華中科技大學(xué)微機原理與接口實驗報告.

1、一、硬件實驗環(huán)境的檢測（一）硬件實驗環(huán)境簡介TD-PIT實驗裝置提供了多種常用接口及控制應(yīng)用部件，如定時器/計數(shù)器8254、并行接口8255、鍵盤輸入及LED顯示、二進制開/關(guān)輸入及發(fā)光管顯示等接口單元電路。TD-PIT實驗裝置還向PC機申請了接口實驗所需的配置資源。其中包括16M的存儲地址空間、256字節(jié)的I/O地址空間和一條中斷請求線。中斷請求線是映射到PC機內(nèi)部的15條中斷線的一個。這些信號如下表1.1所示。表1.1 TD-PIT實驗裝置的仿真ISA接口信號信號名稱對應(yīng)系統(tǒng)信號功能XD0XD7D0D7數(shù)據(jù)總線XA0XA15A0A15地址總線XMER、XMEWMEMR、MEMW存儲器讀寫信

2、號XIOR、XIOWIOR、IOWI/O讀寫信號IRQIRQ中斷信號（下降沿有效）IOY0、IOY2、IOY3、IOY4I/O設(shè)備片選信號MY0、MY1、存儲器設(shè)備片選信號TD-PIT實驗裝置提供了四個I/O設(shè)備片選信號和兩個存儲器設(shè)備片選信號，片選信號與偏移地址空間對應(yīng)關(guān)系如下表1.2所示。表1.2 片選地址對應(yīng)偏移地址范圍I/O設(shè)備片選信號偏移地址范圍存儲器設(shè)備片選信號偏移地址范圍IOY000H1FHMY00000H7FFFHIOY240H5FHMY180000HFFFFHIOY360H7FHIOY480H9FH（二）硬件實驗環(huán)境的檢測檢測硬件環(huán)境的好壞是每次微機原理與接口實驗之前的必需工

3、作，防止試驗中出現(xiàn)未知的bug而無從查起。1. 檢測方法運行檢測程序，用示波器檢測實驗裝置的所有信號是否正常。如發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)檢查實驗裝置上該信號的連線是否開路，是否短路。查出故障，予以排除。2. 檢測工具TD-PIT實驗裝置、示波器、連接線若干、PC機3. 檢測程序若要在示波器上觀測到實驗裝置上各種信號的波形，則必須執(zhí)行循環(huán)程序，如果只執(zhí)行幾條語句而不構(gòu)成循環(huán)，則輸出的信號一閃而過，在示波器上就無法觀測到信號的波形。計算機執(zhí)行無循環(huán)程序后無法退出，這種循環(huán)稱為“死循環(huán)”。為防止“死循環(huán)”，必須在循環(huán)語句中加入退出循環(huán)命令，一般采用11號功能調(diào)用來退出循環(huán)。測試程序如下所示：Stck segme

4、nt stack 'stack' dw 32 dup(?)stck endsdata segmentdata endscode segmentbegin proc far assume ss:stck,cs:code,ds:data push ds sub ax,ax push ax mov ax,data mov ds,ax AGN: MOV AL,0FHMOV DX,0E060H ;送端口地址 IN AL,DX ;從給出端口輸入數(shù)據(jù) MOV DX,0E067H OUT DX,AL ;從給出端口輸出數(shù)據(jù) MOV AH,0BH ;11號功能調(diào)用 INT 21H ;檢測有無鍵盤輸

5、入 CMP AL,0 ;AL=FFH，有輸入；AL=00，無輸入 JZ AGN retbegin endpcode ends end begin4. 地址線、數(shù)據(jù)總線及有關(guān)信號控制的波形（1）片選譯碼輸出IOY0的信號該信號應(yīng)為負脈沖選通信號，如下圖1.1所示。圖1.1 片選譯碼輸出信號波形（2）地址線信號（XA4XA0）各信號輸出如下圖所示。圖1.2 XA0XA2、XA4XA7地址信號波形圖1.3 XA3地址信號波形（3）數(shù)據(jù)線信號（XD0XD7）各信號波形如下圖所示。圖1.4 XD0XD3數(shù)據(jù)線信號波形圖1.4 XD4XD7數(shù)據(jù)線信號波形（4）I/O寫信號和I/O讀信號脈沖波形如下圖所示。

