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微机原理实验指导书
微机原理实验指导书
(版本0.1)
余有灵副教授
控制科学与工程系
2007年12月11日
说明
本实验指导书是依据西安唐都科教仪器公司的产品手册编制,在实验中心相关领导和实验工作人员的帮助下完成的,在此表示感谢。
本次实验包括两个实验系统。
任意完成其中一个即可。
但严重建议都完成两个实验。
实验5-18254定时/计数器应用实验
1.实验目的
(1)掌握8254的工作方式及应用编程。
(2)掌握8254的典型应用电路接法。
2.实验设备
PC微机一台、TD-PIT+实验系统一套。
3.实验内容
(1)计数应用实验。
编写程序,应用8254的计数功能,用开关模拟计数,使每当按动KK1-五次后,产生一次计数中断,并在屏幕上显示一个字符‘5’。
(2)定时应用实验。
编写程序,应用8254的定时功能,实现一个秒表计时并在屏幕上显示。
4.实验原理
8254是Intel公司生产的可编程间隔定时器。
是8253的改进型,比8253具有更优良的性能。
8254具有以下基本功能:
(1)有3个独立的16位计数器;
(2)每个计数器可按二进制或十进制(BCD)计数;
(3)每个计数器可编程工作于6种不同工作方式;
(4)8254每个计数器允许的最高计数频率为10MHz(8253为2MHz);
(5)8254有读回命令(8253没有),除了可以读出当前计数单元的内容外,还可以读出状态寄存器的内容。
(6)计数脉冲可以是有规律的时钟信号,也可以是随机信号。
计数初值公式为n=fCLKi÷fOUTi、其中fCLKi是输入时钟脉冲的频率,fOUTi是输出波形的频率。
图5-1是8254的内部结构框图和引脚图,它是由与CPU的接口、内部控制电路和三个计数器组成。
8254的工作方式如下述:
(1)方式0:
计数到0结束输出正跃变信号方式。
(2)方式1:
硬件可重触发单稳方式。
(3)方式2:
频率发生器方式。
(4)方式3:
方波发生器。
(5)方式4:
软件触发选通方式。
(6)方式5:
硬件触发选通方式。
图5-18254的内部接口和引脚
8254的控制字有两个:
一个用来设置计数器的工作方式,称为方式控制字;另一个用来设置读回命令,称为读回控制字。
这两个控制字共用一个地址,由标识位来区分。
控制字格式如表5-1所示。
读回控制字格式如表5-2所示。
当读回控制字的D4位为0时,由该读回控制字D1~D2位指定的计数器的状态寄存器内容将被锁存到状态寄存器中。
状态字格式如表5-3所示。
表5-18254的方式控制字格式
表5-28254读出控制字格式
表5-38254状态字格式
5.实验说明及步骤
(1)定时应用实验
编写程序,将8254的计数器2设置为方式3,用1.8432MHz作为CLK2时钟,计数值为64H,OUT2输出为18.432KHz的时钟。
将OUT2连接到计数器0的CLK0,设置计数器0也工作在方式3,计数值为18432,相当于18432分频,则在OUT0得到1Hz的输出。
参考程序流程如图5-2所示。
图5-28254定时应用实验接线图
实验步骤如下。
a)确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。
b)首先运行CHECK程序,查看I/O空间始地址。
c)利用查出的地址编写程序,然后编译链接。
d)参考图5-2所示连接实验线路。
e)运行程序,看数据灯显示是否正确。
8254定时应用实验代码输出1Hz
;************根据查看端口资源修改下列符号值*******************
IOY0EQU9C00H
;**************************************************************
MY8254_COUNT0EQUIOY0+00H*4;8254计数器0端口地址
MY8254_COUNT1EQUIOY0+01H*4;8254计数器1端口地址
MY8254_COUNT2EQUIOY0+02H*4;8254计数器2端口地址
MY8254_MODEEQUIOY0+03H*4;8254控制寄存器端口地址
STACK1SEGMENTSTACK
DW256DUP(?
