微机原理重要芯片)
微机原理与接口课程设计基于8086微处理器和8255A芯片的汽车信号灯微机控制系统的设计与实现
课程设计题目汽车信号灯目录一、设计目的 (2)二、系统硬件设计 (3)三、系统软件设计 (9)四、系统调试及结果 (15)五、总结和体会 (16)六、参考文献 (16)一、设计目的通过所学知识和现代计算机技术来模拟模拟汽车信号灯控制系统，把所学的理论的知识用到现实实践中去，加强了对理论知识的理解和记忆。
展示了计算机技术在汽车行业的应用。
设计出汽车信号灯微机控制系统。
汽车信号灯的作用是大家所熟知的，汽车通过显示不同的信号灯来告诉前后左右的行车者本汽车正在进行的操作，本控制系统采用8086微处理器作为处理器和可编程的8255A芯片来模拟汽车信号灯控制系统。
通过在实验箱上分别按K1，K2，K3和K4键来显示汽车左转、右转，前进和后退等状态。
左/右转弯开关K1,K2闭合时，对应的仪表板左/右转弯指示灯、左/右转弯头灯和左/右转弯尾灯闪烁；紧急开关闭合时，所有仪表板左右转弯灯、左右转弯头灯和左右转弯尾灯闪烁；当用户按K3时,也即踩刹车时，刹车开关闭合，刹车灯（左右红色尾灯）亮;停靠时(合上停靠开关)，即按K4键时,所有的灯闪烁。
所需执行的操作由相应的开关状态反映，所需控制的信号灯有仪表板左/右转弯灯、暂停灯、照明远灯和照明近灯共五类类灯.二、系统硬件设计1.硬件连接图：利用8088驱动8255 8253来连接外部电路。
2.器件选择：CPU(8088) 1个发光二极管 5个74ALS373 2个电阻 5个74ALS245 1个 74LS00 5个8255 1个控制开关 5个8253 1个3、8088,8255,8253功能及说明8088的引脚包括20根地址线,16根数据线及控制线,状态线,时钟,电源和地线等,大致可分五大类.第一类只传送一种信息,第二类每个引脚电平的高低代表不同信息,第三类代表不同的工作方式,第四类每个引脚可以传送两种信息,第五类引脚在输入和输出时分别传送不同的信息.同时还要地址锁存器及数据总线收发器来构成最小系统.因本电路用到各种比较重要的芯片，因此有必要对芯片进行简要介绍。
微机原理-第6章(2)
四.扩展存储器设计
Note:8086 CPU同8088 CPU一样，也有20条地址总线，其寻 8086 CPU同 CPU一样 也有20条地址总线， 一样， 20条地址总线 址能力达1MB。不同之处是8086 数据总线是16位的， 16位的 址能力达1MB。不同之处是8086 CPU 数据总线是16位的， 与8086 CPU对应的1MB存储空间可分为两个512kB(524 288 CPU对应的1MB存储空间可分为两个512kB(524 对应的 存储空间可分为两个512 B)的存储体。其中一个存储体由奇地址的存储单元(高字节) B)的存储体。其中一个存储体由奇地址的存储单元(高字节) 的存储体 奇地址的存储单元 组成，另一个存储体由偶地址的存储单元(低字节)组成。 组成，另一个存储体由偶地址的存储单元(低字节)组成。 偶地址的存储单元 前者称为奇地址的存储体，后者称为偶地址的存储体。 前者称为奇地址的存储体，后者称为偶地址的存储体。
≈
0
≈ ≈
0 0
0
0
0
0
0
0
0 1…1
作片外寻址的高位不变地址线全部 参加了译码，这种译码方法称为全 参加了译码，这种译码方法称为全 地址译码方法 方法。 地址译码方法。
片外寻址
四.扩展存储器设计
A19 A18 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9~A0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0…0
4KB 00000H 00FFFH
≈
●
模块1 模块
08 常用接口芯片-微机原理与接口技术(第3版)-牟琦-清华大学出版社
清华大学出版社
图8.2 8255内部结构
8.1 可编程并行接口8255
1) 面向CPU的接口电路 (1) 数据总线缓冲器：是一个三态双向的8位缓冲器，是8255与系统数据
