微机原理硬件实验报告

北京邮电大学

微机原理硬件实验报告

专业：信息工程

学生姓名：×××

学号：××××

组号：××

指导教师：××

完成时间：2013年11月29日

实验一：熟悉实验环境及IO的使用 (3)

一、实验目的 (3)

二、实验原理及内容 (3)

1、实验原理 (3)

2、实验内容 (3)

三、硬件连线图与软件程序流程图 (4)

1、硬件连线图 (4)

2、程序流程图 (5)

四、源程序 (5)

五、实验结果 (6)

六、实验总结 (6)

七、实验收获与心得体会： (7)

实验二：8255A并行接口应用 (7)

一、实验目的 (7)

二、实验原理及内容 (7)

1、实验原理 (7)

2、实验内容 (9)

三、硬件连接图与软件程序流程图 (11)

1、硬件连接图 (11)

2、程序流程图 (13)

四、源程序 (15)

1、基本要求一源代码 (15)

2、基本要求二源代码 (16)

五、实验结果 (18)

六、实验总结 (19)

1、段内VS段外 (19)

2、瞬间之误 (19)

3、接力跳远 (19)

七、实验收获与心得体会 (19)

实验三：8253计数器/定时器的应用 (20)

一、实验目的 (20)

二、实验原理及内容 (20)

1、实验原理 (20)

2、实验内容 (22)

三、硬件连接图及程序流程图 (22)

1、硬件连接图 (22)

2、程序流程图 (26)

四、源程序 (27)

五、实验结果 (29)

六、实验总结 (30)

1、都是不认真听课惹的祸 (30)

2、难听的曲子 (30)

七、实验收获与心得体会 (30)

八、思考题 (30)

实验一：熟悉实验环境及IO的使用

一、实验目的

1、通过实验了解和熟悉实验台的结构，功能及使用方法。

2、通过实验掌握直接使用Debug的I、O命令来读写IO端口。

3、学会Debug的使用及编写汇编程序。

二、实验原理及内容

1、实验原理

读入端口状态，控制LED灯的闪烁方式和速度，通过循环移位操作循环点亮LED灯。

2、实验内容

Ⅰ、学习使用Debug 命令，并用I、O 命令直接对端口进行读写操作。

Ⅱ、用汇编语言编写跑马灯程序。（使用EDIT 编辑工具）实现功能。

①通过读入端口状态（ON 为低电平），选择工作模式（灯的闪烁方式、速度等）。

②通过输出端口控制灯的工作状态（低电平灯亮）。

三、硬件连线图与软件程序流程图

1、硬件连线图

图1：LED灯

2、程序流程图

图2：程序流程图

四、源程序

data segment

data ends

stack segment stack'stack'

buf db 100 dup(?)

stack ends

code segment

assume cs:code,ds:data,ss:stack

start:mov ax,data

mov ds,ax

mov dx,80E0h ;读写端口地址80E0

mov al,7fh ;端口内容，初始状态为只有最左边的灯亮mov cx,0f0h ;计数器,循环移位16*15次，循环趟数30次again: out dx,al ;点亮最左边的灯

call delay ;调用延时子程序

ror al,1 ;循环右移

mov ah,0bh ;检测键盘按键

int 21h

and al,al

jnz stop

loop again

jmp stop

delay proc near ;延时子程序

push cx ;入栈保护

push ax

push bx

mov cx,0ffffh ;2的8次方=65536

loop1: nop ;CPU空操作

mov bx,0ffffh

loop2: dec bx ;?????内层循环是否需要空操作

jnz loop2 ;当dx>0时，继续减一

loop loop1 ;当cx>0时，继续空操作

pop bx ;出栈恢复

pop ax

pop cx

ret

delay endp

stop: m ov ah,4ch

int 21h

code ends

end start

五、实验结果

LED灯从左至右依次闪烁，循环30次可结束。

六、实验总结

本次实验要求设计一个跑马灯，我们通过读入端口状态来控制LED灯的闪烁以此实现，LED 灯会从左至右依次循环30次。这是第一次微原硬件实验，使我们初次了解了汇编语言和实验板的功能。由于是第一次实验，刚上手遇到了许多问题。比如用了很长时间才进入Debug 环境，才发现读和写的地址是一样的。可能由于代码自身问题，导致一运行就会死机，重启了许多次。不过最终我们仔细探讨，请教了老师同学，解决了大部分问题，完成了这次跑马灯实验。