6、圖1.5 IOW或IOR信號波形二、硬件實驗過程總結(jié)（以I/O實驗為例）（一）設(shè)計前的準備及制定設(shè)計方案1. 了解I/O接口實驗的基本原理與實驗要求。該實驗要求編制一個循環(huán)程序，將從74LS244的輸入的數(shù)據(jù)從74LS273的輸出發(fā)光二極管上對應(yīng)起來。具體實驗原理圖及實驗內(nèi)容見下文第三部分硬件大實驗中I/O接口實驗。2. 準備好相關(guān)芯片和芯片的引腳圖，以及芯片的輸入輸出關(guān)系。例如在I/O接口實驗中用到了下列芯片，引腳圖如下所示。 圖2.1 74LS244引腳圖 圖2.2 74LS273引腳圖圖2.3 74LS32引腳圖3. 編寫硬件調(diào)試程序?qū)嶒灜h(huán)境測試程序?qū)⑸衔牡谝徊糠值?點，實驗環(huán)境檢測程序

7、。I/O接口硬件調(diào)試程序如下：stck segment stack 'stack' dw 32 dup(?)stck endsdata segmentdata endscode segmentbegin proc far assume ss:stck,cs:code,ds:data push ds sub ax,ax push ax mov ax,data mov ds,ax AGN: MOV DX,0E003H IN AL,DX MOV DX,0E004H OUT DX,AL MOV AH,0BH INT 21H CMP AL,0 JZ AGN retbegin endpco

8、de ends end begin（二）硬件電路的裝配1. 運行硬件環(huán)境測試程序，檢測關(guān)鍵點的輸出是否正確以確定硬件實驗環(huán)境的好壞。首先根據(jù)實驗測試程序的地址確實選通的片選地址，用示波器觀察波形，選通片選信號的波形如下圖2.4所示。圖2.4 片選譯碼輸出信號波形再用示波器檢測硬件環(huán)境的讀、寫信號等關(guān)鍵點的波形是否正確，具體實驗波形見上文第一部分，實驗硬件環(huán)境的檢測。2. 按照電路原理圖，完成硬件電路的裝配。連線時應(yīng)注意一下幾點：微機中引腳懸空并非高電平，因此，集成塊所以的輸入引腳必須有確定的狀態(tài)，不可懸空不接；高電平與低電平輸入，低電平輸入可直接接地，高電平輸入應(yīng)有電源加限流電阻方可，下文I/

9、O接口實驗原理圖中，相應(yīng)的限流電阻均有標出；連線應(yīng)注意不可從集成塊上跨過；布線整潔，不同類型的線路分別用不同的顏色。（三）硬件電路的調(diào)試硬件電路調(diào)試一般采用分級調(diào)試，可以從前往后，亦可由后向前。I/O接口實驗聯(lián)調(diào)內(nèi)容及注意事項1. 檢測譯碼器。運行上述硬件調(diào)試程序，譯碼器74LS138的Y0、Y1端口選通信號如下圖2.5所示，其余沒有選通的信號為高電平。圖2.5 Y0、Y1選通信號74LS244讀、寫信號波形見上文第一部分硬件環(huán)境測試中讀、寫信號波形，聯(lián)調(diào)時，讀、寫信號均是相應(yīng)的負脈沖信號。2. 分別執(zhí)行輸入指令和輸出指令，檢查74LS244輸入數(shù)據(jù)和74LS273輸出數(shù)據(jù)是否正常，正常時輸入