总线的接口。接口的数据线D7～D0直接与CPU数据总线相连， 以实现CPU与8255接口之间的信息传递。CPU向8255写入控制 字或从8255中读状态信息以及所有数据的输入和输出，都需要 通过数据缓冲器来进行传递。
清华大学出版社
8.1 可编程并行接口8255
(2) 此时接口也可向CPU发出一个中断请求信号，同上面的输入过程相 同，CPU可以用软件查询方式或中断的方式将CPU中的数据通过接 口输出到外设中。当输出数据送到接口的输出缓冲寄存器后，再输 出到外设。
(3) 与此同时，接口向外设发送一个启动信号，启动外设接收数据。外设 接收到数据后，向接口回送一个“输出回答”信号。
清华大学出版社
8.1 可编程并行接口8255
并行接口中包括状态信息、控制信息和数据信息，这些信息分别存放 在状态寄存器、控制寄存器和数据缓冲寄存器中。 1) 状态寄存器：用来存放外设的信息，CPU通过访问这个寄存器来了解某
个外设的状态。 2) 控制寄存器：CPU对外设的操作命令都寄存在控制寄存器中。 3) 数据缓冲寄存器：缓冲器是用来暂存数据的。这是因为外设与CPU交换
(2) 外设接到回答信号后，将撤销“输入数据准备好”信号。在接口 收到数据后，它会在状态寄存器中设置“准备好输入”状态位，以 便CPU对其进行查询。
清华大学出版社
8.1 可编程并行接口8255
(3) 接口向CPU发出一个中断请求信号，这样CPU可以用软件查询方 式或中断的方式将接口中的数据输入到CPU中。
《微机原理》课程教学大纲(本科)
《微机原理》课程教学大纲课程编号：081303351课程名称：微机原理英文名称：Microcomputer Principle and Interface课程类型：学科基础课程要求：必修学时/学分：4% （讲课学时：36实验学时：8上机学时：4）适用专业：生物医学工程一、课程性质与任务微机原理课程是生物医学工程专业本科大学生必修的学科基础课，它的目的和任务是通过课程学习使学生了解并掌握微型计算机的基本概念、组成、工作原理和使用方法。
培养学生分析问题、解决问题和自学的能力，为后续课程和将来微型计算机技术的实际应用打下基础。
微机原理是理论严谨、逻辑性强并与工程实际密切结合的课程。
本课程对培养学生正确严谨的科学作风、运用分析的能力、科学的实验能力和工程观念都有十分重要的作用。
二、课程与其他课程的联系本课程与其它课程有许多联系，先修课程《C语言程序设计》、《计算机软件技术基础》。
《微机原理》课程是生物医学工程专业基础课。
其中数制二进制运算，逻辑运算及数字脉冲电路方面知识，应在《数字脉冲电路》中讲授。
计算机组成的基本概念，CPU内部的运算器, 控制器的组成和工作原理等应在《计算机组成原理》中讲授。
汇编语言和808&8088指令系统应在《汇编语言程序设计》中讲授，也可在《计算机控制系统》课程中讲授。
为后续《微机控制技术》、《工业控制网络》、《单片机原理》等课程打基础。
三、课程教学目标1.要求学生能够将数学和自然科学基本概念，运用到微型计算机系统的基本结构和若干基本概念、工作原理中；掌握程序的基本结构及其实现方法，指令的寻址方式和常用指令的功能；存储器的分类、部分存储器芯片的容量、外部引脚的设置；并行接口芯片8255的基本功能和使用方法。
（支撑毕业能力要求1.L 1.2）o2.要求学生理解8086微处理器各部分的功能；汇编语言程序设计的方法和汇编语言上机的过程；通过搜索文献资料研究分析，编写汇编程序；存储器芯片与CPU相连的基本方法；I/O指令的功能及其应用、主机与外设之间数据传送的各种方式和特点。
计算机组成原理和微机原理两者的区别
计算机组成原理和微机原理两者的区别:
“计算机组成原理”涉及到的内容是电子电路，定点、浮点运算及运算器，还有CPU 及微程序。
“计算机组成原理”更侧重在微指令层级描述计算机的组成和运行机理。
“微机原理”通常会与“汇编语言程序设计”、“微机接口技术”紧密联系，它涉及到的如下内容是——8086/8088 CPU的结构及指令系统，汇编语言程序设计，8255、8251、8253、8259、8237、A/D、D/A等接口芯片的原理及应用。
