器材微机一台TPC—H通用微机接口箱一个

1、物理系“微机原理与接口实验”讲义微机实验上机步骤：1 .作预习报告，明确实验内容、目的和要求，按时到实验室签到。每个实验由教师验收并记成绩，经教师同意可离开实验室。2 .点击屏幕上的"MS-DOS方式"，学生文件存在D:students目录中。在命令提示符“>”后输入操作命令，可用“3调出最近使用过命令。3 .编辑修改，按Alt键下拉菜单：选择打开、存盘、或退出。D:students>EDITal.asm/4 .编译生成目标文件D:students>MASMa1;/Warning:NOSTACKsegment是可忽略的。5 .连接系统调用生成可执行文件D:

2、students>LINKa1;/6 .连线并执行D:students>a1/实验一弁行I/O接口的扩展一、实验目的1 .了解并行I/O接口的扩展方法；2 .掌握可编程接口芯片8255A的工作原理、编程方式和使用方发。二、实验器材微机一台，TPCH通用微机接口实验箱一个。三、实验原理8255A的编程是通过向控制口写控制控字来实现的，8255A的控制字有方式控制字和C口置位/复位控制字两种。(1)方式控制字标志位A组控制C7-4B组控制C3-01D6D5D4D3D2D1D000方式001方式10X方式20输出1输入0输出1输入0方式01方式10输出1输入0输出1输入例如8255A的A

3、口为方式0输入，B口为方式0输出，C口上半部为方式0输出，下半部为方式0输入，设8255A的控制口地址为0E48BH,则用以下指令来编程：MOVDX,0E48BHMOVAL,10010001B；控制字送入累加器OUTDX,AL；控制字送入8255A(2)C口置位/复位控制字D7D6D5D4D3D2D1D0标志位0不用000选择PC0001选择PC1111选择PC71置位0复位该控制字也是送入控制口，一次只能对C口的一位操作。将PC4置1用以下指令：MOVDX,0E48BHMOVAL,00001001B;C口置位/复位控制字送入控制口OUTDX,AL四、实验内容1. 8255A工作于方式0,A口

4、输出，接七段数码管；C口输入，接开关K0-K3,用七段数码管循环显示从C口低4位输入的数据。程序运行中如有键按下就返回DOS连线参见实图1.1。解：方式字=10001001BA、B、C、控制口地址分别是0E488H、0E489H、0E48AH、0E48BH。DATASEGMENTLEDDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HDATAENDSCODESEGMENTASSUMESTART: MOV AX, DATA MOV DS, AX MOV AL, 89H MOV DX, 0E48BH OUT DX,

5、ALINOUT: MOV DX, 0E48AH IN AL, DX AND AL.0FHMOV BX , 0FFSET LED XLATMOV DX, 0E488H OUT DX, ALMOV AH, 1 INT 16H JZ INOUT MOV AH, 4CH INT 21H CODE ENDSCS:CODE , DS:DATA;方式字;C 口输入;屏蔽高4位;字符表基址送BX;换码 AL DS : BX+AL;A 口输出;读键盘缓冲区的 BIOS调用;无按键转到INOUT;有按键返回DOSENDSTART2. 8255A工作于方式0,A口输出，C口输入。从C口的高4位和低4位分别输入一个8

6、421BCD码表示的十进制数，求和后仍以8421BCD码十进制数形式在LED上显示。键盘上有键按下就返回DOS。3. 8255A工作于方式0,A口输入，接开关K0-K7;C口输出接LEDL0-L7。用LED以二进制数显示出K0-K7中置高电平的个数，程序运行中如有键按下就返回DOS。4. 8255A工作于方式0,A口输出数码管位码，C口输出段码。在S0数码管上连续显示字符0F后再在S1数码管上显示字符0F,每个字符停留1秒，循环显示。有按键返回到DOS。5. 利用数码管实现两位数的秒表。连线如下实图1.1:8255PCO PA0PC1 PMPC7 PA-dp 288HcCS(0E488H)g

