华中科技大学微机原理与接口实验报告

一、硬件实验环境的检测（一）硬件实验环境简介TD-PIT实验装置提供了多种常用接口及控制应用部件，如定时器/计数器8254、并行接口8255、键盘输入及LED显示、二进制开/关输入及发光管显示等接口单元电路。TD-PIT实验装置还向PC机申请了接口实验所需的配置资源。其中包括16M的存储地址空间、256字节的I/O地址空间和一条中断请求线。中断请求线是映射到PC机内部的15条中断线的一个。这些信号如下表1.1所示。表1.1TD-PIT实验装置的仿真ISA接口信号TD-PIT实验装置提供了四个I/O设备片选信号和两个存储器设备片选信号，片选信号与偏移地址空间对应关系如下表1.2所示。表1.2片选地址对应偏移地址范围（二）硬件实验环境的检测检测硬件环境的好坏是每次微机原理与接口实验之前的必需工作，防止试验中出现未知的bug而无从查起。1.检测方法信号名称对应系统信号功能XD0—XD7𝐷0—𝐷7数据总线XA0—XA15𝐴0—𝐴15地址总线𝑋𝑀𝐸𝑅̅̅̅̅̅̅̅̅、𝑋𝑀𝐸𝑊̅̅̅̅̅̅̅̅̅𝑀𝐸𝑀𝑅̅̅̅̅̅̅̅̅̅、𝑀𝐸𝑀𝑊̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅存储器读写信号𝑋𝐼𝑂𝑅̅̅̅̅̅̅̅、𝑋𝐼𝑂𝑊̅̅̅̅̅̅̅̅𝐼𝑂𝑅̅̅̅̅̅、𝐼𝑂𝑊̅̅̅̅̅̅I/O读写信号IRQIRQ中断信号（下降沿有效）𝐼𝑂𝑌0̅̅̅̅̅̅、𝐼𝑂𝑌2̅̅̅̅̅̅、𝐼𝑂𝑌3̅̅̅̅̅̅、𝐼𝑂𝑌4̅̅̅̅̅̅I/O设备片选信号𝑀𝑌0̅̅̅̅̅̅、𝑀𝑌1̅̅̅̅̅、存储器设备片选信号I/O设备片选信号偏移地址范围存储器设备片选信号偏移地址范围𝐼𝑂𝑌0̅̅̅̅̅̅00H—1FH𝑀𝑌0̅̅̅̅̅̅0000H—7FFFH𝐼𝑂𝑌2̅̅̅̅̅̅40H—5FH𝑀𝑌1̅̅̅̅̅80000H—FFFFH𝐼𝑂𝑌3̅̅̅̅̅̅60H—7FH𝐼𝑂𝑌4̅̅̅̅̅̅80H—9FH运行检测程序，用示波器检测实验装置的所有信号是否正常。如发现故障，应检查实验装置上该信号的连线是否开路，是否短路。查出故障，予以排除。2.检测工具TD-PIT实验装置、示波器、连接线若干、PC机3.检测程序若要在示波器上观测到实验装置上各种信号的波形，则必须执行循环程序，如果只执行几条语句而不构成循环，则输出的信号一闪而过，在示波器上就无法观测到信号的波形。计算机执行无循环程序后无法退出，这种循环称为“死循环”。为防止“死循环”，必须在循环语句中加入退出循环命令，一般采用11号功能调用来退出循环。测试程序如下所示：Stcksegmentstack'stack'dw32dup(?)stckendsdatasegmentdataendscodesegmentbeginprocfarassumess:stck,cs:code,ds:datapushdssubax,axpushaxmovax,datamovds,axAGN:MOVAL,0FHMOVDX,0E060H;送端口地址INAL,DX;从给出端口输入数据MOVDX,0E067HOUTDX,AL;从给出端口输出数据MOVAH,0BH;11号功能调用INT21H;检测有无键盘输入CMPAL,0;AL=FFH，有输入；AL=00，无输入JZAGNretbeginendpcodeendsendbegin4.地址线、数据总线及有关信号控制的波形（1）片选译码输出𝐼𝑂𝑌0̅̅̅̅̅̅的信号该信号应为负脉冲选通信号，如下图1.1所示。图1.1片选译码输出信号波形（2）地址线信号（XA4—XA0）各信号输出如下图所示。图1.2XA0—XA2、XA4—XA7地址信号波形图1.3XA3地址信号波形（3）数据线信号（XD0—XD7）各信号波形如下图所示。图1.4XD0—XD3数据线信号波形图1.4XD4—XD7数据线信号波形（4）I/O写信号和I/O读信号脉冲波形如下图所示。