微機原理與接口技術(shù)指導書

1、微機原理及接口技術(shù)實驗指導北京航空航天大學自動化學院仿真教學實驗中心2014年10月 目 錄一、總體安排 2二、微機實驗內(nèi)容和目的 2 實驗一：字符串排序 2 實驗二：4位BCD碼相加 3實驗三：七段數(shù)碼顯示 3實驗四：數(shù)/模轉(zhuǎn)換5實驗五：模/數(shù)轉(zhuǎn)換6三、實驗系統(tǒng)軟件環(huán)境 81程序的編輯和編譯 82程序的調(diào)試和運行 10 四、硬件實驗設備 121微機接口實驗設備 122實驗箱結(jié)構(gòu) 133地址替換方法 15五、實驗報告的格式18六、實驗要求18一、總體安排1時間：共五次實驗實驗一：字符串排序 (3學時)實驗二：4位BCD碼相加 (3學時)實驗三：七段數(shù)碼顯示 (4學時)實驗四：數(shù)/模轉(zhuǎn)換 (4學

2、時)實驗五：模/數(shù)轉(zhuǎn)換 (4學時)2機位和設備安排前兩個實驗：一個人一組；后三個實驗：兩個人一組3考核方法1）實驗結(jié)果演示、檢查（帶實驗老師不同，要求可能不同）2）實驗報告按要求格式編寫4地點：北航新主樓D535二、實驗內(nèi)容和目的上機 / 實驗一1實驗名稱：字符串排序2實驗目的 1) 學習利用系統(tǒng)功能調(diào)用的 INT 21H 進行字符的輸入、字符串的顯示方法，熟悉排序相關指令及方法。 2) 掌握匯編語言的編寫、編譯、連接及運行方法3實驗內(nèi)容 利用INT 21H的1號功能，從鍵盤輸入任意長度的字符串，以回車符結(jié)束；將輸入的字符串存放在數(shù)據(jù)段中；對輸入的字符串按ASCII碼從小到大排序（ASCII小

3、者占低地址存放）；將排好序的字符串利用INT 21H的9號功能顯示在微機屏幕上。上機 / 實驗二1實驗名稱：4位BCD碼相加2實驗目的學習字符型數(shù)據(jù)與數(shù)值型數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換方法，了解BCD碼輸入及相加的方法。3 實驗內(nèi)容在數(shù)據(jù)段中定義3個變量x1,x2和x3，用于存儲從微機鍵盤上輸入兩個4位BCD碼（低位數(shù)據(jù)占高地址存放），x3用于存儲這兩個BCD碼的和；從鍵盤輸入兩個4位BCD碼，檢查是否為數(shù)字鍵，非數(shù)字鍵不接收，將輸入的2個4位字符型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4位非壓縮型BCD碼存于數(shù)據(jù)段中的變量中；將2個4位非壓縮型BCD碼相加，將結(jié)果利用INT 21H的2號功能顯示在微機屏幕上。上機 / 實驗三1實驗名

4、稱：七段數(shù)碼顯示2實驗目的掌握接口芯片的編址方法，掌握8255的初始化設置，及數(shù)碼管顯示原理，掌握段控及位控的概念3 實驗內(nèi)容連接地址譯碼器與8255的連線及8255與數(shù)碼管的連線；在數(shù)據(jù)段中存放0到9的字形碼；從微機鍵盤輸入2個數(shù)字的ASCII碼，在輸入過程中檢查如非數(shù)字鍵則重新輸入；然后將輸入的ASCII碼變成相應的數(shù)字，再利用換碼指令XLAT查表得到相應的字形碼；將字形碼送到8255輸出口所接的數(shù)碼管上顯示。4硬件連線實驗箱上設有兩個共陰極七段數(shù)碼管及驅(qū)動電路，如圖2.1所示，段碼為同相驅(qū)動器，位碼為反相驅(qū)動器，從段碼與位碼的驅(qū)動器輸入端（段碼輸入端：a、b、c、d、e、f、g、dp，位

5、碼輸入端：s1、s2）輸入不同的代碼即可顯示不同數(shù)字或符號。 圖2.1按下圖2.2連接電路，將8255的A口PA0PA6分別與七段數(shù)碼管的段碼驅(qū)動輸入端a相連，位碼驅(qū)動輸入端S1，S0接8255 C口的PC1，PC0。 8255芯片 圖2.2 8255連線圖連線為：CS288H28FH，PA0 a，PA1 b，PA2 c，PA3 d，PA4 e，PA5 f，PA6 g，dP GNDPC0 S0 ，PC1 S15編程提示 1）實驗箱上的七段數(shù)碼管為共陰型，段碼采用同相驅(qū)動，輸入端加高電平,選中的數(shù)碼管亮，位碼加反相驅(qū)動器，位碼輸入端高電平選中。 2）七段數(shù)碼管的字型代碼表如下表： 上機 / 實驗