7、dp a bQ U耶I 111 I f e d cJS1g dpSO18实图1.1两位数的秒表连线提示：调用如下子程序或BIOS的等待功能，适当调整参数可延时1秒1)延时子程序：DELAY PROC NEAR MOV SI, 0200H XX :MOV CX, 0YY:LOOP YYDEC SI JNE XX RETDELAY ENDP五、实验报告附加要求2) BIOS的等待功能调用MOV AH,86HMOV CX, 5MOV DX, 0INT 15H画出实验内容3和4的程序简要流程图，注释实验内容3和4的主要程序段。实验二可编程定时/计数器与中断控制一、实验目的1 .掌握微机中断处理系统的基

8、本原理、学习中断服务程序的编写方法。2 .掌握8253定时/计数器的基本原理和编程方法。二、实验原理本实验采用Intel8253作为计数器芯片，8254芯片是8253的兼容替代产品，计数速率等性能优于8253。1.可编程定时/计数器8253功能简介8253含有三个独立的16位计数器，每个计数器连接外设的信号分别是：CLK输入的脉冲信号或外部事件，计数器对此脉冲进行减1计数；GATE启动/禁止计数的控制信号；OUT输出信号。每个计数器可有六种工作方式，均可由程序设置和改变，如表2.1所示。若一个计数器被设定为方式0,计数初值n,在控制信号GATE为高时即可对输入的脉冲作减1计数,OUT维持低电平

9、；计数到0时，则由OUT端输出一个高电平信号。若一个计数器被设定为方式2,输入为周期性脉冲信号，且计数初值可自动重新装入并连续计数，输出信号就成为周期信号，周期为Tout=n汨n（或频率？out=?in/n）,即可作为分频器应用。表2.18253的6种工作方式工作方式功能描述GATE=0启动方式初值设置说明方式0计数到0输出高电平停止计数软件一次有效(n+1)Tclk负脉冲方式1硬件可重触发单稳态硬件自动装入nTCLK负脉冲方式2分频器停止计数软/硬件自动装入TouT=nXTclk方式3方波发生器停止计数软/硬件自动装入分频，占空比50%方式4软件触发选通停止计数软件一次有效计数到0负Tclk

10、方式5硬件触发选通硬件自动装入波形同方式4注：软件启动是指当GATE=1时写入方式字和初值即启动;硬件启动是指写入方式字和初值后要由GATE上升沿启动。2.8253编程简要说明8253的每个计数器必须在先写入控制字、再写入计数初值后才启动工作。若要用到个以上的计数器，则要对每个计数器分别进行初始化。所有计数器的方式字都写入同一控制口地址，而各计数器的初值则写入各自口地址。8253控制字的格式：SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD00通道000锁存计数值000方式00二进制计数01通道101读写低8位001水11十进制计数10通道21110读写高8位11先低后高X10方式2X11方式310

11、0方式4101方式5设置时应注意如下要点：设置8253的计数初值，1是计数初值的最小值，0是最大值。采用二进制计数，8253的初值可以表示为十进制数、二进制数或十六进制数。当初值小于256,只写低字节；当初值大于等于256,必须先写低字节后写高字节。例1:n=50=32H=00110010B,可写入语句为：MOVAL,50或MOVAL,32H或MOVAL,00110010BOUTPORT,ALOUTPORT,ALOUTPORT,AL采用十进制BCD码计数，8253的初值应以十进制数09表示并在后面加上H。（十进制数09的BCD码与十六进制数09在机器内的编码同为00001001。若不加H,计算

12、机将把输入的十进制数转换为二进制数处理，而8253芯片按BCD码计数，会造成错误。）例3:设采用十进制BCD码初值n=50,可写入语句为：MOVAL,50H;AL=(01010000)BCD=50HOUTPORT,AL此外，微机内部也配备有一片8253,其通道0用于系统实时钟定时、通道1用于DRAM刷新、通道2的输出端与扬声器相连，因此微机上8253的通道2可在实验中做辅助应用，微机上8253的I/O端口地址为40H43H。3.微机系统的中断结构简要说明实图2.1微机系统的中断结构微机系统的中断结构示意如实图2.1,中断向量分配及8259初始化由操作系统统一进行，在实验中不允许重新对微机系统中