)
STACK1ENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE
START:
MOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式
MOVAL,0B6H;计数器2,方式3
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_COUNT2;装入计数初值
MOVAL,64H;100分频
OUTDX,AL
MOVAL,00H
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式
MOVAL,36H;计数器0,方式3
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_COUNT0;装入计数初值
MOVAL,00H;18432分频
OUTDX,AL
MOVAL,48H
OUTDX,AL
QUIT:
MOVAX,4C00H;结束程序退出
INT21H
CODEENDS
ENDSTART
(2)计数应用实验
编写程序,将8254的计数器0设置为方式3,计数值为十进制5,用微动开关KK1-作为CLK0时钟,OUT0连接INTR,每当KK1-按动5次后产生中断请求,在屏幕上显示字符“5”。
参考程序流程如图5-3所示。
单元中GATE0已经连接了一个上拉电阻,所以GATE0不用连接。
图5-38254计数应用实验参考程序流程图
实验步骤如下。
a)确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。
b)首先运行CHECK程序,查看I/O空间始地址。
c)利用查出的地址编写程序,然后编译链接。
d)参考图5-4所示连接实验线路。
e)运行程序,按动KK1-微动开关,观察是否5次后屏幕显示字符“5”。
f)可以改变计数初值,从而实现不同要求的计数。
图5-48254计数应用实验参考接线图
8254计数应用实验代码
;************根据CHECK配置信息修改下列符号值******************
INTR_IVADDEQU01CCH;INTR对应的中断矢量地址
INTR_OCW1EQU0A1H;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址
INTR_OCW2EQU0A0H;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址
INTR_IMEQU0F7H;INTR对应的中断屏蔽字
PCI_INTCSREQU9438H;PCI卡中断控制寄存器地址
IOY0EQU9C00H
;**************************************************************
MY8254_COUNT0EQUIOY0+00H*4;8254计数器0端口地址
MY8254_COUNT1EQUIOY0+01H*4;8254计数器1端口地址
MY8254_COUNT2EQUIOY0+02H*4;8254计数器2端口地址
MY8254_MODEEQUIOY0+03H*4;8254控制寄存器端口地址
STACK1SEGMENTSTACK
DW256DUP(?
)
STACK1ENDS
DATASEGMENT
CS_BAKDW?
;保存INTR原中断处理程序入口段地址的变量
IP_BAKDW?
;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址的变量
IM_BAKDB?
;保存INTR原中断屏蔽字的变量
STR1DB'COUNT:
$';显示的字符串
DATAENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
START:
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
CLI
MOVDX,PCI_INTCSR
SUBDX,19H
INAL,DX
MOVDX,PCI_INTCSR;初始化PCI卡中断控制寄存器
MOVAX,1F00H;向PCI_INTCSR中写入003F1F00H
OUTDX,AX
ADDDX,2
MOVAX,003FH
OUTDX,AX
MOVAX,0000H;替换INTR的中断矢量
MOVES,AX
MOVDI,INTR_IVADD
MOVAX,ES:
[DI]
MOVIP_BAK,AX;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址
MOVAX,OFFSETMYISR
MOVES:
[DI],AX;设置当前中断处理程序入口偏移地址
ADDDI,2
MOVAX,ES:
[DI]
MOVCS_BAK,AX;保存INTR原中断处理程序入口段地址