七、实验收获与心得体会：

这次实验把我们领进了微原硬件的大门，由于已经做过微原、数电等一系列实验，所以比较快的熟悉了实验板。但是由于第一次写汇编语言，犯了许多小错误，现在看来比较幼稚。但是通过解决一个个小错误使我们更加熟悉了汇编及硬件控制，总的来说收获颇丰。

实验二：8255A并行接口应用

一、实验目的

1、掌握8255A的功能及方式0、1的实现。

2、熟悉8255A与CPU的接口，以及传输数据的工作原理及编程方法。

3、了解七段数码管显示数字的原理。

4、掌握同时显示多位数字的技术。

二、实验原理及内容

1、实验原理

①8255的工作方式

一片8255内部有3个端口，A口可以工作在方式0、方式1或方式2，B口可以工作在方式0、方式1，C口可以工作在方式0。方式0是基本型输入/输出。这种方式和外设交换数据时，8255端口与外设之间不使用联络线。方式1为选通型输入/输出。用这种方式和外界交换数据时，端口和外设之间要有联络信号。方式2是双向数据传送，仅A口有这项功能。当A口工作在方式2时，B口仍可以工作在方式0或方式1，但此时B口方式1只能用查询方式与CPU交换信息。

②工作方式选择字

8255工作方式选择字共8位（如图），存放在8255控制寄存器中。最高位D7为标志位，D7=1表示控制寄存器中存放的是工作方式选择字，D7=0表示控制寄存器中存放的是C口置位/复位控制字。

图3：8255控制字

③命令字与初始化编程

8255有两个命令字，即方式选择控制字和C口置0/置1控制字，初始化编程的步骤是：I、向8255控制寄存器写入“方式选择控制字”，从而预置端口的工作方式。

II、当端口预置为方式1或方式2时，再向控制寄存器写入“C口置0/置1控制字”。这一操作的主要目的是使相应端口的中断允许触发器置0，从而禁止中断，或者使相应端口的中断允许触发器置1，从而允许端口提出中断请求。注意：“C口置0/置1控制字”虽然是对C 口进行操作，但是该控制字是命令字，所以要写入控制寄存器，而不是写入C口控制寄存器。

III、向8255数据寄存器写入“数据”或从8255数据寄存器读出“数据”。

④注意事项

在方式0输入/输出）下，以A口为输出口，B口为输出口，A口接六个共阴极数码管的八位段码，高电平点亮数码管的某一段B口接数码管的位选（即要使哪个数码管亮），高电平选中某一位数码管点亮。

8255A中A端口地址E800H

B端口地址E801H

C端口地址E802H

控制地址E803H

八段数码管的显示规律及数码管的位选规律自己查找，可用实验一中，学过的I、O命令来做。

2、实验内容

①6位数码管静态显示

在数码管电路上静态地显示6位学号，当主机键盘按下任意键时，停止显示，返回DOS。提示：该电路6个数码管的同名阳极段已经复接，当段选寄存器寄存了一个字型编码之后，6个数码管都有可能显示出相同的数字。如果要使6个数码管“同时”显示不同的数字，必须采用扫描显示的方法，通过选位寄存器选择某一位数码管，显示其数字（对应段值为1），然后关闭此数码管，再选择下一位数码管进行显示；如果在一秒钟内，每一位数码管都能显示30次以上，则人眼看到的是几位数码管同时在显示。实验证明，在扫描显示过程中，每一位显示延迟1ms是最佳选择。

②6位数码管动态显示

要求在数码管电路1－6位数码管上按图所示的规律，动态显示字符串HELLO，当主机键盘按下任意键时结束。

图4：数码管动态显示示意图

提示：

Ⅰ、本实验应在上面实验的基础上完成；

Ⅱ、在数据段，按下列规律设置12个字型码：

MESGDB0,0,0,0,0,0,3DH,0DCH,8CH,8CH,0EDH,0

POINTDWMESG……

POINT单元存放MESG单元的有效地址，程序取出POINT单元的内容→BX，然后用BX间址取数送数码管电路，扫描显示6个字符。每过0.5s将POINT单元的内容加1，再将POINT单元的内容→BX，……。POINT单元内容加1，使字符串显示的首地址向高地址移动一个单元，从而使6位字符串向“左”移动一位，实现动态显示。