13、的8259A进行初始化(不写入初始化命令字ICW1/ICW4),在中断服务程序的编程过程中对8259A的操作仅限于写入操作命令字以及对IMR、ISR、IRR等寄存器的访问。微机接口实验箱上仅仅引出一位中断源接在主片IR6,系统中IRQ值与中断向量的对应关系参考表2.6。表2.6IRQ与中断向量对应关系IRQ值中断向量功能MasterSlave008系统时钟10920A级连到从8259870实时时钟971从定向到IRQ21072系统引用1173系统引用1274鼠标或系统PJ用1375数字协处理器1476硬盘控制器1577系统引用30B串行通讯40C串行通讯50D并行口60E磁盘控制器70F并行口

14、1.8259A的操作命令字OCW1OCW3及编程说明：OCW1为中断屏蔽寄存器IMR（I/O地址为21H）,当OCW1某位为1时相应的中断申请（IRi）被屏蔽、为0时所对应的中断申请被允许。OCW1的格式如表2.3所示。表2.3OCW1格式M7|M6M5|M3|M2MlM0操作命令字OCW2用于设置中断优先级方式和中断结束方式（I/O地址为20H）,OCW2的格式及功能含义如表2.4所示。表2.4OCW2格式R|SL|EQ1|0|Q|L2|LIL0|VZ-0 12 3 4 5 6 7 rrrrrrr'rI I Tl 11 I I Ti 1001：普通EOI方式OCW2标志000：01b

15、转殊EO工方式OOh101i自动循环普通EOI010iJilt自动循环特殊EOIOil；100：设置优先级自动循环命令100：000：清除优先级自动循环命令101：置位优先权命令1101010：无操作ill：I/O地址为操作命令字OCW3用于设置或清除特殊屏蔽方式和读取寄存器的状态（20H）,OCW3的格式及功能含义如表2.5所示。表2.5OCW3格式10：复位特殊屏蔽11；设置特殊屏蔽Yox：无效10：11：读ISR 片查询状态寄存器/|esmmSMM。PRRRIS实验箱是通过基于PCI9052接口芯片设计的PCI扩展卡连接到PCI总线，若以中断方式和CPU进行数据交换，其过程概括为以下四个

16、步骤，参见实图2.2主机CPUINTINTA系统中断控制器IRQiINTRINTAPCI总统PCI扩展卡INTA#INTB# INTC# INTD#PLX9052INTA#LINT1LINTO一；本地中断事件实图2.2 基于PCI总线的中断过程简图9052内部中若连接到9052本地中断输入引脚LINTi1,0的外部中断源有效，且断使能，则9052的中断输出信号INTA#有效,从而产生PCI中断请求。上电时，初始化软件根据资源使用情况已自动将PCI中断引接到系统中断控制器的某一个中断引脚（IRQi）上，并将该信息写入了9052的配置空间中，用户可通过其配置空间来获取该配置信息。若IRQi上的中断

17、请求未被屏蔽且级别足够高，则该中断可以通过系统中断控制器向CPU提交请求。若CPU当前开中断，则相应中断，进入中断服务程序进行数据交换。因此，用户若要实现PCI扩展卡的中断功能，则不仅要对高性能PC机的中断逻辑初始化和操作，还要对PCI接口芯片的中断逻辑初始化和操作，见例题。相关的寄存器是PCI9052的中断状态寄存器，偏移地址为4CH和4DH,参考表2.7。表2.7PCI9052中断状态与控制寄存器二进制位含义缺省值0LINT0有效（1为有效，0为禁止）01LINT0极性（1为高电平有效，0为彳有效）12LINT0状态（1表示有中断，0表示没有中断）03LINT1有效（1为有效，0为禁止）0

18、4LINT1极性（1为高电平有效，0为低电平有效）05LINT1状态（1表示有中断，0表示没有中断）06PCI中断控制（1允许中断，0禁止中断）17软中断控制（1触发一次PCI中断）08LINT0边沿触发/电平触发（1为边沿触发，极性必须为1）19LINT1边沿触发/电平触发（1为边沿触发,极性必须为1）010LINT0边沿触发中断状态清除（写入1为清除）011LINT1边沿触发中断状态清除（写入1为清除）012PCI9052是含，作在ISA状态（必须为1）11315保留、实验内容1.8253通道0工作在方式0,计数初值为0FH,CLK0接单脉冲，GATE0接+5V,OUT0接逻辑笔。手动逐个

