微机原理与接口技术指导书

1、微机原理及接口技术实验指导北京航空航天大学自动化学院仿真教学实验中心2014年10月 目 录一、总体安排 2二、微机实验内容和目的 2 实验一：字符串排序 2 实验二：4位BCD码相加 3实验三：七段数码显示 3实验四：数/模转换5实验五：模/数转换6三、实验系统软件环境 81程序的编辑和编译 82程序的调试和运行 10 四、硬件实验设备 121微机接口实验设备 122实验箱结构 133地址替换方法 15五、实验报告的格式18六、实验要求18一、总体安排1时间：共五次实验实验一：字符串排序 (3学时)实验二：4位BCD码相加 (3学时)实验三：七段数码显示 (4学时)实验四：数/模转换 (4学

2、时)实验五：模/数转换 (4学时)2机位和设备安排前两个实验：一个人一组；后三个实验：两个人一组3考核方法1）实验结果演示、检查（带实验老师不同，要求可能不同）2）实验报告按要求格式编写4地点：北航新主楼D535二、实验内容和目的上机 / 实验一1实验名称：字符串排序2实验目的 1) 学习利用系统功能调用的 INT 21H 进行字符的输入、字符串的显示方法，熟悉排序相关指令及方法。 2) 掌握汇编语言的编写、编译、连接及运行方法3实验内容 利用INT 21H的1号功能，从键盘输入任意长度的字符串，以回车符结束；将输入的字符串存放在数据段中；对输入的字符串按ASCII码从小到大排序（ASCII小

3、者占低地址存放）；将排好序的字符串利用INT 21H的9号功能显示在微机屏幕上。上机 / 实验二1实验名称：4位BCD码相加2实验目的学习字符型数据与数值型数据的相互转换方法，了解BCD码输入及相加的方法。3 实验内容在数据段中定义3个变量x1,x2和x3，用于存储从微机键盘上输入两个4位BCD码（低位数据占高地址存放），x3用于存储这两个BCD码的和；从键盘输入两个4位BCD码，检查是否为数字键，非数字键不接收，将输入的2个4位字符型数据转换为4位非压缩型BCD码存于数据段中的变量中；将2个4位非压缩型BCD码相加，将结果利用INT 21H的2号功能显示在微机屏幕上。上机 / 实验三1实验名

4、称：七段数码显示2实验目的掌握接口芯片的编址方法，掌握8255的初始化设置，及数码管显示原理，掌握段控及位控的概念3 实验内容连接地址译码器与8255的连线及8255与数码管的连线；在数据段中存放0到9的字形码；从微机键盘输入2个数字的ASCII码，在输入过程中检查如非数字键则重新输入；然后将输入的ASCII码变成相应的数字，再利用换码指令XLAT查表得到相应的字形码；将字形码送到8255输出口所接的数码管上显示。4硬件连线实验箱上设有两个共阴极七段数码管及驱动电路，如图2.1所示，段码为同相驱动器，位码为反相驱动器，从段码与位码的驱动器输入端（段码输入端：a、b、c、d、e、f、g、dp，位

5、码输入端：s1、s2）输入不同的代码即可显示不同数字或符号。 图2.1按下图2.2连接电路，将8255的A口PA0PA6分别与七段数码管的段码驱动输入端a相连，位码驱动输入端S1，S0接8255 C口的PC1，PC0。 8255芯片 图2.2 8255连线图连线为：CS288H28FH，PA0 a，PA1 b，PA2 c，PA3 d，PA4 e，PA5 f，PA6 g，dP GNDPC0 S0 ，PC1 S15编程提示 1）实验箱上的七段数码管为共阴型，段码采用同相驱动，输入端加高电平,选中的数码管亮，位码加反相驱动器，位码输入端高电平选中。 2）七段数码管的字型代码表如下表： 上机 / 实验

6、四1实验名称： 数/模转换2实验目的了解数/模转换的原理，学习数/模转换芯片的使用方法，掌握利用数/模转换芯片产生方波及正弦波的方法。3实验内容在数据段中存放好对应于产生方波和正弦波的数字量，正弦波要求20个值。编写程序将数据段中的数字量送到DAC0832的输出端产生方波和正弦波。4硬件连线按下图2.2连接电路，DAC0832采用单缓冲方式，具有单双极性输入端（图中的Ua为单极性、Ub为双极性）。 图2.2 数/模转换电路连线图连线为：CS 290H297H，5虚拟示波器使用在微机屏幕上，有利用LabVIEW设计的虚拟示波器，用于显示数/模转换电路产生的波形，办法为：1）把在Ub端用万用表测量