MOVAX,SEGMYISR
MOVES:
[DI],AX;设置当前中断处理程序入口段地址
MOVDX,INTR_OCW1;设置中断屏蔽寄存器,打开INTR的屏蔽位
INAL,DX
MOVIM_BAK,AL;保存INTR原中断屏蔽字
ANDAL,INTR_IM
OUTDX,AL
STI
MOVDX,OFFSETSTR1;显示字符串
MOVAH,9
INT21H
MOVDX,MY8254_MODE;初始化8254工作方式
MOVAL,10H;计数器0,方式0
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_COUNT0;装入计数初值
MOVAL,4
OUTDX,AL
WAIT1:
MOVAH,1;判断是否有按键按下
INT16H
JZWAIT1;无按键则跳回继续等待,有则退出
QUIT:
CLI
MOVDX,PCI_INTCSR;恢复PCI卡中断控制寄存器
MOVAX,0000H
OUTDX,AX
MOVAX,0000H;恢复INTR原中断矢量
MOVES,AX
MOVDI,INTR_IVADD
MOVAX,IP_BAK;恢复INTR原中断处理程序入口偏移地址
MOVES:
[DI],AX
ADDDI,2
MOVAX,CS_BAK;恢复INTR原中断处理程序入口段地址
MOVES:
[DI],AX
MOVDX,INTR_OCW1;恢复INTR原中断屏蔽寄存器的屏蔽字
MOVAL,IM_BAK
OUTDX,AL
STI
MOVAX,4C00H;返回到DOS
INT21H
MYISRPROCNEAR;中断处理程序MYISR
MOVAL,35H
MOVAH,0EH
INT10H
MOVAL,20H
INT10H
MOVDX,MY8254_COUNT0;重装计数初值
MOVAL,4
OUTDX,AL
OVER:
MOVDX,PCI_INTCSR;清PCI卡中断控制寄存器标志位
SUBDX,19H
INAL,DX
MOVDX,PCI_INTCSR
ADDDX,2
MOVAX,003FH
OUTDX,AX
MOVDX,INTR_OCW2;向PC机内部8259发送中断结束命令
MOVAL,20H
OUTDX,AL
MOVAL,20H
OUT20H,AL
IRET
MYISRENDP
CODEENDS
ENDSTART
实验5-28259中断控制器应用实验
1.实验目的
(1)学习中断控制器8259的工作原理。
(2)掌握可编程控制器8259的应用编程方法。
2.实验设备
PC微机一台、TD-PIT+实验系统一套。
3.实验内容
(1)利用PC机给实验系统分配的中断线,设计一个单中断应用。
使用单次脉冲模拟中断产生。
编写中断处理程序,在显示器屏幕上显示一个字符。
(2)利用实验平台上8259控制器对扩展系统总线上的中断线INTR进行扩展。
编写程序对8259控制器的IR0和IR1中断请求进行处理。
4.实验原理
(1)8259控制器的介绍
中断控制器8259A是Intel公司专为控制优先级中断而设计开发的芯片。
它将中断源优先级排队、辨别中断源以及提供中断矢量的电路集于一片中,因此无需附加任何电路,只需对8259A进行编程,就可以管理8级中断,并选择优先模式和中断请求方式,即中断结构可以由用户编程来设定。
同时,在不需增加其他电路的情况下,通过多片8259A的级连,能构成多达64级的矢量中断系统。
它的管理功能包括:
a)记录各级中断源请求;
b)判别优先级,确定是否响应和响应哪一级中断;
c)响应中断时,向CPU传送中断类型号。
8259A的内部结构和引脚如图5-5所示。
8259A的命令共有7个,一类是初始化命令字,另一类是操作命令。
8259A的编程就是根据应用需要将初始化命令字ICW1-ICW4和操作命令字OCW1-OCW3分别写入初始化命令寄存器组和操作命令寄存器组。
ICW1-ICW4各命令字格式如图5-6所示,OCW1-OCW3各命令字格式如图5-7所示,其中OCW1用于设置中断屏蔽操作字,OCW2用于设置优先级循环方式和中断结束方式的操作命令字,OCW3用于设置和撤销特殊屏蔽方式、设置中断查询方式以及设置对8259内部寄存器的读出命令。
图5-58259内部结构和引脚图
图5-6(a)ICW1格式
图5-6(b)ICW2格式
图5-6(c)ICW3格式
图5-6(d)ICW4格式
图5-7OCW命令字格式
(2)8259寄存器及命令的控制访问
在硬件系统中,8259仅占用两个外设接口地址,在片选有效的情况下,利用A0来寻址不同的寄存器和命令字。
对寄存器和命令的访问控制如表5-4所示。
表5-48259寄存器及命令的控制访问
(3)PC微机系统中的8259
在80x86系列PC微机系统中,系统中包含了两片8259A中断控制器,经级连可以管理15级硬件中断,但其中部分中断号已经被系统硬件占用,具体使用情况如表5-5示。
两片8259A的端口地址为:
主片8259使用020H和021H两个端口;从片使用0A0H和0A1H两个端口。