Ⅲ、动态显示的速度可控制（快或慢），利用实验一读入端口的功能。

图5：键盘电路图

③拓展功能

完成一个扫描键盘（PC口）输入自己的学号，并在数码管上显示。

端口C地址E802H；

控制端口地址EE03H；

PC4、PC5、PC6、PC7接行PC3、PC2、PC1、PC0接列

提示：

1．识别闭合键的方法行扫描法是使键盘某一行线为低电平，其余为高电平，然后读取列值，如列值中有某位位低电平，则表明行列交叉点处的键被按下；否则扫描下行，知道扫完全部的行线为止。行反转法识别闭合键时，要将行线接一个并行口，先让他工作在输出方式，将列线接另一个并行口，先让它工作在输入方式，程序使CPU通过输出端口往各行线上全部送低电平，然后读入列线的值，如此时某键按下则必使某一列线值为0，然后程序再对两个并行端口的工作方式进行设置，使行线工作在输入方式，列线工作在输出方式，并且将刚才读得的列线值从列线所接的并行端口输出，再读取行线上的输入值，那么在闭合键所在的行线上的值必定为0。这样，有按键时，可读得唯一的行值和列值。

2．设计时，行、列值应放在一个表中，通过查表确定按下的是哪个键。

3．键闭合时，注意加延时防抖动。

4．键松开时，加判断释放程序。

5．按下键盘某键能够返回系统。

三、硬件连接图与软件程序流程图

1、硬件连接图

①8255A并行接口

图6：8255A定时器

②数码管

图7：数码管

2、程序流程图

①基本要求一流程图

图8：基本要求一流程图

②基本要求二流程图

图9：基本要求二流程图

四、源程序

1、基本要求一源代码

data segment

a equ 0e800h ;A端口（输出）作为数码管段选

b equ 0e801h ;B端口（输出）作为数码管位选control equ 0e803h ;控制端口

zero equ 0edh

nine equ 79h

five equ 0d9h

two equ 0f4h

one equ 21h

eight equ 0fdh

data ends

stack segment stack 'stack'

stack ends

code segment

assume cs:code,ds:data,ss:stack

start: mov ax,data

mov ds,ax

mov dx,control ;dx：控制寄存器（暂时）

mov al,80h ;工作方式选择字

out dx,al

disp macro x,y

mov al,x

mov dx,b

out dx,al

mov al,y

mov dx,a

out dx,al

call far ptr delay ;是否需要加入延时？？

nop

mov al,00h

out dx,al

endm

again: disp 01h,two

disp 02h,one

disp 04h,zero

disp 08h,eight

disp 10h,zero

disp 20h,nine

mov ah,0bh ;检测键盘按键

int 21h

cmp al,0ffh

jnz temp

mov ah,4ch

int 21h

delay proc far ;延时子程序

push cx ;入栈保护

push ax

push bx

mov cx,03h ;2的8次方=65536 ;0ffffh

loop1: nop ;CPU空操作

mov bx,02h ;cx*bx可以控制分频为1000Hz ;018h loop2: dec bx ;?????内层循环是否需要空操作jnz loop2 ;当dx>0时，继续减一

loop loop1 ;当cx>0时，继续空操作

pop bx ;出栈恢复

pop ax

pop cx

ret

delay endp

temp: jmp again

code ends

end start

2、基本要求二源代码

data segment

a equ 0e800h

b equ 0e801h

control equ 0ee03h

mesg db 0,0,0,0,0,0,3dh,0dch,8ch,8ch,0edh,0 ;显示字符

point dw mesg ;

data ends

stack segment stack 'stack'

db 100 dup(?)