6、四1實驗名稱： 數(shù)/模轉(zhuǎn)換2實驗目的了解數(shù)/模轉(zhuǎn)換的原理，學習數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片的使用方法，掌握利用數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生方波及正弦波的方法。3實驗內(nèi)容在數(shù)據(jù)段中存放好對應于產(chǎn)生方波和正弦波的數(shù)字量，正弦波要求20個值。編寫程序?qū)?shù)據(jù)段中的數(shù)字量送到DAC0832的輸出端產(chǎn)生方波和正弦波。4硬件連線按下圖2.2連接電路，DAC0832采用單緩沖方式，具有單雙極性輸入端（圖中的Ua為單極性、Ub為雙極性）。 圖2.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路連線圖連線為：CS 290H297H，5虛擬示波器使用在微機屏幕上，有利用LabVIEW設計的虛擬示波器，用于顯示數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的波形，辦法為：1）把在Ub端用萬用表測量

7、得到的電壓值（正弦波要求20個值），寫入一個可以供LabVIEW讀取的文本文檔，保存。2）在虛擬示波器的數(shù)據(jù)加載框中加載該文件，運行虛擬示波器即可顯示波形和電壓值。上機 / 實驗五1實驗名稱： 模/數(shù)轉(zhuǎn)換2實驗目的了解模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理 , 掌握 ADC0809 的使用方法。3實驗內(nèi)容將溫度傳感器輸出端連至ADC0809的IN0端；編寫程序?qū)N0通道的模擬量進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；將模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量換算成溫度值顯示在微機屏幕上。4硬件連線按下圖2.3連接電路，將實驗箱左下角電位器RW1輸出接ADC0809的IN1通道，編程序?qū)﹄娢黄鞯妮敵鲭妷哼M行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。 圖2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連線圖連線為：C

8、S298H29FH，三、實驗系統(tǒng)軟件環(huán)境TPC-2003A集成開發(fā)環(huán)境是TPC-2003A實驗系統(tǒng)配套的軟件，提供了程序的編輯和編譯，調(diào)試和運行，實驗項目的查看和演示，實驗項目的添加等功能。本軟件基于windows環(huán)境。雙擊CRT上的TPC2003A集成開發(fā)環(huán)境圖標進入軟件環(huán)境。1程序的編輯和編譯 1）新建一個源程序 在當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“文件”菜單，菜單下拉后選擇“新建”，或是在工具欄中單擊“新建”，會彈出“新建”窗口，“新建”窗口如圖3.1所示： 圖3.1 新建一個源程序 選擇新建表單中的“ASM”，點擊“確定”即可新建對應的匯編語言程序，點擊“取消”則取消新建源文件操作。 2

9、）打開一個源程序 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“文件”菜單，菜單下拉后選擇“打開”，或是在工具欄中單擊“打開”，會彈出“打開”文件選擇窗口，“打開”窗口如圖3.2所示： 圖3.2 打開一個源程序 在窗口中“文件類型”下拉菜單中選擇“ASM文檔（*.asm）”一項，程序即顯示當前目錄下所有的asm文檔，單擊要選擇的文件，選中的文件名會顯示在“文件名”中，單擊“打開”則打開當前選中的文檔顯示在文檔顯示區(qū)域。點擊“取消”則取消新建源文件操作。 3）編輯源程序 軟件提供了基本的編輯功能，并實現(xiàn)了實時的語法高亮，各項操作說明如下： 撤消 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后選擇“撤消

10、”，或是在工具欄中單擊“撤消”，即可撤消上一步剪切或粘貼操作。 剪切 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后選擇“剪切”，或是在工具欄中單擊“剪切”，即可將文檔顯示區(qū)域中選中的內(nèi)容剪切到剪貼板。 復制 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后選擇“復制”，或是在工具欄中單擊“復制”，即可將文檔顯示區(qū)域中選中的內(nèi)容復制到剪貼板。 粘貼 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后選擇“粘貼”，或是在工具欄中單擊“粘貼”，即可將剪貼板中當前內(nèi)容粘貼到文檔顯示區(qū)域光標所在處。 全選 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后選擇“全選”，即可將文檔