图1.5IOW̅̅̅̅̅̅或IOR̅̅̅̅̅信号波形二、硬件实验过程总结（以I/O实验为例）（一）设计前的准备及制定设计方案1.了解I/O接口实验的基本原理与实验要求。该实验要求编制一个循环程序，将从74LS244的输入的数据从74LS273的输出发光二极管上对应起来。具体实验原理图及实验内容见下文第三部分硬件大实验中I/O接口实验。2.准备好相关芯片和芯片的引脚图，以及芯片的输入输出关系。例如在I/O接口实验中用到了下列芯片，引脚图如下所示。图2.174LS244引脚图图2.274LS273引脚图图2.374LS32引脚图3.编写硬件调试程序实验环境测试程序将上文第一部分第3点，实验环境检测程序。I/O接口硬件调试程序如下：stcksegmentstack'stack'dw32dup(?)stckendsdatasegmentdataendscodesegmentbeginprocfarassumess:stck,cs:code,ds:datapushdssubax,axpushaxmovax,datamovds,axAGN:MOVDX,0E003HINAL,DXMOVDX,0E004HOUTDX,ALMOVAH,0BHINT21HCMPAL,0JZAGNretbeginendpcodeendsendbegin（二）硬件电路的装配1.运行硬件环境测试程序，检测关键点的输出是否正确以确定硬件实验环境的好坏。首先根据实验测试程序的地址确实选通的片选地址，用示波器观察波形，选通片选信号的波形如下图2.4所示。图2.4片选译码输出信号波形再用示波器检测硬件环境的读、写信号等关键点的波形是否正确，具体实验波形见上文第一部分，实验硬件环境的检测。2.按照电路原理图，完成硬件电路的装配。连线时应注意一下几点：微机中引脚悬空并非高电平，因此，集成块所以的输入引脚必须有确定的状态，不可悬空不接；高电平与低电平输入，低电平输入可直接接地，高电平输入应有电源加限流电阻方可，下文I/O接口实验原理图中，相应的限流电阻均有标出；连线应注意不可从集成块上跨过；布线整洁，不同类型的线路分别用不同的颜色。（三）硬件电路的调试硬件电路调试一般采用分级调试，可以从前往后，亦可由后向前。I/O接口实验联调内容及注意事项1.检测译码器。运行上述硬件调试程序，译码器74LS138的𝑌0̅̅̅̅、𝑌1̅̅̅̅端口选通信号如下图2.5所示，其余没有选通的信号为高电平。图2.5Y0̅̅̅̅、Y1̅̅̅̅选通信号74LS244读、写信号波形见上文第一部分硬件环境测试中读、写信号波形，联调时，读、写信号均是相应的负脉冲信号。2.分别执行输入指令和输出指令，检查74LS244输入数据和74LS273输出数据是否正常，正常时输入信号应该和连接的二进制开关信号一致，若不正常，则需排除软硬件故障。3.运行应用程序，改变74LS244输入端的开关状态，观察74LS273的输出端发光二极管的变化是否与输入端开关的状态对应。（四）实验测试结果实验观察到的结果是，拨动相应的二进制开关，相应的发光二极管跟随亮灭。如非此结果，可能硬件或软件存在问题。若发光二极管的亮灭顺序和开关的拨动顺序不一致，可能是排针插反。三、硬件大实验报告（I/O、ADC0809、8255）（一）I/O接口实验1.实验目的掌握基本输入接口的设计方法；掌握基本输出接口的设计方法；掌握I/O地址译码的方法。2.实验设备PC微机一台、TD-PIT实验装置一台、面包板一块、74LS244、74LS273、74LS138、74LS32各一片。3.实验内容（1）当用74LS244、74LS273组成一个I/O接口电路时，输入端口地址和输出端口地址可以是同一个地址。未来区分数据时输入还是输出，可以由𝐼𝑂𝑅̅̅̅̅̅、𝐼𝑂𝑊̅̅̅̅̅̅和𝐼𝑂𝑌3̅̅̅̅̅̅̅信号共同控制。由𝐼𝑂𝑌3̅̅̅̅̅̅̅和𝐼𝑂𝑅̅̅̅̅̅产生读选通信号，由𝐼𝑂𝑌3̅̅̅̅̅̅̅和𝐼𝑂𝑊̅̅̅̅̅̅产生写选通信号。