微机接口综合实验.

一、实验目的

(1)了解可编程定时/计数器芯片8253在PC机里的工作情况。

(2)掌握PC机定时操作的工作原理。

二、实验内容及要求

1.【实验内容】：

对PC机中的8253进行编程，使得PC机成为一个精确的时钟；

2.【实验要求】：

（1）程序截获系统原有的时钟中断向量，置入用户自己的时钟中断向量。

（2）将8253的通道0设置为工作方式3，二进制数，装入计数初值11932，使其没10ms产生一次定时中断，即每秒钟中断100次，在程序中设置每一个中断次数计数器count100，初值为100，每次中断减一，到0后又重新置为100，并对时间显示串进行处理。

（3）程序运行时，在命令行输入用户指定的当前时间“nn:mm:ss”，即以两位数给出的“时：分”秒”，按任意键后开始计时，并以12小时的格式显示当前时间。

（4）在程序运行过程中，即时间显示过程中，用户按住任意键，恢复系统原中断向量，退出时钟程序的运行。

3.【实验流程图】：

【计时操作判断流程图】

【用户定时中断程序流程图】

4.【实验代码】：

.model small

.model small

.stack 256

.data

count100 db 100 ；中断次数计数器

tenhour db 0 ；一小时的十位数

hour db 0 ；一小时的个位数

db ':'

tenmin db 0 ；分钟的十位数

minute db 0 ；分钟的个位数

db ':'

tensec db 0 ；秒钟的十位数

second db 0 ；秒钟的个位数

oldtime dw 0 ；保存原时钟中断向量

dw 0

.code

start proc far

push ds ；进行程序的首地址保护

xor ax, ax

push ax

mov ax, @data

mov es, ax ；指向数据段

mov si, 82h ；指向PSP内命令行参数

mov di, offset tenhour

mov cx, 8 ；放入“nn:mm:ss”的8个ASCII码的值

cld

rep movsb ；命令行的参数移入显示串中

mov ds, ax ；将数据段的段地址ax存入ds中

mov ah, 0 ；等待按键程序启动

int 16h

cli ；关中断

mov ax, 0

mov es, ax ；将段地址ax存入es段中

mov di, 20h ；产生类型号为20H的中断放入di中

mov bx, es:[di] ；将中断向量保存在bx中

mov oldtime, bx

mov bx, es:[di+2]

