微機原理試驗指導(dǎo)書

1、微機原理實驗指導(dǎo)書（版本0.1）余有靈副教授控制科學(xué)與工程系2007年12月11日說明本實驗指導(dǎo)書是依據(jù)西安唐都科教儀器公司的產(chǎn)品手冊編制，在實驗中心相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和實驗工作人員的幫助下完成的，在此表示感謝。本次實驗包括兩個實驗系統(tǒng)。任意完成其中一個即可。但嚴(yán)重建議都完成兩個實驗。實驗5-18254定時/計數(shù)器應(yīng)用實驗1 .實驗?zāi)康?1)掌握8254的工作方式及應(yīng)用編程。(2)掌握8254的典型應(yīng)用電路接法。2 .實驗設(shè)備PC微機一臺、TD-PIT+實驗系統(tǒng)一套。3 .實驗內(nèi)容(1)計數(shù)應(yīng)用實驗。編寫程序，應(yīng)用8254的計數(shù)功能，用開關(guān)模擬計數(shù)，使每當(dāng)按動KK1-五次后，產(chǎn)生一次計數(shù)中斷，并在屏幕上

2、顯示一個字符5(2)定時應(yīng)用實驗。編寫程序，應(yīng)用8254的定時功能，實現(xiàn)一個秒表計時并在屏幕上顯示。4 .實驗原理8254是Intel公司生產(chǎn)的可編程間隔定時器。是8253的改進型，比8253具有更優(yōu)良的性能。8254具有以下基本功能：(1)有3個獨立的16位計數(shù)器；(2)每個計數(shù)器可按二進制或十進制(BCD)計數(shù)；(3)每個計數(shù)器可編程工作于6種不同工作方式；(4) 8254每個計數(shù)器允許的最高計數(shù)頻率為10MHz(8253為2MHz);(5) 8254有讀回命令(8253沒有)，除了可以讀出當(dāng)前計數(shù)單元的內(nèi)容外，還可以讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。(6)計數(shù)脈沖可以是有規(guī)律的時鐘信號，也可以是隨機

3、信號。計數(shù)初值公式為n=fCLKiXOUTi、其中fCLKi是輸入時鐘脈沖的頻率，fOUTi是輸出波形的頻率。圖5-1是8254的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖，它是由與CPU的接口、內(nèi)部控制電路和三個計數(shù)器組成。8254的工作方式如下述：(1)方式0:計數(shù)到0結(jié)束輸出正躍變信號方式。(2)方式1:硬件可重觸發(fā)單穩(wěn)方式。(3)方式2:頻率發(fā)生器方式。(4)方式3:方波發(fā)生器。(5)方式4:軟件觸發(fā)選通方式。(6)方式5:硬件觸發(fā)選通方式。j數(shù)據(jù)總搐獴沖壽控制R.'W,小，HL離-CLKOGATESWTDtCLKt-GAT£1-OUT)CI.K?GATE：OL7T21'.嗚7Z5

4、322421520£8254L9LS1716111511,412157噂$時W-工中總O?？贒CH口>DDDD(K:TrENTvtcWRRDCS*A1AOCLK2OUT2GATE?CLK1GATEIOVT1圖5-18254的內(nèi)部接口和引腳8254的控制字有兩個：一個用來設(shè)置計數(shù)器的工作方式，稱為方式控制字；另一個用來設(shè)置讀回命令，稱為讀回控制字。這兩個控制字共用一個地址，由標(biāo)識位來區(qū)分?？刂谱指袷饺绫?-1所示。讀回控制字格式如表5-2所示。當(dāng)讀回控制字的D4位為0時，由該讀回控制字D1D2位指定的計數(shù)器的狀態(tài)寄存器內(nèi)容將被鎖存到狀態(tài)寄存器中。狀態(tài)字格式如表5-3所示。表5-1