I/O接口电路如下图3.1所示。图3.1I/O接口电路（未译码）（2）74LS138译码器的使用74LS138有3个输入端，3个控制端及8个输出端，引线及功能如下图3.2、3.3所示。图3.274LS138引脚图图3.374LS138功能表（3）帯译码的接口电路设计与调试用74LS138译码器的输出作为74LS244和74LS273的控制信号，设计一个I/OABC𝐺1𝐺2𝐴𝐺2𝐵𝑌7GND接口电路，并进行安装、调试。要求编制一个循环程序，将从74LS244的输入的数据从74LS273的输出发光二极管上对应起来。将74LS138译码器的输出接74LS244的1𝐺̅̅̅̅、2𝐺̅̅̅̅和74LS273的CLK，74LS244和74LS273都只有一个端口地址，接口电路如下图3.4所示。图3.4I/O接口电路（帯译码）（4）程序设计及软硬件联调编写程序如下所示：stcksegmentstack'stack'dw32dup(?)stckendsdatasegmentdataendscodesegmentbeginprocfarassumess:stck,cs:code,ds:datapushdssubax,axpushaxmovax,datamovds,axAGN:MOVDX,0E003HINAL,DXMOVDX,0E004HOUTDX,ALMOVAH,0BHINT21HCMPAL,0JZAGNretbeginendpcodeendsendbegin（二）ADC0809模/数转换器实验1.实验目的掌握模/数转换的原理及接口实验；掌握8位A/D转换芯片ADC0809的使用方法；掌握延时、查询和中断数据传送方式。2.实验设备PC微机一台、TD-PIT实验装置一台、面包板一块、ADC0809一片、74LS244,、74LS02、74LS32各一片。3.实验内容（1）ADC0809的结构与功能ADC0809片内含有8路模拟开关及地址锁存与译码电路，8位A/D转换和三态输出锁存缓存器。引脚图如下图3.5所示。图3.5ADC0809引脚图各引脚信号含义如下。a．IN0—IN7：8路模拟通道输入（由ADDA、ADDB、ADDC决定）。b．ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道选择选择信号如下如下表3.1所示。表3.1ADC0809模拟通道选择ADDAADDBADDCIN000𝐼𝑁0001𝐼𝑁1010𝐼𝑁2011𝐼𝑁3100𝐼𝑁4101𝐼𝑁5110𝐼𝑁6111𝐼𝑁7c.D0—D7：三态数据输出，由OE信号控制d.OE：输出允许。当OE为“1”时，将三态缓冲器中的数字量放在D0—D7上。e.ALE：地址锁存允许。其上升沿将ADDA、ADDB和ADDC3条引线的信号锁存。f.START：转换启动信号。当START端为正脉冲时，启动A/D转换。g.EOC：转换结束信号。EOC为“0”时，表示转换在进行中；当转换结束时，EOC为“1”。h.REF(+)、REF(-)：基准电压输入。i.CLOCK：时钟输入（640KHZ）。（2）ADC0809与微机的接口ADC0809与微机的接口可分为三种方式：a．延时方式：启动转换后等待100μS（ADC0809的转换时间），再读取转换结果。b．中断方式：设计一个中断请求电路，将转换结束信号EOC送至中断请求IRQ9端。当转换结束发出中断请求后，进入中断服务程序，从而读取转换结果。c．查询方式：用三态门设计一个查询EOC信号的电路。由端口地址和读信号选通三态门的控制端，通过查询数据的某一位Di而得知EOC的状态，当EOC为“1”时，读取转换结果。(3)A/D转换器接口电路的设计与应用延时方式：启动转换后延时100μS(接口电路如图3.6)用延时方式分别采集A、B、C（+5V、+2.5V、0V)3点电压，将采集数据以16进制形式显示。（如：+5V－FFH+2.5V－80H0V－00H）图3.6延时方式A/