“微机原理”在详述8086/8088 CPU的结构及硬件资源、指令系统、寻址方式的基础上重点介绍汇编语言程序设计，在讲解接口芯片的原理及应用之后，仍然会基于汇编语言对接口芯片进行编程。
“微机原理”更侧重在机器指令层面描述计算机的组成和运行机理。
相比之下，“计算机组成原理”在讨论某些问题时更贴近电子电路层面，而“微机原理”讨论问题的层面比前者较为宏观，基本都在芯片层面。
微机原理知识点总结
微处理器:简称μP或MP(Microprocessor)是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件，又称为微处理机。
微型计算机:简称μC或MC，是指以微处理器为核心，配上存储器、输入／输出接口电路及系统总线所组成的计算机(又称主机或微电脑)。
微型计算机系统（主机+外设+软件配置）(Microcomputer system) 简称μCS或MCS，是指以微型计算机为中心, 以相应的外围设备、电源和辅助电路(统称硬件) 以及指挥微型计算机工作的系统软件所构成的系统。
2.微机系统结构（三种总线结构）：数据总线，地址总线，控制总线3.8086cup内部结构由两部分组成：总线接口单元BIU; 执行单元EU.(1).总线接口单元BIU组成：4个16位的段寄存器（CS、DS、ES、SS）；1个16位的指令指针寄存器IP；1个20位的地址加法器；1个指令队列（长度为6个字节）; I/O控制电路（总线控制逻辑）；内部暂存器。
BIU的功能：根据EU的请求负责CPU与内存或I/O端口传送指令或数据。
①BIU从内存取指令送到指令队列②当EU执行指令时，BIU要配合EU从指定的内存单元或I/O端口中读取数据，或者把EU的操作结果送到指定的内存单元或I/O端口去。
（2）执行单元EU 组成：①ALU（算术逻辑单元）；②通用寄存器组AX,BX,CX,DX（4个数据寄存器）,BP(基址指针寄存器),SP(堆栈指针寄存器), SI(源变址寄存器), DI(目的变址寄存器),③数据暂存寄存④标志寄存器FR ⑤EU控制电路作用：负责执行指令，执行的指令从BIU的指令队列中取得；运算结果和所需数据，则由EU向BIU发出请求，经总线访问内存或I/O端口进行存取。
4．物理地址与逻辑地址有什么区别？答：逻辑地址是指未定位之前在程序中存在的地址，由段地址和偏移地址组成。
物理地址是实际访问存储器时的地址（通过20位地址总线传递）。
微机原理重要的知识点
微机原理重要的知识点第⼀章计算机基础知识学习⽬标：1．掌握常⽤进位计数制及其互相转换；2．掌握数的原码、反码、补码表⽰法，并熟练掌握补码加减运算；3．掌握BCD、ASCLL码；4．掌握软、硬件概念及相互关系；5．理解数的定点和浮点表⽰；6．了解汉字字符集及其编码；了解图信息数字化。
教学重点：1．计算机中的数制及其编码；2．微机的基本组成和⼯作原理。
教学难点：1．机器数和真值；2．补码的表⽰⽅法和补码运算。
教学内容：⼀、计算机中的运算基础1. 数制及其转换1）任意进制数的共同特点（n进制）n=2、8、10、16① n进制数最多是由n个数码组成⼗进制数的组成数码为：0～9⼆进制数的组成数码为：0、1⼋进制数的组成数码为：0～7⼗六进制数的组成数码为：0～9、A～F⼗六进制数和⼗进制数的对应关系是：0～9相同，A-10，B-11，C-12，D-13，C-14，F-15② n进制数的基数或底数为n，作算术运算时，有如下特点：低位向相邻⾼位的进位是逢n进1（加法）；低位向相邻⾼位的借位是以1当本位n（减法）。
③各位数码在n进制数中所处位置的不同，所对应的权也不同以⼩数点为分界点：向左（整数部分）：各位数码所对应的权依次是n0、n1、n2，…向右（⼩数部分）：各位数码所对应的权依次是n-1、n-2、n-3，…例：2）数制的转换①⾮⼗进制数→⼗进制数转换⽅法：按位权展开求和例：101.11B = 1*22+1*20+1*2-1+1*2-2= 4+1+0.5+0.25= 5.75F94H = 15*162+9*161+4*160= 3988注意点：只有⼗进制数的下标可以省略，其他进制数不可以省略。
②⼗进制数→⾮⼗进制数（K进制数）转换⽅法：分成⼩数和整数分别转换。