7、得到的电压值（正弦波要求20个值），写入一个可以供LabVIEW读取的文本文档，保存。2）在虚拟示波器的数据加载框中加载该文件，运行虚拟示波器即可显示波形和电压值。上机 / 实验五1实验名称： 模/数转换2实验目的了解模/数转换原理 , 掌握 ADC0809 的使用方法。3实验内容将温度传感器输出端连至ADC0809的IN0端；编写程序对IN0通道的模拟量进行模/数转换；将模/数转换得到的数字量换算成温度值显示在微机屏幕上。4硬件连线按下图2.3连接电路，将实验箱左下角电位器RW1输出接ADC0809的IN1通道，编程序对电位器的输出电压进行模/数转换。 图2.3 模数转换电路连线图连线为：C

8、S298H29FH，三、实验系统软件环境TPC-2003A集成开发环境是TPC-2003A实验系统配套的软件，提供了程序的编辑和编译，调试和运行，实验项目的查看和演示，实验项目的添加等功能。本软件基于windows环境。双击CRT上的TPC2003A集成开发环境图标进入软件环境。1程序的编辑和编译 1）新建一个源程序 在当前运行环境下，选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“新建”，或是在工具栏中单击“新建”，会弹出“新建”窗口，“新建”窗口如图3.1所示： 图3.1 新建一个源程序 选择新建表单中的“ASM”，点击“确定”即可新建对应的汇编语言程序，点击“取消”则取消新建源文件操作。 2

9、）打开一个源程序 当前运行环境下，选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“打开”，或是在工具栏中单击“打开”，会弹出“打开”文件选择窗口，“打开”窗口如图3.2所示： 图3.2 打开一个源程序 在窗口中“文件类型”下拉菜单中选择“ASM文档（*.asm）”一项，程序即显示当前目录下所有的asm文档，单击要选择的文件，选中的文件名会显示在“文件名”中，单击“打开”则打开当前选中的文档显示在文档显示区域。点击“取消”则取消新建源文件操作。 3）编辑源程序 软件提供了基本的编辑功能，并实现了实时的语法高亮，各项操作说明如下： 撤消 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后选择“撤消

10、”，或是在工具栏中单击“撤消”，即可撤消上一步剪切或粘贴操作。 剪切 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后选择“剪切”，或是在工具栏中单击“剪切”，即可将文档显示区域中选中的内容剪切到剪贴板。 复制 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后选择“复制”，或是在工具栏中单击“复制”，即可将文档显示区域中选中的内容复制到剪贴板。 粘贴 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后选择“粘贴”，或是在工具栏中单击“粘贴”，即可将剪贴板中当前内容粘贴到文档显示区域光标所在处。 全选 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后选择“全选”，即可将文档

11、区域中所有内容选中。 查找 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后选择“查找”，弹出查找对话框如图3.3所示： 图3.3 查找 在查找内容一栏中输入需要查找的内容，可选择“全字匹配”与“区分大小写”的查找方式，单击查找下一个程序则在文档显示区域中搜索与查找内容匹配的字符串，找到第一个后则高亮显示，点击查找下一个则继续搜索下一个匹配字符串，点击“取消”退出查找操作。 查找下一个 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后选择“替换”，即可在当前文档显示区域查找下一个查找对话框中输入的字符串，找到后高亮显示。 替换 当前运行环境下，选择菜单栏中的“编辑”菜单，菜单下拉后

12、选择“替换”，弹出替换对话框如图3.4 所示： 图3.4 查找下一个 在查找内容一栏中输入需要查找的内容，可选择“全字匹配”与“区分大小写”的查找方式，在替换为一栏中输入需要替换的内容，单击“查找下一个”程序则在文档显示区域中搜索与查找内容匹配的字符串，找到第一个后则高亮显示，单击“替换”将匹配的字符串替换，也可单击“全部替换”将当前文档显示区域中所有与查找内容匹配的字符串全部替换。单击“查找下一个”则继续搜索下一个匹配字符串。也可单击“取消”退出查找操作。 4）保存源程序 当前运行环境下，选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“保存”，如果是无标题文档，需在提示下输入文档的名称及选择保存

13、的路径，单击确定后保存；否则程序自动保存当前文档显示区域中显示的文档。或者选择菜单栏中的“文件”菜单，菜单下拉后选择“另存为”，并在提示下输入文档的名称及选择保存的路径，单击确定后保存。 5）编译源程序 编译调试窗口 在当前运行环境下，选择菜单栏中的“查看”菜单，单击编译调试窗口选项或是单击工具栏中“显示/隐藏编译调试窗口”按钮则可对状态栏的显示进行操作。若当前环境显示编译调试窗口，则单击编译调试窗口选项即可隐藏该窗口，编译调试窗口选项前选中标记将消失；若当前隐藏编译调试窗口，则单击编译调试窗口选项即可显示该窗口，编译调试窗口选项前选中标记将显示。 ASM编译 汇编 在ASM运行环境下，选择菜