19、输入单脉冲，编程在计算机屏幕上显示计数值，并用逻辑笔观察输出的状态，键盘有键按下时返回DOS。接线图如实图2.3。8253逻辑望一OUTOCLK0单脉冲280H-283H/CSGATE0一+5V实图2.31题连线图参考程序：CODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:;方式字，8253通道0为工作方式0,二进制计数 ;写8253控制寄存器MOVAL,10HMOVDX,0e483HOUTDX,ALMOVDX,0e480HMOVAL,0FHOUTDX,AL;送计数初值为0FH;读计数初值;调显示子程序;有按键就返回DOSNNN:INAL,DXCALLDISPMOVAH,1INT16

20、HJZNNNMOVAH,4CHINT21HDISP PROC NEAR PUSH DX AND AL,0FH MOV DL,AL CMP DL,9 JLE NUM ADD DL,7NUM: ADD DL,30H MOV AH,02HMOV DL,0DHINT 21HMOV DL,0AHINT 21H POP DX RETMOV DS, AXMOV DX, OFFSET IRQMOV AX, 250EHINT 21HCLIMOV DX, 0EC4CHMOV AL, 43HOUT DX, ALINC DXMOV AL, 1DHOUT DX, AL;显示子程序;首先取低四位;判断是否=9;若是则为0

21、'-'9',ASCII码加30H;否则为A'-'F',ASCII码加37H;显示;加回车符;加换行符;子程序返回DISPENDPCODEENDS2 .按实图2.5连线组成分频器，输入2MHz方波、输出1Hz方波，计算计数初值、用逻辑笔观察输出波形。3 .实验台上单脉冲输出端连接总线的IRQ,以手动产生单个中断请求信号，每次中断在屏幕上显示一次“THISISANIRQ7INTERRUPT!”、中断10次后返回到DOS。参考程序：DATASEGMENTMESSDB'THISISANIRQINTERRUPT!',0AH,0DH,'

22、;$'DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,CS;以下五条指令设置中断向量;DS中断服务程序段地址、DX为偏移量;AH=25H置中断向量，0EH为IR6的中断向量;PCI9052中断状态、控制寄存器地址低位;最低位为1,开中断;PCI9052中断状态、控制寄存器地址高位;清除可能的中断状态IN AL, 21HAND AL, 10111111BOUT 21H, AL MOV AX, DATA MOV DS, AX MOV CX, 10 STINEXT:MOV BH, 1LL: CMP BH, 0 JNE LL CALL D

23、ISPMSG LOOP NEXT;D6=0、开放IRQ6中断;设置中断循环次数;比较进入中断服务程序的标志IN AL, 21H OR AL, 40H OUT 21H, AL;关闭8259的IRQ6中断MOVDX,0EC4CHMOVAL,42H;关闭PCI9052中断OUTDX,ALSTIMOVAH,4CHINT21HDISPMSGPROC;显示一行信息的子过程MOVDX,OFFSETMESSMOVAH,09INT21HRETDISPMSGENDPIRQ PROC FARPUSH AX PUSH DX MOV BH, 0MOV AL, 20H OUT 20H, AL MOV DX, 0EC4DH

24、 MOV AL, 1DH OUT DX, AL POP DXPOP AX IRETIRQ ENDPCODE ENDSEND START;中断处理程序，修改BH标志，结束一次中断服务;对8259写EOI;清除PCI9052的中断标志4 .驱动微机扬声器发声（1） 用实验台上的8253作为定时器时钟源，使其每秒产生一个脉冲连至总线的IRQ作为中断请求信号；（2） 由于微机内部也配备了一片8253,其GATE2由微机内部所配备的8255A芯片的PB0控制、CLK2的输入时钟频率为1.19MHz、OUT2输出和8255A芯片的PB1相“与”后经过驱动连接到了微机的扬声器上，试利用这一资源编程设置微机8