整数部分：除K取余，直⾄商为0，先得的余数为低位；⼩数部分：乘K取整，先得的整数为⾼位。
例：把3988转换成16进制数⼗进制数转换为⼆进制数的另⼀种：逐次减2的最⾼次幂法。
微机原理及应用课后答案
X = C3H = 1101 0011 B
Y =5AH = 0101 1010 B
｛（X异或Y）与（X或Y）｝= 1001 1001B = 99H
二、填空题：
1、512×4位的存储器分别需要9地址线和4数据线？8K×8位的存储器又分别需要13地址线和8数据线？
4.存储器或IO设备经缓冲后通过总线与CPU连接，且任一时刻只能有1个部件通过总线与CPU进行数据通讯，这是由器件中的三态门电路实现的。
5.8086从数据线上读取数据的时候，其引脚DT/R为低电平，将数据写入存储器或IO设备的时候，其引脚DT/R为高电平。
6.已知某微机控制系统中的RAM容量为4K×16位．首地址为4800H．其最后一个单元的地址为57FFH（=4800H+0FFFH),其所用数据线和地址线分别为16和12根。
答：所谓寻址方式，是指如何通过寻找内存操作数的地址寻找内存操作数。
Intel系列有七种寻址方式：
（一）立即寻址
（二）寄存器寻址
（三）直接寻址
（四）寄存器间接寻址
（五）寄存器相对寻址
（六）基址加变址寻址
（七）相对基址加变址寻址
18.计算325D的十六进制、二进制和BCD码的值。
325D=145H=101000101B=0011 0010 0101BCD
4.CPU内部16位地址寄存器如何寻址和访问CPU外部20根地址形成的1M地址空间？
答：用16位的段寄存器与16位的偏移量来解决这一问题，即各个段寄存器分别用来存放各段的初始地址。当由IP提供或EU按寻址方式计算出寻址单元的16位偏移地址（又称为逻辑地址）后，将与左移4位后的段寄存器的内容同时送到地址加法器进行相加，形成一个20位的实际地址（又称为物理地址），以对存储单元寻址。
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第10章 并行接口-教学重点
教学重点
8255A的工作方式和编程 8255A的应用 简易键盘的扫描程序 LED数码管的多位显示
10.2 8255A的工作方式
方式0：基本输入输出方式
适用于无条件传送和查询方式的接口电路
方式1：选通输入输出方式
适用于查询和中断方式的接口电路
方式2：双向选通传送方式
适用于双向传送数据的外设 适用于查询和中断方式的接口电路
微机原理重要芯片
1、8253
第9章 教学重点
教学重点
8253的引脚和6种工作方式 8253的编程 8253在控制系统中的应用
9.1 8253/8254定时计数器 3个独立的16位计数器通道 每个计数器有6种工作方式 按二进制（最大计数值可达65535）或十 进制（BCD码）计数（最大计数值可达 9999）
（1）0方式
0方式是一种基本输入输出工作方式，0方式把 8255A的24条I／O线全部都用作传送数据，不设置 应答信号线，常用于简单（无条件）传送。如下图 所示：
INTEL 8255A
A口
C口
B口
8 8
位
位
I/O PA0~PA7
4位 4位
PC7~ PC0~ PC4 PC3
I/O PB0~PB7
（2）1方式
43210
43210
43210
43210
方式3 方波发生器
工作过程：
当CPU写入控制字后，OUT变为高电平，写入初值 后立即自动开始计数，在计数过程中OUT保持高； 当计数到一半值时OUT变低，直至计数器到0时OUT 又变高，重新开始下次计数，如下图所示。
方式3 4 WR
CLK
GATE OUT
43210
3 2 3 2 10
方式5 硬件触发选通信号
工作过程
当CPU写入控制字后，OUT变为高电平，写入初值后计
数器并不开始计数，当GATE门控信号的上升沿后才开始
计数（硬件启动），计数到0时OUT变低，经过一个CLK
后OUT又变高，停止计数，如下图所示。
方式5 4
3
WR
CLK
GATE
OUT
43210
3 2 13 2 10
PB0
K0
PB1
： PB7
…
K7
…… MOV OUT A1： IN OUT