11、區(qū)域中所有內(nèi)容選中。 查找 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后選擇“查找”，彈出查找對話框如圖3.3所示： 圖3.3 查找 在查找內(nèi)容一欄中輸入需要查找的內(nèi)容，可選擇“全字匹配”與“區(qū)分大小寫”的查找方式，單擊查找下一個程序則在文檔顯示區(qū)域中搜索與查找內(nèi)容匹配的字符串，找到第一個后則高亮顯示，點擊查找下一個則繼續(xù)搜索下一個匹配字符串，點擊“取消”退出查找操作。 查找下一個 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后選擇“替換”，即可在當前文檔顯示區(qū)域查找下一個查找對話框中輸入的字符串，找到后高亮顯示。 替換 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“編輯”菜單，菜單下拉后

12、選擇“替換”，彈出替換對話框如圖3.4 所示： 圖3.4 查找下一個 在查找內(nèi)容一欄中輸入需要查找的內(nèi)容，可選擇“全字匹配”與“區(qū)分大小寫”的查找方式，在替換為一欄中輸入需要替換的內(nèi)容，單擊“查找下一個”程序則在文檔顯示區(qū)域中搜索與查找內(nèi)容匹配的字符串，找到第一個后則高亮顯示，單擊“替換”將匹配的字符串替換，也可單擊“全部替換”將當前文檔顯示區(qū)域中所有與查找內(nèi)容匹配的字符串全部替換。單擊“查找下一個”則繼續(xù)搜索下一個匹配字符串。也可單擊“取消”退出查找操作。 4）保存源程序 當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“文件”菜單，菜單下拉后選擇“保存”，如果是無標題文檔，需在提示下輸入文檔的名稱及選擇保存

13、的路徑，單擊確定后保存；否則程序自動保存當前文檔顯示區(qū)域中顯示的文檔。或者選擇菜單欄中的“文件”菜單，菜單下拉后選擇“另存為”，并在提示下輸入文檔的名稱及選擇保存的路徑，單擊確定后保存。 5）編譯源程序 編譯調(diào)試窗口 在當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“查看”菜單，單擊編譯調(diào)試窗口選項或是單擊工具欄中“顯示/隱藏編譯調(diào)試窗口”按鈕則可對狀態(tài)欄的顯示進行操作。若當前環(huán)境顯示編譯調(diào)試窗口，則單擊編譯調(diào)試窗口選項即可隱藏該窗口，編譯調(diào)試窗口選項前選中標記將消失；若當前隱藏編譯調(diào)試窗口，則單擊編譯調(diào)試窗口選項即可顯示該窗口，編譯調(diào)試窗口選項前選中標記將顯示。 ASM編譯 匯編 在ASM運行環(huán)境下，選擇菜

14、單欄中的“ASM編譯”菜單，選擇匯編選項則程序?qū)Ξ斍癆SM源文件進行匯編，編譯調(diào)試窗口中輸出匯編結(jié)果，若程序有錯，則詳細報告錯誤信息。匯編+鏈接 在當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“ASM編譯”菜單，選擇匯編+鏈接選項則程序?qū)Ξ斍癆SM源文件進行匯編與鏈接，編譯調(diào)試窗口中輸出匯編與鏈接的結(jié)果，若程序匯編或鏈接有錯，則詳細報告錯誤信息。 匯編+鏈接+運行 在當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“ASM編譯”菜單，選擇匯編+鏈接+運行選項則程序?qū)Ξ斍癆SM源文件進行匯編與鏈接，編譯調(diào)試窗口中輸出匯編與鏈接的結(jié)果，若程序匯編或鏈接有錯，則詳細報告錯誤信息。若匯編與鏈接成功，程序自動運行。 2程序的調(diào)試和運行

15、 1）ASM程序的調(diào)試 寄存器窗口 在當前運行環(huán)境下，選擇菜單欄中的“查看”菜單，單擊寄存器窗口選項，則可對寄存器窗口的顯示進行操作。寄存器窗口中顯示主要的寄存器名稱及其在當前程序中的對應值。若當前環(huán)境顯示寄存器窗口，則單擊寄存器窗口選項即可隱藏該窗口，寄存器窗口選項前選中標記將消失；若當前隱藏寄存器窗口，則單擊寄存器窗口選項即可顯示該窗口，寄存器窗口選項前選中標記將顯示。 開始調(diào)試 在ASM程序正常鏈接之后，選擇菜單欄中的“ASM調(diào)試”菜單，選擇開始調(diào)試選項，則對源程序進行反匯編，進入ASM的調(diào)試狀態(tài)，并在寄存器窗口中顯示主要的寄存器的當前值。 設置PC 在ASM的調(diào)試狀態(tài)下，選擇菜單欄中的