5、8254的方式控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0計數(shù)器選擇讀，寫格式選擇工作方式選擇計數(shù)碼制選擇。一計數(shù)器001計數(shù)器110一計數(shù)器211一讀出控制字標(biāo)志00錨存計數(shù)值01一讀，寫低8位19一讀與高*位口一先讀，寫低X位再讀，寫高8位0。一方式0001一方式101。一方式2。11一方式3100一方式4101一方式50二進制數(shù)1一十進制數(shù)表5-28254讀出控制字格式D7D6D弓D4D3D2T)D0110-鐲存計數(shù)值。一鎖存狀態(tài)信息計數(shù)器選擇（同方式控制字）0表5-38254狀態(tài)字格式D7OUT引腳現(xiàn)行狀態(tài)1一高電平。一低電平D6計數(shù)初值是否裝入1-無牧計數(shù)。一計數(shù)有效D5D4D.iD2

6、DID0計數(shù)器方式（同方式控制字）5 .實驗說明及步驟（1）定時應(yīng)用實驗編寫程序，將8254的計數(shù)器2設(shè)置為方式3,用1.8432MHz作為CLK2時鐘，計數(shù)值為64H,OUT2輸出為18.432KHz的時鐘。將OUT2連接到計數(shù)器0的CLKQ設(shè)置計數(shù)器0也工作在方式3,計數(shù)值為18432,相當(dāng)于18432分頻，則在OUT0得到1Hz的輸出。參考程序流程如圖5-2所示。隙x:owXASXA2706?D4XJOB,IOYQX33XD1765442101oRD5DDDDDDDDAAURICGATHCIKOIF8254單兀CT_KDOLTTOl.S432UlzB+辟海DO小燈圖5-28254定時應(yīng)用

7、實驗接線圖實驗步驟如下。a）確認(rèn)從PC機引出的兩根扁平電纜已經(jīng)連接在實驗平臺上b）首先運行CHECKS序，查看I/O空間始地址。c）利用查出的地址編寫程序，然后編譯鏈接。d）參考圖5-2所示連接實驗線路。e）運行程序，看數(shù)據(jù)燈顯示是否正確。8254定時應(yīng)用實驗代碼輸出1Hz;*根據(jù)查看端口資源修改下歹U符號值*IOY0EQU9C00H.*MY8254_COUNT0EQUMY8254_COUNT1EQUMY8254_COUNT2EQUMY8254_MODEEQUIOY0+00H*4;8254計數(shù)器0端口地址IOY0+01H*4;8254計數(shù)器1端口地址IOY0+02H*4;8254計數(shù)器2端口地

8、址IOY0+03H*4;8254控制寄存器端口地址STACK1SEGMENTSTACKDW256DUPSTACK1ENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:MOVDX,MY8254_MODEMOVAL,0B6H;初始化8254工作方式;計數(shù)器2,方式3MOVDX,MY8254_COUNT2MOVAL,64HOUTDX,ALMOVAL,00HOUTDX,ALMOVDX,MY8254_MODEMOVAL,36HOUTDX,ALMOVDX,MY8254_COUNT0MOVAL,00HOUTDX,ALMOVAL,48HOUTDX,AL;裝入計數(shù)初值;100分頻;初始化8254

9、工作方式;計數(shù)器0,方式3;裝入計數(shù)初值;18432分頻OUTDX,AL;結(jié)束程序退出QUIT:MOVAX,4C00HINT21HCODEENDSENDSTART(2)計數(shù)應(yīng)用實驗編寫程序，將8254的計數(shù)器0設(shè)置為方式3,計數(shù)值為十進制5,用微動開關(guān)KK1作為CLK0時鐘，OUT0連接INTR每當(dāng)KK1按動5次后產(chǎn)生中斷請求，在屏幕上顯示字符“5：'參考程序流程如圖5-3所示。單元中GATE0B經(jīng)連接了一個上拉電阻，所以GATE懷用連接。美中斷It?jtfi1tPCI_INTCSR料秧INIR中航矢量、打開屏敲出設(shè)置8254I作方式并裝入il數(shù)初值斤中斷恢復(fù)PCIINTCERINTR