stack ends

code segment

assume cs:code,ds:data,ss:stack

start: mov ax,data

mov ds,ax

mov dx,control

mov al,80h

out dx,al ;8255初始化控制字

mov si,offset mesg ;si指向字符串首地址

add si,06h ;si指向第一个字母H

mov bx,offset mesg ;bx是字符串首地址

disp macro x,y ;是否需要加入延时？？

mov al,x

mov dx,b

out dx,al

mov al,[si+y] ;应该把bx改成si？

mov dx,a

out dx,al

call far ptr delay

nop

mov al,00h

out dx,al

endm

again1: nop

mov cx,54h ;每一个点亮1ms,6个点亮6ms,0.5秒内亮500/6=83趟，转换为54h

again2: dec cx

jnz loop3

mov cx,54h ;重新设置cx,应该与第38行保持一致

dec si

cmp bx,si

jnz loop3

add si,06h

loop3: disp 01h,0

disp 02h,1

disp 04h,2

disp 08h,3

disp 10h,4

disp 20h,5

mov ah,0bh ;检测键盘按键

int 21h

cmp al,0ffh

jnz temp

mov ah,4ch

int 21h

temp: jmp again2 ;此处已经把again2改为again1

delay proc far ;1000Hz延时子程序

push cx ;入栈保护

push ax

push bx

mov cx,0ffffh ;2的8次方=65536 ;0ffffh

loop1: nop ;CPU空操作

mov bx,018h ;cx*bx可以控制分频为1000Hz ;018h

loop2: dec bx ;?????内层循环是否需要空操作

jnz loop2 ;当dx>0时，继续减一

loop loop1 ;当cx>0时，继续空操作

pop bx ;出栈恢复

pop ax

pop cx

ret

delay endp

code ends

end start

五、实验结果

完成基本要求一，6位数码管稳定地静态显示学号：2011210809，且亮度高，无闪烁现象。键盘按键触发程序终止，数码管全灭。

大体完成基本要求二，动态显示“HELLO”字样，滚动速度控制在0.5s，键盘按键触发程序终止，数码管全灭。按键控制速度功能多次尝试，却最终没能实现。

没有实现拓展功能。

六、实验总结

1、段内VS段外

我们在程序中用到了调用子程序delay完成延时功能。然而，调用程序的位置与子程序定义之间隔着大量的宏指令，一开始使用段内调用“call delay”出现错误。在网上找到解决方案：定义delay：pro far 调用delay：call far ptr delay。此错误不仅在实验二中出现，实验三也出现过，被我们用同样的方法纠正了。

2、瞬间之误

我们在调试过程中发现数码管的闪亮出现“转换瞬间残留上一个数字的信息”，其产生是程序顺序执行所引起的。我们采取在转换瞬间之前使数码管熄灭，已达到欺骗人眼的目的，其效果良好。

3、接力跳远

说来有趣，我们在进行条件转移的时候注意到竟然存在跳转距离太长而无法正常转移的的问题，因为跳转跨越了大量的宏指令。后来翻查了一下资料，发现条件转移指令的确存在一个跳转区间，所幸我们同时也发现了无条件转移的区间却相对大得多。于是，我们采用“接力跳远”的方式，先条件转移短程跳到无条件转移，再由无条件转移长程跳到目的地。

七、实验收获与心得体会

虽然此次实验我们没能当堂就按时验收，但是对程序不停的修改却大大地增长了我们的知识，特别是体会到单步调制对于发现逻辑错误的重要性。

实验三：8253计数器/定时器的应用

一、实验目的

1、进一步熟悉汇编语言；

2、学习掌握8253用作定时器的编程原理。

二、实验原理及内容

1、实验原理

①8253定时器介绍

Ⅰ、微机系统使用的8254，其3个通道均有固定的用途：0号计数器为系统时钟源，每隔55ms向系统主8259IR0提一次中断请求；1号计数器用于动态存储器的定时刷新控制；2号计数器为系统的发声源。用户在使用微机系统的时候，可以使用0号和2号计数器，但不能改变对1号计数器的初始化。

Ⅱ、实验箱上的8253，其数据线D7—D0，地址线A1、A0和控制线RD、WR通过总线驱动卡和微机系统的三总线相连。除此之外，三个计数器的引出段和片选端都是悬空的，这意味着实验箱上的8253的三个计数器都归用户使用，你可以单独使用其中的一个计数器，也可以串联使用其中的2个或3个计数器。

Ⅲ、8253计数器的输入信号，其频率不能超过2MHz，否则长时间使用，芯片过热，容易烧毁

②8253初始化

使用8253前，要进行初始化编程。初始化编程的步骤是：

①向控制寄存器端口写入控制字对使用的计数器规定其使用方式等。

②向使用的计数器端口写入计数初值。

③8253控制字

图10：8253控制字