14、单栏中的“ASM编译”菜单，选择汇编选项则程序对当前ASM源文件进行汇编，编译调试窗口中输出汇编结果，若程序有错，则详细报告错误信息。汇编+链接 在当前运行环境下，选择菜单栏中的“ASM编译”菜单，选择汇编+链接选项则程序对当前ASM源文件进行汇编与链接，编译调试窗口中输出汇编与链接的结果，若程序汇编或链接有错，则详细报告错误信息。 汇编+链接+运行 在当前运行环境下，选择菜单栏中的“ASM编译”菜单，选择汇编+链接+运行选项则程序对当前ASM源文件进行汇编与链接，编译调试窗口中输出汇编与链接的结果，若程序汇编或链接有错，则详细报告错误信息。若汇编与链接成功，程序自动运行。 2程序的调试和运行

15、 1）ASM程序的调试 寄存器窗口 在当前运行环境下，选择菜单栏中的“查看”菜单，单击寄存器窗口选项，则可对寄存器窗口的显示进行操作。寄存器窗口中显示主要的寄存器名称及其在当前程序中的对应值。若当前环境显示寄存器窗口，则单击寄存器窗口选项即可隐藏该窗口，寄存器窗口选项前选中标记将消失；若当前隐藏寄存器窗口，则单击寄存器窗口选项即可显示该窗口，寄存器窗口选项前选中标记将显示。 开始调试 在ASM程序正常链接之后，选择菜单栏中的“ASM调试”菜单，选择开始调试选项，则对源程序进行反汇编，进入ASM的调试状态，并在寄存器窗口中显示主要的寄存器的当前值。 设置PC 在ASM的调试状态下，选择菜单栏中的

16、“ASM调试”菜单，选择设置PC选项，即可设置当前PC值，即程序运行到当前语句处。 设置/清除断点 在ASM的调试状态下，选择菜单栏中的“ASM调试”菜单，选择设置/清除断点选项则对断点的设置进行操作。如果当前光标所在行未设断点，则选择该选项后该行设置断点；否则，该行原设置的断点被清除。 连续运行 在ASM的调试状态下，选择菜单栏中的“ASM调试”菜单，选择连续运行选项，则程序连续运行，直至碰到断点或程序运行结束。 单步 在ASM的调试状态下，选择菜单栏中的“ASM调试”菜单，选择单步选项，则程序往后运行一条语句。 跟踪 在ASM的调试状态下，选择菜单栏中的“ASM调试”菜单，选择跟踪选项，则

17、在调用子程序时，将跳入子程序进行调试。 清除全部断点 在ASM的调试状态下，选择菜单栏中的“ASM调试”菜单，选择清除全部断点选项则将当前程序中所有断点全部清除。 退出调试 在ASM的调试状态下，选择菜单栏中的“ASM调试”菜单，选择退出调试选项则退出ASM的调试。 四、硬件实验设备1微机接口实验设备1）配置：PCI接口板2003A实验箱键盘显示实验板PCI卡及实验装置在微机系统中的位置如图4.1 所示图4.1 PCI卡位置图PCI卡连接于PCI总线之上，经过PCI板上信号转换成ISA-LIKE 50芯总线信号，然后连接至于微机实验箱；PCI总线时钟频率33MHZ。 PCI接口卡图 元件图主机

18、箱内安装PCI卡，通过扁平电缆将数据线，地址线，控制信号等，连接至实验箱上。而且实验箱可以通过PCI卡将32位数据线全部引出，可以进行32位数据的实验。2）板上结构：E2prom：配置PCI 9054芯片参数和初始化Plx9054：PCI总线接口芯片，完成信号连接和转换CPLD：信号转换和时序控制Jtag：针对CPLD下载驱动电路：将总线信号加以驱动，经扁平线引至实验台50芯ISA总线接口：信号连接接口将PCI总线接口卡插在任意PCI扩展槽中，用50pin扁平电缆线连接PCI接口卡和实验箱。2实验箱结构 切记不要插反1）实验箱简介和使用说明 K1 电源插座 自锁紧插孔电源开关电位器RW1 图4

19、.2 实验箱1)电源：在实验箱的左上角有直流电源开关（K1），在主机电源打开后，再打开实验台上开关K1，实验箱才会加电。(实验箱上还有一个四位拨动开关K2，在实验台8255芯片的右方。K2是在做存储器实验时选择存储器地址使用的。)2)插孔：采用“自锁紧”插孔，插孔插入导线时，应稍加力并延顺时针方向旋转一下，才能保证接触良好，拔出时，应先逆时针方向旋转待插头完全松开后，再向上拔出。3）总线区：引出数据总线D7D0；地址总线A9A0；读、写信号IOR、IOW；中断请求信号IRQ；DMA请求信号DRQ1；DMA响应信号、DACK1；及AEN信号，供实验选用。4)复位电路：上电时，或按下复位开关S2后