10、中歌量和中斷屏蔽字開卬淅_U=；DOS.丁I存g）中斷處理程序圖5-38254計數(shù)應(yīng)用實驗參考程序流程圖實驗步驟如下。a）確認(rèn)從PC機引出的兩根扁平電纜已經(jīng)連接在實驗平臺上。b）首先運行CHECKS序，查看I/O空間始地址。c）利用查出的地址編寫程序，然后編譯鏈接。d）參考圖5-4所示連接實驗線路。e）運行程序，按動KK1微動開關(guān)，觀察是否5次后屏幕顯示字符5”f）可以改變計數(shù)初值，從而實現(xiàn)不同要求的計數(shù)。34卜旗娓XA1XD7TDTTUTxdmoD7D6D5D4D3D21DQCLKO<x>KK1+A1AGS254單兀單次詠；I單元XIOWXIOR10Y。小二R.*;INTR_IV

11、ADDINTR_OCW1INTR_OCW2INTR_IMPCI_INTCSRIOY0根據(jù)CHEC博已置信息修改下歹U符號值*EQUEQUEQUEQUEQUEQU01CCH0A1H0A0H0F7H9438H9C00H;INTR對應(yīng)的中斷矢量地址;INTR對應(yīng)PC機內(nèi)部8259的OCW1地址;INTR對應(yīng)PC機內(nèi)部8259的OCW2地址;INTR對應(yīng)的中斷屏蔽字;PCI卡中斷控制寄存器地址WRRDCSouro圖5-48254計數(shù)應(yīng)用實驗參考接線圖8254計數(shù)應(yīng)用實驗代碼*MY8254_COUNT0EQUMY8254_COUNT1EQUMY8254_COUNT2EQUMY8254_MODEEQUIO

12、Y0+00H*4;8254計數(shù)器0端口地址IOY0+01H*4;8254計數(shù)器1端口地址IOY0+02H*4;8254計數(shù)器2端口地址IOY0+03H*4;8254控制寄存器端口地址STACK1SEGMENTSTACKDW256DUPSTACK1ENDSDATASEGMENTCS_BAKDW?;保存INTR原中斷處理程序入口段地址的變量IP_BAKDW?;保存INTR原中斷處理程序入口偏移地址的變量IM_BAKDB?;保存INTR原中斷屏蔽字的變量STR1DB'COUNT:$'顯示的字符串DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART

13、:MOVAX,DATAMOVDS,AXCLIMOVDX,PCI_INTCSRSUBDX,19HINAL,DX;初始化PCI卡中斷控制寄存器;向PCI_INTCS中寫入003F1F00HMOVDX,PCI_INTCSRMOVAX,1F00HOUTDX,AXADDDX,2MOVAX,003FHOUTDX,AXMOVAX,0000H潛換INTR的中斷矢量MOVES,AXMOVDI,INTR_IVADDMOVAX,ES:DIMOVIP_BAK,AX;保存INTR原中斷處理程序入口偏移地址MOVAX,OFFSETMYISRMOVES:DI,AX；設(shè)置當(dāng)前中斷處理程序入口偏移地址ADDDI,2MOVAX,

14、ES:DIMOVCS_BAK,AX;保存INTR原中斷處理程序入口段地址MOVAX,SEGMYISRMOVES:DI,AX;設(shè)置當(dāng)前中斷處理程序入口段地址MOVDX,INTR_OCW1;設(shè)置中斷屏蔽寄存器，打開INTR的屏蔽位INAL,DXMOVIM_BAK,AL保存INTR原中斷屏蔽字ANDAL,INTR_IMOUTDX,ALSTIMOVDX,OFFSETSTR1;顯示字符串MOVAH,9INT21HMOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式MOVAL,10H；計數(shù)器0,方式0OUTDX,ALMOVDX,MY8254_COUNT0MOVAL,4OUTDX,ALWAIT1:MO