16、“ASM調(diào)試”菜單，選擇設置PC選項，即可設置當前PC值，即程序運行到當前語句處。 設置/清除斷點 在ASM的調(diào)試狀態(tài)下，選擇菜單欄中的“ASM調(diào)試”菜單，選擇設置/清除斷點選項則對斷點的設置進行操作。如果當前光標所在行未設斷點，則選擇該選項后該行設置斷點；否則，該行原設置的斷點被清除。 連續(xù)運行 在ASM的調(diào)試狀態(tài)下，選擇菜單欄中的“ASM調(diào)試”菜單，選擇連續(xù)運行選項，則程序連續(xù)運行，直至碰到斷點或程序運行結(jié)束。 單步 在ASM的調(diào)試狀態(tài)下，選擇菜單欄中的“ASM調(diào)試”菜單，選擇單步選項，則程序往后運行一條語句。 跟蹤 在ASM的調(diào)試狀態(tài)下，選擇菜單欄中的“ASM調(diào)試”菜單，選擇跟蹤選項，則

17、在調(diào)用子程序時，將跳入子程序進行調(diào)試。 清除全部斷點 在ASM的調(diào)試狀態(tài)下，選擇菜單欄中的“ASM調(diào)試”菜單，選擇清除全部斷點選項則將當前程序中所有斷點全部清除。 退出調(diào)試 在ASM的調(diào)試狀態(tài)下，選擇菜單欄中的“ASM調(diào)試”菜單，選擇退出調(diào)試選項則退出ASM的調(diào)試。 四、硬件實驗設備1微機接口實驗設備1）配置：PCI接口板2003A實驗箱鍵盤顯示實驗板PCI卡及實驗裝置在微機系統(tǒng)中的位置如圖4.1 所示圖4.1 PCI卡位置圖PCI卡連接于PCI總線之上，經(jīng)過PCI板上信號轉(zhuǎn)換成ISA-LIKE 50芯總線信號，然后連接至于微機實驗箱；PCI總線時鐘頻率33MHZ。 PCI接口卡圖 元件圖主機

18、箱內(nèi)安裝PCI卡，通過扁平電纜將數(shù)據(jù)線，地址線，控制信號等，連接至實驗箱上。而且實驗箱可以通過PCI卡將32位數(shù)據(jù)線全部引出，可以進行32位數(shù)據(jù)的實驗。2）板上結(jié)構(gòu)：E2prom：配置PCI 9054芯片參數(shù)和初始化Plx9054：PCI總線接口芯片，完成信號連接和轉(zhuǎn)換CPLD：信號轉(zhuǎn)換和時序控制Jtag：針對CPLD下載驅(qū)動電路：將總線信號加以驅(qū)動，經(jīng)扁平線引至實驗臺50芯ISA總線接口：信號連接接口將PCI總線接口卡插在任意PCI擴展槽中，用50pin扁平電纜線連接PCI接口卡和實驗箱。2實驗箱結(jié)構(gòu) 切記不要插反1）實驗箱簡介和使用說明 K1 電源插座 自鎖緊插孔電源開關電位器RW1 圖4

19、.2 實驗箱1)電源：在實驗箱的左上角有直流電源開關（K1），在主機電源打開后，再打開實驗臺上開關K1，實驗箱才會加電。(實驗箱上還有一個四位撥動開關K2，在實驗臺8255芯片的右方。K2是在做存儲器實驗時選擇存儲器地址使用的。)2)插孔：采用“自鎖緊”插孔，插孔插入導線時，應稍加力并延順時針方向旋轉(zhuǎn)一下，才能保證接觸良好，拔出時，應先逆時針方向旋轉(zhuǎn)待插頭完全松開后，再向上拔出。3）總線區(qū)：引出數(shù)據(jù)總線D7D0；地址總線A9A0；讀、寫信號IOR、IOW；中斷請求信號IRQ；DMA請求信號DRQ1；DMA響應信號、DACK1；及AEN信號，供實驗選用。4)復位電路：上電時，或按下復位開關S2后

20、產(chǎn)生一個高電平的復位信號主要供8255、8251等接口芯片使用。5)編程環(huán)境：按實驗電路接線后，雙擊CRT上的TPC2003A集成開發(fā)環(huán)境。6)I/O地址譯碼電路 如圖4.3所示，地址空間：280H2BFH共分8條譯碼輸出線：Y0Y7，其地址分別是280H287H；288H28FH；290H297H；298H29FH；2A0H2A7H；2A8H2AFH；2B0H2B7H；2B8H2BFH，8根譯碼輸出線在實驗箱“I/O地址”處分別由“自鎖緊”插孔引出。 圖4.37)時鐘電路 ：可以輸出1MHZ、2MHZ兩種信號。8)邏輯電平開關電路 實驗箱右下方設有8個開關K7K0，開關撥到“1”位置時開關斷