20、产生一个高电平的复位信号主要供8255、8251等接口芯片使用。5)编程环境：按实验电路接线后，双击CRT上的TPC2003A集成开发环境。6)I/O地址译码电路 如图4.3所示，地址空间：280H2BFH共分8条译码输出线：Y0Y7，其地址分别是280H287H；288H28FH；290H297H；298H29FH；2A0H2A7H；2A8H2AFH；2B0H2B7H；2B8H2BFH，8根译码输出线在实验箱“I/O地址”处分别由“自锁紧”插孔引出。 图4.37)时钟电路 ：可以输出1MHZ、2MHZ两种信号。8)逻辑电平开关电路 实验箱右下方设有8个开关K7K0，开关拨到“1”位置时开关断

21、开，输出高电平，向下打到“0”位置时开关接通输出低电平，电路中串接了保护电阻，使接口电路不直接同+5V、GND相连。 9)LED显示电路 实验台上设有8个发光二极管及相关驱动电路（输入端L7L0），当输入信号为“1”时发光，为“0”时灭。 10)单脉冲电路 实验箱设有单脉冲电路，采用RS触发器产生，每按一次开关即可以从两个插座上分别输出一个正脉冲及负脉冲。 11)继电器及驱动电路 实验箱上设有一个5V直流继电器及相应的驱动电路，当其开关量输入端输入数字量“1”时，继电器动作：常开触点闭合、常闭触点断开。通过相应的实验使学生了解开关量控制的一般原理。 12)复位电路 实验箱上设有复位电路，能在上

22、电时，或按下复位开关S2后产生一个高电平的复位信号供8255、8251等接口芯片使用。 13)接口集成电路 实验箱上有微机原理硬件实验最常用接口电路芯片，包括：可编程定时器/计数器（8253）、可编程并行接口（8255）、数/模转换器（DAC0832）、模/数转换器（ADC0809），这里芯片与CPU相连的引线除片选信号CS外都已连好，与外界连接的关键引脚在芯片周围用“自锁紧”插座引出，供实验时使用。其中数/模转换器附有双极性输出，模/数转换器附有双极性输入插座。 14)跳线开关（JP） 实验箱上另外两个跳线开关为JP2和JP3，在实验箱的左下角，分别用于模/数转换器模拟量输入极性选择，将JP

23、2的1、2短路时IN2（J2）可输入双极性电压（5V5V），2、3短路为单极性（05V），JP3用于选择IN1的输入极性，方法与JP2相同。 15)5V电源插针 为了减少主机5V电源的负担和各主要芯片的安全，在主要接口芯片的左上角都有相应的电源连接插针（标记为5V），当实验需要该芯片时，用短路块短接插针即可接通5V电源。 16)通用集成电路插座 实验箱上设有4个通用数字集成电路插座，其中插座A、B为20P，插座D为40P，插座D可以插入一个2440脚的集成电路芯片或者2个820脚的集成电路芯片。每个插座引脚附近都有相应的“自锁紧”插座，利用这些插座可搭试更多新的实验。 17)数字电路实验区 实

24、验箱上有一块数字电路实验区，设有三种基本门电路（与、或、非）及D触发器在接口实验或数字电路实验时直接使用。 3地址替换方法因为pci总线结构支持即插即用功能，每台微机分配给pci扩展板的资源是动态浮动的，不像isa总线是固定死的，因此分配给设备的i/o基地址、mem基地址空间及int中断号会因为不同的微机而变化，所以在做接入实验箱的实验前需要确定当前微机中pci卡的资源，并用其替换程序中的相应值，重新编译链接后才能实现实验效果。 需要替换的基地址值为每个汇编程序头中的定义行：io基地址为：ioport equ 0d400h-0280h ; tpc 卡中设备的io地址或 ioport_data

25、equ 0d400h-0280h tpc 卡中设备的io地址或ioport_cent equ 0d800h tpc 卡中PCI接口芯片的io地址mem基地址为： mem_data equ 0f6000000h ; tpc 卡中设备的mem地址其中“0d400h”是pci接口在微机中被动态分配的io基地址，即需要替换的地址，相当于设备中的地址0280h。“0d800h”是TPC卡中PCI接口芯片上的设置寄存器组占用的io地址，因为某些实验需要设置该芯片的寄存器。“0f6000000h”是pci接口在微机中被动态分配的mem基地址，也是需要替换的地址，相当于设备存储器的起始地址0h。替换方法如下：步骤1：启动微机并打开，“开始”“设置”“控制面板”“系统”“硬件”“设备管理器”“设备管理器D”并查到“微机原理教学实验装置”打