15、VAH,1INT16HJZWAIT1;裝入計數(shù)初值;判斷是否有按鍵按下;無按鍵則跳回繼續(xù)等待，有則退出QUIT:CLIMOVDX,PCI_INTCSRMOVAX,0000HOUTDX,AXMOVAX,0000HMOVES,AXMOVDI,INTR_IVADDMOVAX,IP_BAKMOVES:DI,AXADDDI,2MOVAX,CS_BAKMOVES:DI,AXMOVDX,INTR_OCW1MOVAL,IM_BAKOUTDX,ALSTI;恢復(fù)PCI卡中斷控制寄存器;恢復(fù)INTR原中斷矢量;恢復(fù)INTR原中斷處理程序入口偏移地址;恢復(fù)INTR原中斷處理程序入口段地址;恢復(fù)INTR原中斷屏蔽寄存器

16、的屏蔽字MOVAX,4C00H;返回至UDOSINT21HMYISRPROCNEAR;中斷處理程序MYISRMOVAL,35HMOVAH,0EHINT10HMOVAL,20HINT10HMOVDX,MY8254_COUNT0;重裝計數(shù)初值MOVAL,4OUTDX,ALOVER:MOVDX,PCI_INTCSR;清PCI卡中斷控制寄存器標(biāo)志位SUBDX,19HINAL,DXMOVDX,PCI_INTCSRADDDX,2MOVAX,003FHOUTDX,AXMOVDX,INTR_OCW2;向PC機內(nèi)部8259發(fā)送中斷結(jié)束命令MOVAL,20HOUTDX,ALMOVAL,20HOUT20H,ALIR

17、ETMYISRENDPCODEENDSENDSTART實驗5-28259中斷控制器應(yīng)用實驗1 .實驗?zāi)康?1)學(xué)習(xí)中斷控制器8259的工作原理。(2)掌握可編程控制器8259的應(yīng)用編程方法。2 .實驗設(shè)備PC微機一臺、TD-PIT+實驗系統(tǒng)一套。3 .實驗內(nèi)容(1)利用PC機給實驗系統(tǒng)分配的中斷線，設(shè)計一個單中斷應(yīng)用。使用單次脈沖模擬中斷產(chǎn)生。編寫中斷處理程序，在顯示器屏幕上顯示一個字符。(2)利用實驗平臺上8259控制器對擴展系統(tǒng)總線上的中斷線INTR進行擴展。編寫程序?qū)?259控制器的IR0和IR1中斷請求進行處理。4 .實驗原理(1) 8259控制器的介紹中斷控制器8259A是Intel

18、公司專為控制優(yōu)先級中斷而設(shè)計開發(fā)的芯片。它將中斷源優(yōu)先級排隊、辨別中斷源以及提供中斷矢量的電路集于一片中，因此無需附加任何電路，只需對8259A進行編程，就可以管理8級中斷，并選擇優(yōu)先模式和中斷請求方式，即中斷結(jié)構(gòu)可以由用戶編程來設(shè)定。同時，在不需增加其他電路的情況下，通過多片8259A的級連，能構(gòu)成多達64級的矢量中斷系統(tǒng)。它的管理功能包括：a)記錄各級中斷源請求；b)判別優(yōu)先級，確定是否響應(yīng)和響應(yīng)哪一級中斷；c)響應(yīng)中斷時，向CPU傳送中斷類型號。8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖5-5所示。8259A的命令共有7個，一類是初始化命令字，另一類是操作命令。8259A的編程就是根據(jù)應(yīng)用需要將初始