25、253使其通道2输出1KHz的音频信号，在中断发生时驱动扬声器发声；（3） 在此给出一个每秒产生一次中断并驱动扬声器发声的参考程序，按任意键退出；（4） 将上述内容扩展，编程在微机显示屏上显示一个具有时、分、秒的程序，并使程序能够在每分钟鸣响一次、按任意键程序返回DOS。微机内部8253通道2的硬件相关逻辑如下图所示。8255AD7.D080x86OOID7,r.D0GATE。GATE1CLKJUCLJC1OAT K2«Z53OUTO口糖 IRQ int 8259x41NTR INTA实图2.4微机内部8253通道2的硬件相关逻辑扬声器发声参考子程序（调用时以BL中的数值决定发声时间

26、的长短）（微机8253的端口地址为40H43H、微机8255A的端口地址为60H63H）BEEPL0:BEEPPROC NEAR PUSH CX MOV AL,10110110B OUT 43H,AL MOV AX,1190 OUT 42H,AL MOV AL,AH OUT 42H,ALIN AL,61H MOV AH,AL OR AL,03H OUT 61H,AL MOV CX,0 LOOP L0 DEC BL JNZ L0 MOV AL,AH OUT 61H,AL POP CX RET ENDP;微机8253计数器2方式3,16位二进制计数;微机8253端口地址为40H43H;计数初值 1

27、.19MHZ/1KHZ=1190;先写计数器2低字节;再写计数器2高字节;读微机8255A PB 口;将微机8255B 口数据暂存;使微机 8255 PB 口 PB1（相与 OUT2）、PB0（GATE2）均为 1;打开GATE2、使OUT2输出至扬声器;CX循环计数为最大值2A16；恢复微机8255A的PB 口原值，停止发声连线及参考流程:四、思考题1 .在什么情况下需要用到8253的锁存命令？2 .在实验内容1中，若将单脉冲触发计数改为直接由实验板上的开关（如K7）触发计数，可否？为什么？3 .在有中断服务的编程中，假定某些任务既可被安排在主程序中执行，亦可被安排在中断服务程序中执行，你认

28、为应当怎样来进行安排？为什么？连续脉冲GATE10JT1中断服务程序中断响应厂工T-写 EOI写中断向量，开中断计数器。和计数器I初始化280H- CS OUT。一逻辑笔CALL KEEP关中断，返回DOSGATED实图2.5驱动微机内部扬声器发声的连线图和流程图五、实验报告附加要求1 .画出实验内容4的程序流程图。2 .概要总结中断服务程序的编写要点。实验三基于微机的串行通信口扩展、实验目的1 .了解微机串行通信的接口特点。2 .掌握可编程串行接口芯片8251A的工作原理和编程方法。二、实验原理下文将说明串行通信接口芯片8251A的使用方法，其工作原理和主要技术特性请参考王克义等编写的教材微

29、机原理与接口技术教程第十五章有关内容。1.TPC-H微机接口实验箱上环境下8251A的口地址（如表3.1所示）表3.1TPC-H实验箱8251A的口地址C/D=A0/RD/WR0E4B8H数据口地址读数据写数据0E4B9H控制口地址读状态字按顺序写方式字、同步字符、操作命令字1）8251A方式命令字、操作命令字、状态字方式命令字表3.2方式命令字S2S1EPPENL2L1B2B1停止位数注奇偶校验字长波特率因子00无效，00无校验005bits00同步方式011bit01奇校验016bits01x1clock101.5bits10无校验107bits10x16clock112bits11偶校验

30、11,8bits11x64clock注：表中给出在异步方式时S2、S1用于控制停止位数的含义；同步方式（即B2=0B1=0）时$2、S1的含义是：S2=0为双同步，S2=1为单同步；S1=0为内同步，S1=1为外同步。操作命令字表3.3操作命令字EHIRRTSERSBRKRxENDTRTxEN搜索同内部请求复位出发间断允许:数据终允许步字符复位发送错标志字符接收端就绪发送状态字表3.4状态字DSRSYNDETFEOEPETxERxRDYTxRDY通信设备就绪同步检测帧错溢出奇偶错发送器空接收就绪发送缓冲区空2.编程提示设数据传送波特率为1200bps,波特率因子为16,8253工作在分频器方式