mov [oldtime+2], bx

mov ax, offset timer ；设置用户的中断向量

stosw

mov ax, seg timer

stosw

mov al, 36h ；8253中的命令字：通道0，方式3，二进制数

out 43h, al ；将设置好的命令字送到8253控制端口

mov bx, 11932 ；每秒钟中断100次计数值

mov al, bl

out 40h, al ；置入通道0的寄存器

mov al, bh

out 40h, al

in al, 21h ；读取8259A的中断屏蔽寄存器

and al,0fch ；开放键盘和时钟中断

out 21h, al ；写入8259A的新的屏蔽字

sti ；开中断

forever: mov ah, 0bh ；循环检查用户书否键入内容

int 21h

cmp al,0ffh ；如果按键，则退出循环

jz exit

mov bx, offset tenhour ；时间显示串首地址放入bx中

mov cx, 8

dispclk: mov al, [bx] ；读取显示字符串中的一个字符

call dispchar ；显示字符一个字符

inc bx ；指向下一个字符

loop dispclk

mov al, 0dh ；完成8次字符显示后回车

call dispchar

mov al, second ；读取秒钟的数

wait1: cmp al, second ；判断秒钟是否有改变

jz wait1 ；等待直到有改变

jmp forever ；重复显示

exit: xor bx, bx ；恢复原来时钟中断向量

mov es, bx

mov di, 20h

mov bx, oldtime

mov es:[di], bx

mov bx, oldtime+2

mov es:[di+2],bx

ret

start endp

timer proc far ；用户定时中断服务程序

push ax

dec count100 ；中断次数减一

jnz timerx ；结果如果非零，退出

mov count100, 100 ；结果为0，则计数器恢复初值，并继续循环

inc second ；秒加1

cmp second, '9' ；判断是否秒大于等于9

jle timerx ；否，退出中断处理

mov second, '0' ；是，秒的个位置0

inc tensec ；秒的十位加1

cmp tensec, '6' ；判断是否秒的十位大于等于6

jl timerx ；否，退出中断处理

mov tensec, '0' ；是，将秒的十位置0

inc minute ；分的个位加1

cmp minute, '9' ；判断分的个位是否大于等于9

jle timerx ；否，退出中断处理

mov minute, '0' ；是，将分的十位置0

inc tenmin ；分十位加1

cmp tenmin, '6' ；分的个位数是否大于等于6

jl timerx ；否，退出

mov tenmin, '0' ；是，分的十位置0

inc hour ；小时加1

cmp hour, '9' ；判断小时的个位数是否达到9

ja adjhour ；超过9调整，超过程39H

cmp hour, '3' ；判断时的个位数是否是3

jnz timerx ；否，退出

cmp tenhour, '1' ；判断时的十位是否为1

jnz timerx ；否，没有超过12，退出

mov hour, '1' ；是，超过12，时的个位置为1

mov tenhour, '0' ；时的十位置为0

jmp short timerx ；退出

adjhour: inc tenhour ；时的十位加1

mov hour, '0' ；时的个位置0

timerx: mov al, 20h ；终端结束命令

out 20h, al ；送8259A0CW2，结束本次中断处理

pop ax

iret

timer endp

dispchar proc

push ax

push dx

mov dl, al

mov ah, 02h

int 21h

pop dx

pop ax

ret

dispchar endp

end start

三、实验原理

8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异。8253具有3个独立的计数通道，采用减1计数方式。在门控信号有效时，每输入1个计数脉冲，通道作1次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为定时。8253中各通道可有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能，他们分别为：方式0：计数结束则中断；方式1：单脉冲发生器；方式2：速率波发生器；方式3：方波发生器；方式4：软件触发方式计数；方式5：硬件触发方式计数。于是，应用8253芯片可实现可编程定时器、计数器的普遍功能。

PC机，即个人计算机，8253与PC机的时钟操作，需要在个人计算机上进行程序汇编，调试，得到需要的结果，其原理为：

因为在PC机上实现对接口定时电路的操作，所以PC机需要满足三个条件：一是PC机上是日历时钟，包括年、月、日、时、分、秒，精确到0.01s；而是PC机上的动态存储器能够刷新；三是定时器可根据不同的音频产生不同频率的信号，驱动扬声器。之后便可实现8253与PC机的时钟操作。

另外，在PC机定时系统中以8253设立了三个相互独立的通道，端口地址为：0040H

到0043H，。其中，分别作为计数器0到3号通道的地址，对于4个通道的功能及作用如下所述：

1.通道0为计时提供定时中断信号；

用它可以实现日历的时钟计数，控制软盘驱动器读写操作后的电动机的自动延迟停机，以及为用户提供定时中断调用用户可以使用这个中断调用运行自己的中断处理。其中可分为以下几种处理情况：

基本工作情况：GATE0=+5V，工作于方式3，技术初值=0，输出信号OUT0连接到系统版上8259A的IRO0中断请求输入线；

定时中断间隔：每经过54.925ms产生一次0级中断请求，根据该中断请求，系统直接调用固话在BIOS中的中断处理，调用命令为INT 8H；

INT 8H定时中断功能：

①第一项功能是完成日时钟的计时，BIOS数据区的40:6CH到40:6FH是一个双字的系统计算器，每次中断即使操作就是对该系统计时器加1操作；

②第二项功能是实现软盘驱动器的马达开启时间管理，使其开启一段时间后，完成数据存取操作后自动关闭，系统设定的延迟时间为2s；

③第三项功能是进行INT 1CH软件调用，PC机系统设置INT 1CH的目的在于建立一个用户可用的定时操作服务程序的入口，没有用户没有编制的INT 1CH中断服务程序，并且修改1CH的中断向量地址，则INT 8H调用了1CH号中断后立即从INT 1CH中断返回，因为PC系统原来的INT 1CH中断服务程序又仅由一条中断返回指令IRET组成。

2.通道1专门用作动态存储器刷新的定时控制；

某个信号用作D触发器的触发时钟信号，使得每隔15.08微秒产生一个正脉冲，周期性地对系统的动态存储器刷新。

3.通道2用于为系统机箱内的扬声器发声提供音频信号；

时钟脉冲输入某一方波，工作在方式3时，系统中的计数初值寄存器=0533H（即十进制1331），于是当GATE2=高电平时，OUT2将输出频率为90Hz左右的方波，该方波信号经放大和滤波后推动扬声器。

在扬声器的设计中，通过改变计数初值，就可以改变OUT2的输出信号频率，从而改变扬声器发出的音调。利用通道2的这种配置，可以实现软件控制发声，也可实现硬件控制发声。

四、实验仪器、材料

①PC机一台；

②文本编辑器（记事本）；

③MASM5.exe文件；

④Link.exe文件；

五、实验过程及原始记录

1)在草稿本上完成程序流程图和初步代码；

2)打开文本编辑器，即记事本，用文本编辑器完成源代码的输入，并且保存为MASM5文件

下，文件名为test.asm；

3)在命令窗口中，输入“cd ..”,回车，再次输入，再输入“cd masm5”，回车，进入masm5

文件中，找到test.asm的位置，并且用在MASM打开test.asm；

4)利用汇编源程序MASM5对源程序进行汇编生成目标文件test.obj，回车后可观察是否

程序有错误，如果有错误，则回到程序编译界面，进行修改，然后再次运行，如果只有

警告，则可以进行下面的步骤；

5)利用连接程序LINK对目标程序进行链接生成可执行文件test.exe，命令语句为：link

test.obj，回车后可生成；

6)在接下来的命令行输入文件名，后面加上以“nn:mm:ss”格式表示的当前时间，回车后

开始计时；

7)按任意键退出程序；

六、实验结果及分析

1．【实验结果】

输入当前时间后，回车，可进行时间的计时，实验中输入“nn:mm:ss”的格式为“19:59:50”，于是从此刻开始计时，当秒位数值达到60时，向分位进位，当分的数值达到60时，向时位进位，如图所示：