19、化命令字ICW1-ICW4和操作命令字OCW1-OCW3分別寫入初始化命令寄存器組和操作命令寄存器組。ICW1-ICW4各命令字格式如圖5-6所示，OCW1-OCW3各命令字格式如圖5-7所示，其中OCW1用于設(shè)置中斷屏蔽操作字，OCW2用于設(shè)置優(yōu)先級循環(huán)方式和中斷結(jié)束方式的操作命令字，OCW3用于設(shè)置和撤銷特殊屏蔽方式、設(shè)置中斷查詢方式以及設(shè)置對8259內(nèi)部寄存器的讀出命令?！暗孜搞昶鞅缺任鐲ASQCAS1-*-*-CAS2*-S?EN數(shù)據(jù)怠找曖沖器KWlx先分物優(yōu)幽析I234-s.&l«.rrnlrrrrrLrLrxTxrLrLrLEEi新端化KW：，命令寄1匚wmICW

20、+/c內(nèi)小忠A二盯r.3日-吧Locwi1掠作給OCTV2/'音(j.br：-.僅wa1WRRD才D7D&口5D4D3mD1DOCASOCAS1GND圖5-58259內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳圖AOED7TD5D4DJD2D1LSIA3I5088088不住用I；j;_ji-i.DO=Ijm=Q-Dl=l：DH)：DAt：圖5-6(a)ICW1格式VCCAO"INTAIR71即5-IRIR4WER2-IR1IR0INT&PEXCAS：不需要ICW4.卉;If4學(xué)片銀聯(lián)舊片住目由昌轉(zhuǎn)笈電部發(fā)圖5-6ICW2格式AOHAOHD7D6口5D4口3D2DIDOS7S6|S4S3S2

21、SI|SOD7D6D5D4D3D2DI主片DOI1D2ID1IDO從片不可用圖5-6(c)ICW3格式A0ruD70D6nD5"5"EMD3D2$FNMM，DIDOAFcJ|i閑圖5-6(d)ICW4格式AOM7M6M5M4M31MlMO|0CW1D7D6D5D4D3D2D1DORSLEOI|1oI01L二LILO口OCW2D"D6DfD4D3D;DIDO知四小".R力配做優(yōu)k權(quán)00L一般EOI中就緒束命令OH特殊EO1101r循春優(yōu)先機的一庭51tl動循環(huán)100在門前EOI卜電循環(huán)優(yōu)先校000在自動EOI卜復(fù)位御壞優(yōu)范權(quán)111110設(shè)首優(yōu)先權(quán)相林循環(huán)G

22、LQ無效D6D5DID3A00A0D2DIESMMSMMOX：肥效10：復(fù)位帶珠屏蔽11:設(shè)置特殊沙蔽RISOCW30：f；森旬ox：心效b允許查詢ioiurytiRKlh即彩R圖5-7OCW命令字格式(2) 8259寄存器及命令的控制訪問在硬件系統(tǒng)中，8259僅占用兩個外設(shè)接口地址，在片選有效的情況下,利用A0來尋址不同的寄存器和命令字。對寄存器和命令的訪問控制如表5-4所示。表5-48259寄存器及命令的控制訪問AOD4IB該信號寫信號片施操作U010讀出也用RR的內(nèi)容1010讀出IMR的內(nèi)容00010號OCW2O0110O寫入OCW501X100寫ICW1XX1Q0可人OCWI,KW2t

23、ICW3,ICW4(3) PC微機系統(tǒng)中的8259在80x86系列PC微機系統(tǒng)中，系統(tǒng)中包含了兩片8259A中斷控制器，經(jīng)級連可以管理15級硬件中斷，但其中部分中斷號已經(jīng)被系統(tǒng)硬件占用，具體使用情況如表5-5示。兩片8259A的端口地址為：主片8259使用020H和021H兩個端口；從片使用0A0H和0A1H兩個端口。系統(tǒng)初始化兩片8259的中斷請求信號均采用上升沿觸發(fā)，采用全嵌套方式，優(yōu)先級的排列次序為0級最高，依次為1級、8級15級，然后是3級7級。在擴展系統(tǒng)總線上的INTR對應(yīng)的中斷線就是PC機保留中斷其中的一個。對INTR中斷的初始化PC機已經(jīng)完成，在使用時主要是將其中斷屏蔽打開，修改