31、，CLK0106接1MHZ连续脉冲，则计数器0的初值为：n=“一=521200168251A初始化8251A的工作方式及工作进程都是由初始化及实时控制实现的。初始化先写工作方式字、再写操作命令字，工作方式字必须紧接在复位命令后写入；操作命令字用来指定芯片的实际操作，发送操作命令字启动芯片处于允许发送、允许接收、请求发送、数据终端就绪等状态才可以完成后面的自发自收或双机通讯。8251A初始化有关程序如下:MOV DX, 0E4B9HMOV AL, 0;0E4B9H 控制口地址OUTDX,ALOUTDX,ALOUTDX,AL;见【注释】MOVAL,40HOUTDX,AL；（操作命令字中D6=1即I

32、R=1）内部复位MOVAL,4EH；方式字：异步方式，1位停止位，8位数据位，；无奇偶校验位，波特率因子16OUTDX,ALMOVAL,27H；命令字：请求发送，允许发送和接收，数据终端准备好OUTDX,AL【注释】Whenpowerisfirstapplied,the8251AmaycomeupintheMode,SynccharacterorCommandFormat.ToguaranteethatthedeviceisintheCommandinstructionformatbeforetheResetcommandisissued.Itissafesttoexecutetheworst

33、-caseinitializationsequence(syncmodewithtwosynccharacters).Loadingthree00HsconsecutivelyintothedevicewithC/D=1configuressyncoperationandwritestwodummy00Hsynccharacters.AninternalResetcommand(40H)maythenbeissuedtoreturnthedevicetotheidle"state.(摘自Intel8251A数据手册)在用户中断处理程序中接收一个字符并显示该字符用下面的程序：MOVDX

34、,0E4B8H;0E4B8H从数据口读一个字符INAL,DXMOVAH,0EH;显示字符的BIOS中断调用INT10H调用BIOS中断显示字符串程序段示例：MESDB'HADRECIVED!',0DH,0AHLLEQU$-MESMOVAX,DATAMOVDS,AXMOVSI,OFFSETMESMOVCX,LL;CX,显示的字符串长度MOVAH,0EHDISP:LODSB;AL=（SI）,SI=SI+1INT10H;逐个显示AL中字符到屏幕上LOOPDISP三、实验内容实验内容1、2均按图3.1接线（自己考虑RxD和TxD的接线）。检查无误方可通电。82538,D0,D1OUT2

35、,D2 GATE2D3CLK2 ,D4D5,D6OUT1,D7 GATE1 CLK1 , CS RDWR OUT0 GATE0 ,A0CLK0 , A117TB- 18137654y2114280H 21 422-0 n15Fi10 OUT023 、o1911 +5V|9 1MHZ201D0278251A10icW D0WRD1281T3IORD1RDD21D2Rx RDY-14 IRQ十忸刀工1口UD32D3TxRDY15位RQD453D4RxDD5619D5TxDD6rD78D6D7CLK ,20CLK时钟A01 221RESETC/DRESET9> TxCLKSYNDET1625

36、" QR Rx CLKTxEMPT1822DSRn2B8H1 1224aCSDTR力+5V26 ”VCCCTS:工GNDGND4223GNDRTS门实图3.1实验接线图1.用8251A实现串行口异步通信，自发自收，波特率1200bps。采用查询方式发送与接收。从键盘输入发送字符，发送与接收的字符均在屏幕上显示。按<ESC>键返回DOS。2 .用8251A实现串行口异步通信，自发自收，波特率1200bps。采用查询方式发送、中断方式接收。从键盘输入字符串(字符个数w255)存入发送缓冲区并显示，启动发送键由实验者自己定义，自收结果显示于屏幕。按<ESC>键返回DOS。后面有例题。3 .结合实图3.1,改接以下几根线：甲机乙机TXDRXDRXDTXDGNDGND用8251A实现串行口异步方式双机通信，波特率1200bps。采取查询方式发送、中断方式接收。双方平时处在查询键盘、等待中断接收状态，并显示相关提示。其它要求如下：从键盘输入字符串(字符个数w255)存入发送缓冲区并显示，任一方按空格键便可发送键入字符串。数据键入与发送局部程序参考流程，如图3.2。1) 发送的