系统初始化两片8259的中断请求信号均采用上升沿触发,采用全嵌套方式,优先级的排列次序为0级最高,依次为1级、8级~15级,然后是3级~7级。
在扩展系统总线上的INTR对应的中断线就是PC机保留中断其中的一个。
对INTR中断的初始化PC机已经完成,在使用时主要是将其中断屏蔽打开,修改中断向量。
表5-5PC微机系统中的硬件中断
5.实验说明及步骤
(1)中断查询方式应用实验
8259支持查询方式检测中断请求,具体过程为:
设置8259OCW3中的P位为1即可执行查询命令,8259将下一个I/O读命令视作一次中断响应。
如果有中断请求,则置ISR中的相应位并读优先级。
从OCW3写操作到I/O读操作期间禁止中断,读出字节的最高位为1表示有中断,最低3位(D0-D2)为最高优先级中断请求源的编码。
查询字格式如图5-8所示。
图5-88259OCW3查询字格式
本实验要求使用这种方法编写程序处理实验单元8259IR0和IR1请求的中断,IR0请求在屏幕上显示字符“0”,IR0请求则在屏幕上显示字符“1”以示中断到来。
IR0和IR1分别用一个单次脉冲的上升沿模拟中断产生。
参考流程如图5-9所示,参考实验接线图如图5-10所示。
图5-9实验参考流程图
图5-10参考实验接线图
实验步骤如下:
a)确认从PC机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。
b)运行Tdpit集成操作软件,查看系统资源分配情况,记录与所用片选信号对应的I/O端口始地址。
c)参考实验流程图编写程序,注意使用正确的端口地址,然后编译链接。
d)参考实验接线图连接实验线路。
e)运行程序,按动KK1+、KK1+按键,观察中断响应是否正常。
8259中断查询方式应用实验代码
;***********根据查看端口资源修改下列符号值*******************
IOY0EQU9C00H;片选IOY0对应的端口始地址
;************************************************************
MY8259_ICW1EQUIOY0+00H;实验系统中8259的ICW1端口地址
MY8259_ICW2EQUIOY0+04H;实验系统中8259的ICW2端口地址
MY8259_ICW3EQUIOY0+04H;实验系统中8259的ICW3端口地址
MY8259_ICW4EQUIOY0+04H;实验系统中8259的ICW4端口地址
MY8259_OCW1EQUIOY0+04H;实验系统中8259的OCW1端口地址
MY8259_OCW2EQUIOY0+00H;实验系统中8259的OCW2端口地址
MY8259_OCW3EQUIOY0+00H;实验系统中8259的OCW3端口地址
STACK1SEGMENTSTACK
DW256DUP(?
)
STACK1ENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE
START:
MOVDX,MY8259_ICW1;初始化实验系统中8259的ICW1
MOVAL,13H;边沿触发、单片8259、需要ICW4
OUTDX,AL
MOVDX,MY8259_ICW2;初始化实验系统中8259的ICW2
MOVAL,08H
OUTDX,AL
MOVDX,MY8259_ICW4;初始化实验系统中8259的ICW4
MOVAL,01H;非自动结束EOI
OUTDX,AL
MOVDX,MY8259_OCW1;初始化实验系统中8259的OCW1
MOVAL,0FCH;打开IR0和IR1的屏蔽位
OUTDX,AL
QUERY:
MOVAH,1;判断是否有按键按下
INT16H
JNZQUIT;有按键则退出
MOVDX,MY8259_OCW3;向8259的OCW3发送查询命令
MOVAL,0CH
OUTDX,AL
INAL,DX;读出查询字
TESTAL,80H;判断中断是否已响应
JZQUERY;没有响应则继续查询
ANDAL,03H
CMPAL,00H
JEIR0ISR;若为IR0请求,跳到IR0处理程序
JNEIR1ISR;若为IR1请求,跳到IR1处理程序
JMPQUERY
IR0ISR:
MOVAL,30H;IR0处理,显示字符0
MOVAH,0EH
INT10H
MOVAL,20H
INT10H
JMPEOI
IR1ISR:
MOVAL,31H;IR1处理,显示字符1
MOVAH,0EH
INT10H
MOVAL,20H
INT10H
EOI:
MOVDX,MY8259_OCW2;向实验系统中8259发送中断结束命令
MOVAL,20H
OUTDX,AL
JMPQUERY
QUIT:
MOVAX,4C00H;结束程序退出
INT21H
CODEENDS
ENDSTART
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