24、中斷向量。表5-5PC微機系統(tǒng)中的硬件中斷中斷號功能中斷向童號中斷向量地址主8259IRQO日時鐘,計數(shù)器0O8HCO2OH0023H主M59IRQ1鍵盤09H0O24H0027H±8259IRQ2接從片82590AH002SH-002BH主8259IRQ3串行口20BH002CH002FH主8259IRQ4申行口10CH0030H-0033H主82行IRQ5并行口二ODH0034H0037H主8259IRQ6軟盤0EH。期HM3BH主8259IRQ7井行口1OFH003cH-003FH從8259IRQ8實時鐘7OHC1C0H-01C3H從8259HIQ9保留71H01C4H-01C

25、7H從S259IRQ1O保新72H01C8H-01CBH從8259IXQ1L保留73HC1CCH-01CFH從8259IRQ12保普74HC1D0H-O1D3H從8259IRQ皚切處理器中斷75H01D4H-01D7HA8259IRQ14硬盤控制獨76HOIDSHOIDBH從8259IR.Q1S保留77H01DCH-01DFH5 .實驗說明及步驟(1)中斷查詢方式應(yīng)用實驗8259支持查詢方式檢測中斷請求，具體過程為：設(shè)置8259OCW3中的P位為1即可執(zhí)行查詢命令，8259將下一個I/O讀命令視作一次中斷響應(yīng)。如果有中斷請求，則置ISR中的相應(yīng)位并讀優(yōu)先級。從OCW3寫操作到I/O讀操作期間禁

26、止中斷，讀出字節(jié)的最高位為1表示有中斷，最低3位(D0-D2)為最高優(yōu)先級中斷請求源的編碼。查詢字格式如圖5-8所示。D7MD5D4D3D2DII-口W1W00；無中斷請求請求中斷中1；有中斷請求優(yōu)先領(lǐng)最高的中斷源端嶼圖5-88259OCW筵詢字格式本實驗要求使用這種方法編寫程序處理實驗單元8259IR0和IR1請求的中斷，IR0請求在屏幕上顯示字符“0”，IR0請求則在屏幕上顯示字符“1”以示中斷到來。IR0和IR1分別用一個單次脈沖的上升沿模擬中斷產(chǎn)生。參考流程如圖5-9所示，參考實驗接線圖如圖5-10所示。圖5-9實驗參考流程圖*XD了,、,、:XDEXKXD4(XXDY_XD_XD,_

27、KD._X1OWxid；廣口工.1.八*IRO/82598單元IR1WRRDCSAO單KK1+次脈KK2+單元圖5-10參考實驗接線圖實驗步驟如下：a）確認(rèn)從PC機引出的兩根扁平電纜已經(jīng)連接在實驗平臺上。b）運行Tdpit集成操作軟件，查看系統(tǒng)資源分配情況，記錄與所用片選信號對應(yīng)的I/O端口始地址c）參考實驗流程圖編寫程序，注意使用正確的端口地址，然后編譯鏈接。d）參考實驗接線圖連接實驗線路。e）運行程序，按動KK1卡KK1歧鍵，觀察中斷響應(yīng)是否正常。8259中斷查詢方式應(yīng)用實驗代碼;*根據(jù)查看端口資源修改下列符號值*IOY0EQU9C00H;片選IOY0對應(yīng)的端口始地址*MY8259_ICW1EQUMY8259_ICW2EQUMY8259_ICW3EQUMY8259_ICW4EQUMY8259_OCW1EQUMY8259_OCW2EQUMY8259_OCW3EQUIOY0+00H;實驗系統(tǒng)中IOY0+04H;實驗系統(tǒng)中IOY0+04H;實驗系統(tǒng)中IOY0+