信号，5秒后将该计数器的余值显示在屏幕上，分析计数常数N与CLK的关系。要求：用LED来监视CLK的个数,初态LED灭。（计数器号的选择由上课老师根据不同班组决定）2、8253方式1测试：使某号计数器工作在方式1，CLK和GATE信号由单脉冲产生，OUT接LED，验证CLK1、GATE1和OUT1三者关系。 要求：分别用LED监视CLK、GATE的状态，初态两个LED均灭。三、实验预习1、弄清8253内部结构、功能及工作方式，并弄清方式0的CLK与OUT的关系。2、根据题意会写出8253的控制字。3、弄清楚方式1的波形图及方式1CLK 、GATE、 OUT三者有什么关系？4、第二题在不改动计数器原值的条件下，如何利用GATE信号来加宽输出脉冲的宽度？ 5、根据实验内容的要求，写出源程序，画出8253芯片与外部器件的接线图。四、实验报告要求1、 写出正确的源程序并加以必要的注释。2、 画出8253芯片与外部器件的接线图。3、 写出实验过程的现象、结果并分析原因。4、 你认为8253芯片一般会应用在什么地方？实验十一 可编程中断控制器8259实验一、实验目的1、熟悉8259A基本功能，了解初始化的命令方式。2、掌握中断矢量的填装、中断服务程序的编写、中断服务程序电路的设计与调试。3、掌握通过IRQ10实现中断的过程。二、实验内容1、 通过软件观察中断实现过程：主程序在屏幕上每秒中输出一行字符串（共输出20行），等待中断。例如: ARE YOU READY ? ARE YOU READY ? . .当中断脉冲信号通过IRQ10端子输入时，主程序停止字符串输出，执行中断服务程序。中断服务程序的功能：在屏幕上输出另一行字符串，每秒输出一行，共输出5行。例如： IRQ10 INTERRUPT NOW ! IRQ10 INTERRUPT NOW ! . .中断服务程序结束后，继续执行主程序，等待下一次中断，直到主程序运行结束。2、通过硬件观察中断实现过程：主程序在屏幕上每秒中输出一行字符串（共输出20行），等待中断。例如: ARE YOU READY ? ARE YOU READY ? . .当中断脉冲信号通过IRQ10端子输入时，主程序停止字符串输出，执行中断服务程序。中断服务程序的功能：使两个LED亮、灭3次，亮灭间隔1秒。中断服务程序结束后，继续执行主程序，等待下一次中断，直到主程序运行结束。三、 实验预习1、 系统的可屏蔽中断使用两片8258A，管理15级中断，当从片8259A的中断源IRQ10被选中后，经由从8259A的INT端向主片的IRQ2提成请求。整个系统的中断源的级别从高到低依次为：主片IRQ0、IRQ1，从片IRQ0IRQ7，主IRQ3IRQ7。2、 8259A有两个口地址，即奇地址和偶地址，系统分配给主片8359A的口地址为20H和21H，分配给从片8259A的口地址为A0H和A1H。用户在设计中断程序时，根据需要可以把一个8位的中断屏蔽字写入主片和从片的中断屏蔽寄存器奇地址端口。 3、 实验台的中断脉冲（由低到高的电平跳变）经IRQ10引入从片8259A的IR2，经过从片8259A中断屏蔽寄存器IMR D2位的屏蔽/开放管理和优先级判优，再经过INT端接到主片8259A的IRQ2，经过主片8259A中断屏蔽寄存器IMR D2位的屏蔽/开放管理和优先级判优，最终由主片8259A向CPU提出中断。4、 CPU响应实验台的IRQ10中断后，从片8259A送出的中断类型码是72H，则CPU转向72H型服务程序。 主8259中断源中断类型从8259中断源中断类型IRQ0日时钟08HIRQ8实时钟70HIRQ1键 盘09HIRQ9用户中断71H IRQ2来自从82590AHIRQ10实验台72HIRQ3 辅串口0BHIRQ11保 留73HIRQ4 主串口0CHIRQ12保 留74HIRQ5并行口20DHIRQ13协处理器75HI