10、信號應(yīng)該和連接的二進制開關(guān)信號一致，若不正常，則需排除軟硬件故障。3. 運行應(yīng)用程序，改變74LS244輸入端的開關(guān)狀態(tài)，觀察74LS273的輸出端發(fā)光二極管的變化是否與輸入端開關(guān)的狀態(tài)對應(yīng)。（四）實驗測試結(jié)果實驗觀察到的結(jié)果是，撥動相應(yīng)的二進制開關(guān)，相應(yīng)的發(fā)光二極管跟隨亮滅。如非此結(jié)果，可能硬件或軟件存在問題。若發(fā)光二極管的亮滅順序和開關(guān)的撥動順序不一致，可能是排針插反。三、硬件大實驗報告（I/O、ADC0809、8255）（一）I/O接口實驗1. 實驗?zāi)康恼莆栈据斎虢涌诘脑O(shè)計方法；掌握基本輸出接口的設(shè)計方法；掌握I/O地址譯碼的方法。2. 實驗設(shè)備PC微機一臺、TD-PIT實驗裝置一臺、

11、面包板一塊、74LS244、74LS273、74LS138、74LS32各一片。3. 實驗內(nèi)容（1）當用74LS244、74LS273組成一個I/O接口電路時，輸入端口地址和輸出端口地址可以是同一個地址。未來區(qū)分數(shù)據(jù)時輸入還是輸出，可以由IOR、IOW和IOY3信號共同控制。由IOY3和IOR產(chǎn)生讀選通信號，由IOY3和IOW產(chǎn)生寫選通信號。I/O接口電路如下圖3.1所示。圖3.1 I/O接口電路（未譯碼）（2）74LS138譯碼器的使用A B C G1 G2A G2B Y7 GND74LS138有3個輸入端，3個控制端及8個輸出端，引線及功能如下圖3.2、3.3所示。圖3.2 74LS138

12、引腳圖 圖3.3 74LS138功能表（3）帯譯碼的接口電路設(shè)計與調(diào)試用74LS138譯碼器的輸出作為74LS244和74LS273的控制信號，設(shè)計一個I/O接口電路，并進行安裝、調(diào)試。要求編制一個循環(huán)程序，將從74LS244的輸入的數(shù)據(jù)從74LS273的輸出發(fā)光二極管上對應(yīng)起來。將74LS138譯碼器的輸出接74LS244的1G、2G和74LS273的CLK，74LS244和74LS273都只有一個端口地址，接口電路如下圖3.4所示。圖3.4 I/O接口電路（帯譯碼）（4）程序設(shè)計及軟硬件聯(lián)調(diào)編寫程序如下所示：stck segment stack 'stack' dw 32

13、dup(?)stck endsdata segmentdata endscode segmentbegin proc far assume ss:stck,cs:code,ds:data push ds sub ax,ax push ax mov ax,data mov ds,ax AGN: MOV DX,0E003H IN AL,DX MOV DX,0E004H OUT DX,AL MOV AH,0BH INT 21H CMP AL,0 JZ AGN retbegin endpcode ends end begin（二）ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換器實驗1.實驗?zāi)康恼莆漳?數(shù)轉(zhuǎn)換的原理及接口實驗

14、；掌握8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的使用方法；掌握延時、查詢和中斷數(shù)據(jù)傳送方式。2.實驗設(shè)備PC微機一臺、TD-PIT實驗裝置一臺、面包板一塊、ADC0809一片、74LS244,、74LS02、74LS32各一片。3. 實驗內(nèi)容（1）ADC0809的結(jié)構(gòu)與功能ADC0809片內(nèi)含有8路模擬開關(guān)及地址鎖存與譯碼電路，8位A/D轉(zhuǎn)換和三態(tài)輸出鎖存緩存器。引腳圖如下圖3.5所示。圖3.5 ADC0809引腳圖各引腳信號含義如下。aIN0IN7：8路模擬通道輸入（由ADDA、ADDB、ADDC決定）。bADDA、ADDB、ADDC：模擬通道選擇選擇信號如下如下表3.1所示。表3.1 ADC080