21、開，輸出高電平，向下打到“0”位置時開關接通輸出低電平，電路中串接了保護電阻，使接口電路不直接同+5V、GND相連。 9)LED顯示電路 實驗臺上設有8個發(fā)光二極管及相關驅(qū)動電路（輸入端L7L0），當輸入信號為“1”時發(fā)光，為“0”時滅。 10)單脈沖電路 實驗箱設有單脈沖電路，采用RS觸發(fā)器產(chǎn)生，每按一次開關即可以從兩個插座上分別輸出一個正脈沖及負脈沖。 11)繼電器及驅(qū)動電路 實驗箱上設有一個5V直流繼電器及相應的驅(qū)動電路，當其開關量輸入端輸入數(shù)字量“1”時，繼電器動作：常開觸點閉合、常閉觸點斷開。通過相應的實驗使學生了解開關量控制的一般原理。 12)復位電路 實驗箱上設有復位電路，能在上

22、電時，或按下復位開關S2后產(chǎn)生一個高電平的復位信號供8255、8251等接口芯片使用。 13)接口集成電路 實驗箱上有微機原理硬件實驗最常用接口電路芯片，包括：可編程定時器/計數(shù)器（8253）、可編程并行接口（8255）、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC0832）、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC0809），這里芯片與CPU相連的引線除片選信號CS外都已連好，與外界連接的關鍵引腳在芯片周圍用“自鎖緊”插座引出，供實驗時使用。其中數(shù)/模轉(zhuǎn)換器附有雙極性輸出，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器附有雙極性輸入插座。 14)跳線開關（JP） 實驗箱上另外兩個跳線開關為JP2和JP3，在實驗箱的左下角，分別用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模擬量輸入極性選擇，將JP

23、2的1、2短路時IN2（J2）可輸入雙極性電壓（5V5V），2、3短路為單極性（05V），JP3用于選擇IN1的輸入極性，方法與JP2相同。 15)5V電源插針 為了減少主機5V電源的負擔和各主要芯片的安全，在主要接口芯片的左上角都有相應的電源連接插針（標記為5V），當實驗需要該芯片時，用短路塊短接插針即可接通5V電源。 16)通用集成電路插座 實驗箱上設有4個通用數(shù)字集成電路插座，其中插座A、B為20P，插座D為40P，插座D可以插入一個2440腳的集成電路芯片或者2個820腳的集成電路芯片。每個插座引腳附近都有相應的“自鎖緊”插座，利用這些插座可搭試更多新的實驗。 17)數(shù)字電路實驗區(qū) 實

24、驗箱上有一塊數(shù)字電路實驗區(qū)，設有三種基本門電路（與、或、非）及D觸發(fā)器在接口實驗或數(shù)字電路實驗時直接使用。 3地址替換方法因為pci總線結(jié)構(gòu)支持即插即用功能，每臺微機分配給pci擴展板的資源是動態(tài)浮動的，不像isa總線是固定死的，因此分配給設備的i/o基地址、mem基地址空間及int中斷號會因為不同的微機而變化，所以在做接入實驗箱的實驗前需要確定當前微機中pci卡的資源，并用其替換程序中的相應值，重新編譯鏈接后才能實現(xiàn)實驗效果。 需要替換的基地址值為每個匯編程序頭中的定義行：io基地址為：ioport equ 0d400h-0280h ; tpc 卡中設備的io地址或 ioport_data

25、equ 0d400h-0280h tpc 卡中設備的io地址或ioport_cent equ 0d800h tpc 卡中PCI接口芯片的io地址mem基地址為： mem_data equ 0f6000000h ; tpc 卡中設備的mem地址其中“0d400h”是pci接口在微機中被動態(tài)分配的io基地址，即需要替換的地址，相當于設備中的地址0280h?！?d800h”是TPC卡中PCI接口芯片上的設置寄存器組占用的io地址，因為某些實驗需要設置該芯片的寄存器。“0f6000000h”是pci接口在微機中被動態(tài)分配的mem基地址，也是需要替換的地址，相當于設備存儲器的起始地址0h。替換方法如下：步驟1：啟動微機并打開，“開始”“設置”“控制面板”“系統(tǒng)”“硬件”“設備管理器”“設備管理器D”并查到“微機原理教學實驗裝置”打