【秒向分的进位】

【分向时的进位】

2．【实验分析】

1)对于8253芯片，在实验中我们用到的是通道0，其余每个计数通道内含1个16位的初值寄

存器、减1计数器和1个16位的（输出）锁存器。8253内部包含3个功能完全相同的通道，每个通道内部设有一个16位计数器，可进行二进制或十进制（BCD码）计数。与此计数器相对应，每个通道内设有一个16位计数值锁存器，必要时可用来锁存计数值，这是每个通道的作用；

2)当某通道用作计数器时，应将要求计数的次数预置到该通道的计数器中、被计数的事件

应以脉冲方式从CLK端输入，每输入一个计数脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”。 OUT端将有输出。表示计数次数到。当某个通道用作定时器时。由CLK输入一定频率的时钟脉冲。根据要求定时的时间长短确定所需的计数值。任一通道作计数器用或作定时器用，其内部操作完全相同，区别仅在于前者是由计数脉冲进行减“1”

计数。而后者是内时钟进行减“1”计数，作计数器时，要求计数的次数可直接作为计数器的初值预置到减“1”计数器中。作定时器时，计数器的初值即定时系数应根据要求定时的时间进行相应运算才能得到；

【8253的控制字格式】

3)在PC机上实行8253定时器/计数器功能以实现时钟操作，不仅需要了解8253A的功能，

还需要通过编程实现计时功能，在编程的过程中，为了判断是否需要进位，需要用到循环操作，实现是否满足条件时的跳转运行，多个循环选择语句构成了时、分、秒的进位。

模拟一个时钟类型，实现用8253A芯片基于PC机的时钟计时功能。在编译程序时，设置时间为“19:59:50”是为了观察进位效果，从实验的结果可以看出，进位效果一切正常；

4)在程序运行过程中，即时间显示过程中，用户按任意键，都可恢复原中断向量，退出时

钟程序的运行，因为在程序中，设计了程序段：

forever: mov ah, 0bh ；循环检查用户书否键入内容

int 21h

cmp al,0ffh ；如果按键，则退出循环

jz exit

mov bx, offset tenhour ；时间显示串首地址放入bx中

mov cx, 8

便可以循环读取用户是否键入内容，如果键入了内容，则退出循环，即计时结束，退出了我们的8253在PC机上的计时功能；

5)8259A芯片8是可编程中断控制器，它是可以用程序控制的中断控制器。单个的8259A

能管理8级向量优先级中断。259A有多种工作方式，能用于各种系统。各种工作方式的设定是在初始化时通过软件进行的。在总线控制器的控制下，8259A芯片可以处于编程状态和操作状态，编程状态是CPU使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始化编程

的状态。通过对8258A的编程设置程序中断，可以有效判断是否进位结束，或者循环次数结束时的系统中断，控制计数器的进程。

6)从整个实验可以看出，由于PC机定时系统中以8253为核心设立了三个相互独立的通道，

实验中，我们用通道0为计时提供定时中断信号，在PC机满足条件的情况下，进行汇编语言关的编译与调试等步骤，通过编程实现8253的计时功能，编程中多次用到判断选择结构，为是否产生进位做好准备。时钟计时也即是一个定时器，除了能自动进行时分秒的进位以外，还要能够对当前时间的基础上进行计时，体现8253芯片在PC机上的强大作用。

八、实验体会

1)通过学习汇编语言，可以知道，汇编语言是各种CPU提供的机器指令的助记符的集合，

人们可以用汇编语言直接控制硬件系统进行工作，8253芯片基于PC机的编程实现即是按照这个原理。

2)汇编语言是微机原理等的重要基础，所以学习微机原理，是建立在汇编语言的基础上的。

在汇编中，用助记符代替操作码，用地址符号或标号代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。于是汇编语言也被称为符号语言。用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序，正如MASM5程序一样，汇编程序是系统软件中语言处理的系统软件，可直接对计算机系统中的硬件系统进行汇编命令操作；

3)8253A芯片是intel系列的定时器、计数器芯片，8253具有3个独立的计数通道，采用

减1计数方式。在门控信号有效时，每输入1个计数脉冲，通道作1次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟脉冲时，计数器就成为定时器；

4)通过8253在PC机上定时器的设计实验，除了学习到了汇编语言可以实现对硬件操作命

令的功能以外，而且新增了和巩固了已有的汇编语言的编程知识，汇编是微机原理的基础。通过汇编将微型计算机中的各种硬件，如8253,、9259等芯片结合起来，真正实现微机原理与汇编语言之间的相互关系，为无论是硬件的微型计算机还是软件的汇编语言

的学习都是很大的帮助；

5)通过本次实验，发现自己在学习的过程中还存在许多不足，从实验中的动手环节上学到

了很多书本上没有的知识，多动手去实践，是学习东西的一大良方，这正是实验课程的意义所在。