JMP
AL，82H ；初始化8255 63H，AL
AL，61H ；读B口 60H，AL ；将B口中的
方式2 频率发生器（分频器）
工作过程：
当CPU写入控制字后（WR上升沿），OUT变为高电平，写 入初值后立即自动开始计数，在计数过程中OUT一直保持高 电平，直到计数器减到 l 时OUT变为低，经过一个CLK后， OUT又变为高，且计数器重新开始工作。如下图所示。
方式2 4
WR
CLK
GATE OUT
8254是8253的改进型
9.2 8253的方式控制字
在对8253的初始化编程中，先向其控制字寄存 器写入一个控制字，以规定8253的工作方式。 控制字格式如下：
D7 D6
计数器
D5 D4
读写格式
D3 D2 D1 D0
工作方式
数制
00 计数器0 01 计数器1 10 计数器2 11 非法
00 计数器锁存命令 01 只读写低字节 10 只读写高字节 11 先读写低字节
1方式是一种选通输入输出方式，PA和PB用于传送 数据，PC的部分引脚被指定为固定的专用应答信号， 这种方式常用于查询（条件）传送或中断传送。如下 图所示：
INTEL 8255A
8 8
A口
C口
位
B口 位
I/O
控制或I/O 控制或I/O I/O
PA0~PA7 PC7~PC4 PC0~PC3 PB0~PB7
方式1 可编程单稳脉冲
1方式特点：
若计数初值为N，则单拍脉冲宽度为N个输入脉冲间隔： 当计数到0后，可再次由GATE触发启动下一次计数； 在计数过程中，可通过GATE脉冲再触发。在再触发脉冲上升沿 后的一个CLK的下降沿，计数器重新开始计数… 在计数过程中，若改变初值，计数器不受影响。若再次由GATE 触发，则以新的计数值开始计数（即计数值是下次有效）。
①
②④ ⑤ ⑥
WR CLK GATE
OUT
方式0
4 4321 0
④
⑥⑤计②① 计数结束计数过程数值送入计数器设定计数初值设定工作方式
方式0 计数结束中断（续）
0方式的特点：
计数器只计一遍数； 计数是在写入计数值后的CLK的下降沿才开始的； 计数过程中，当GATE=0时，计数暂停；GATE=1时，接着计数； 在计数过程中，若改变初值，计数器将重新开始计数；
（3）2方式
2方式是双向选通输入输出方式，PA作为双向数 据输入输出端口，PC的部分引脚被用作专用的应 答信号线，8255A只有PA才可以工作于2方式。 如下图所示：
INTEL 8255A
8 8
A口
C口
位
B口 位
双向I/O PA0~PA7
控制
I/O
I/O
PC7~PC3 PC0~PC2 PB0~PB7
0方式作为简单传送的例子：输入输出接口
使 用 8255A 作 为 开 关 和 共 阴 极 LED 显 示 器 的 接 口 ， 设 8255A的A口连接8个LED指示灯，B口连接8个开关， 要求将B口的开关状态读入，然后送至A口控制指示灯 亮、灭。（设8255A的A口的地址为60H）
PA0 PA1
：… PA7 D7
3
方式1 可编程单稳脉冲
工作过程：
当CPU写入控制字后(WR上升沿)，OUT保持 高电平，写入初值后并不开始计数，直到门控 脉冲GATE启动后的下一个CLK的下降沿才开 始计数，如下图所示。
①
②④ ⑤
⑥
方式1 4 WR
CLK
GATE ③
OUT
4321 0
④ ⑥⑤计③②① 计数结束计数过程数值送入计数器硬件启动设定计数初值设定工作方式
43210
43210
43210
方式4 软件触发选通信号
工作过程
当CPU写入控制字后，OUT变为高电平，写入初值后立即计 始计数(相当于软件启动)，当计数到0时OUT变低，经过一个 CLK后OUT又变高，停止计数，在下—次写入初值后才重新计 数，如图所示。
方式4 4
3
WR
CLK
GATE
OUT
43210
后读写高字节
000 方式0 001 方式1 010 方式2 011 方式3 100 方式4 101 方式5
0 二进制 1 十进制
示例
方式0 计数结束中断
工作过程：
在这种方式下，当CPU写入控制字CW后(WR上 升沿)，OUT立即变低电平（即使没写入初值）， 当写入初值后计数器开始计数，如下图所示。