15、9模擬通道選擇ADDAADDBADDCIN000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7c. D0D7：三態(tài)數(shù)據(jù)輸出，由OE信號控制d. OE：輸出允許。當OE為“1”時，將三態(tài)緩沖器中的數(shù)字量放在D0D7上。e. ALE：地址鎖存允許。其上升沿將ADDA、ADDB和ADDC 3條引線的信號鎖存。f. START：轉(zhuǎn)換啟動信號。當START端為正脈沖時，啟動A/D轉(zhuǎn)換。g. EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC為“0”時，表示轉(zhuǎn)換在進行中；當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC為“1”。h. REF(+)、REF(-)：基準電壓輸入。i. CLOCK：時鐘輸入（640K

16、HZ）。（2）ADC0809與微機的接口ADC0809與微機的接口可分為三種方式：a延時方式：啟動轉(zhuǎn)換后等待100S（ADC0809的轉(zhuǎn)換時間），再讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。b中斷方式：設(shè)計一個中斷請求電路，將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC送至中斷請求IRQ9端。當轉(zhuǎn)換結(jié)束發(fā)出中斷請求后，進入中斷服務(wù)程序，從而讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。c查詢方式：用三態(tài)門設(shè)計一個查詢EOC信號的電路。由端口地址和讀信號選通三態(tài)門的控制端，通過查詢數(shù)據(jù)的某一位Di而得知EOC的狀態(tài)，當EOC為“1”時，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。(3) A/D轉(zhuǎn)換器接口電路的設(shè)計與應(yīng)用延時方式：啟動轉(zhuǎn)換后延時100S(接口電路如圖3.6)用延時方式分別采集A、B、C（+5V、

17、 +2.5V、0V)3點電壓， 將采集數(shù)據(jù)以16進 制形式顯示。（如：+5V FFH +2.5V 80H 0V 00H） 圖3.6 延時方式A/D轉(zhuǎn)換接口電路調(diào)試程序如下所示（帶16進制輸出顯示）：stck segment stack 'stack' dw 32 dup(?)stck endsdata segmentdata endscode segmentbegin proc far assume ss:stck,cs:code,ds:data push ds sub ax,ax push ax mov ax,data mov ds,ax MOV DX,0E005H OUT

18、DX,AL MOV CX,0F000H LOOP $ LOOP $ LOOP $ LOOP $ IN AL,DX MOV BH,AL AND BH,0FH CMP BH,0AH JC AB ADD BH,7AB: ADD BH,30H MOV SI,OFFSET OBUF MOV SI +1,BH MOV BH,AL MOV CL,4 SHR BH,CL CMP BH,0AH JC CD ADD BH,7CD: ADD BH,30H MOV SI,BH MOV DX,OFFSET OBUF MOV AH,9 INT 21H MOV AH,0BH INT 21H CMP AL,0 retbegi

19、n endpcode ends end begin（三）并行接口8255實驗1. 實驗?zāi)康氖煜げ⑿薪涌谛酒?255的引腳及功能；了解8255的三種工作方式；掌握8255方式0，方式1的工作原理和編程方法。2. 實驗設(shè)備PC微機一臺、TD-PIT實驗裝置一臺、面包板一塊、74LS138一片。3. 實驗內(nèi)容（1）并行接口芯片8255的結(jié)構(gòu)及功能8255引腳圖如右圖3.7所示，控制信號如下。aA1、AO端口選擇 A1 A0: 0 0 A端口 0 1 B端口 1 0 C端口 1 1 控制字寄存器bCS-片選信號，低電平有效。cRD、WR-讀、寫信號，低電平有效。 圖3.7 8255引腳圖（2）8255

20、方式選擇控制字8255方式選擇控制字如下圖3.8所示。圖3.8 8255方式選擇控制字（3）8255芯片C端口按位置位/復(fù)位控制字C端口按位置位/復(fù)位控制字如下圖3.9所示。圖3.9 8255芯片C端口按位置位/復(fù)位控制字（4）8255基本I/O方式接口電路設(shè)計電路如下圖3.10所示。讀入A端口開關(guān)狀態(tài)，送B端口和C端口的發(fā)光二極管對應(yīng)顯示圖3.10 8255基本I/O方式接口電路編寫調(diào)試程序如下所示：stck segment stack 'stack' dw 32 dup(?)stck endsdata segmentdata endscode segmentbegin proc far assume ss:stck,cs:code,ds:data push ds su