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1、 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 11 月 13 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。 本次实验包括四个实验系统。任意完成其中两个即可。 实验 3-1 基本 I/O 接口电路设计实验 1 实验目的 (1) 掌握基本 I/O 接口电路的设计方法。 (2) 熟练汇编语言 I/O 端口操作指令的使用。 2 实验设备 PC 微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 3 实验内容 利用三态缓冲器 74LS245、锁存器 74LS374 设计微机总线和外部设备 的
2、数据通道，实现微机对外部输入数据的读取和对输出数据的输出。用开 关及 LED 显示单元的开关和数据灯作为输入和输出显示设备， 将读到开关 的数据显示在数据灯上。 4 实验原理 (1) 输入接口设计 输入接口一般用三态缓冲器实现，外部设备输入数据通过三态缓冲 器，通过数据总线传送给微机系统。74LS245 是一种 8 通道双向的三态缓 冲器，其管脚结构如图 1 所示。DIR 引脚控制缓冲器数据方向，DIR 为 1 表示数据由 A7:0至 B7:0，DIR 为 0 表示数据由 B7:0至 A7:0。G 引 脚为缓冲器的片选信号，低电平有效。 图 1 74LS245 双向三态缓冲器管脚图 (2) 输
3、出接口设计 输出接口一般用锁存器实现，从总线送出的数据可以暂存在锁存器 中。 74LS374 是一种 8 通道上沿触发锁存器。 其管脚结构如图 2 所示。 D7:0 为输入数据线，Q7:0为输出数据线。CLK 引脚为锁存控制信号，上升沿 有效。当上升沿到时，输出数据线锁存输入数据线上的数据。OE 引脚为 锁存器的片选信号，低电平有效。 图 2 74LS374 上沿触发锁存器管脚图 (3) 输入输出接口设计 用 74LS245 和 74LS374 可以组成一个输入输出接口电路， 既实现数据 的输入又实现数据的输出，输入输出可以占用同一个端口。是输入还是输 出用总线读写信号来区分。总线读信号 IO
4、R 和片选信号 CS 相“或”来控制 输入接口 74LS245 的使能信号 G。 总线写信号 IOW 和片选信号 CS 相“或” 来控制输出接口 74LS374 的锁存信号 CLK。 实验系统中基本输入输出单元 就实现了两组这种的电路，任意 A 组的电路连接如图 3 所示。 图 3 用 74LS245 和 74LS374 组成的输入输出接口电路 5 实验说明及步骤 本实验实现的是将开关 K7:0的数据通过输入数据通道读入 CPU 的 寄存器，然后再通过输出数据通道将该数据输出到数据灯显示，该程序循 环运行， 直到按动键盘上任意按键再退出程序。 实验程序流程如图 4 所示。 参考实验接线如图 5
5、 所示。 实验步骤如下。 (1) 确认从 PC 机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 (2) 参考图 5 所示连接实验线路。 (3) 首先运行 CHECK 程序，查看并记录与片选信号对应的 I/O 端口 始地址。 (4) 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。 (5) 运行程序，拨动开关，观看数据灯显示是否正确。 CS_A=1,屏蔽输入输出CS_A=0，则允许输入输出功能 若再IOR=0，则输入到总线 若再IOW=0?1，则锁存输出DIR=0，B-A图 4 基本 I/O 接口设计实验参考程序流程图 图 5 基本 I/O 接口设计实验参考接线图 6 实验程序： ;
6、8 位 I/O 接口电路设计实验 ;*根据查看端口资源修改下列符号值* IOY0 EQU 9C00H ;片选 IOY0 对应的端口始地址 ;* STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?) STACK1 ENDS DATA1 SEGMENT 74LS24574LS374开关LEDPUSH,POP，CALL，INT等指令都会用到栈， 必须分配合适空间在DOS下CHECK获得IOY0MES DB Press any key to exit!, 0AH, 0DH, 0AH, 0DH, $ DATA1 ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:D
7、ATA1 START: MOV AX, DATA1 MOV DS, AX MOV DX, OFFSET MES ;显示退出提示 MOV AH, 09H INT 21H A1: MOV DX, IOY0 ;读写基本I/O单元低8位的端口 IN AL, DX OUT DX, AL MOV AH, 1 ;判断是否有按键按下 INT 16H JZ A1 ;无按键则跳回继续循环，有则退出 QUIT: MOV AX,4C00H ;结束程序退出 INT 21H CODE ENDS END START 相当于C语言的nrIN可能对应的操作：IOY0=1-0，IOR=1-0; 数据从开关通过74LS245读入;
8、IOY0=1;IOR=1；OUT可能对应的操作：IOY0=1?0，IOW=0?1； 数据从总线通过74LS374锁存输出；IOY0=1;IOW=0;假定初始态：IOY0=1，IOR=1，IOW=0功能： 不停的读开关 的状态并输出 到LED可以查找相关手册确定IN，OUT指令具体的时序图实验 3-2 地址译码电路设计实验 1 实验目的 (1) 学习 3-8 译码器在接口电路中的应用。 (2) 掌握地址译码电路的一般设计方法。 2 实验设备 PC 微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 3 实验内容 用 74LS138 译码器设计地址译码电路，并用其输出作为基本输入输出 单元的片选信号，使用设
9、计的端口地址编写程序，实现数据的输入输出。 4 实验原理 微机接口电路中，常采用 74LS138 译码器来实现 I/O 端口或存储器的 地址译码。74LS138 有 3 个输入引脚、3 个控制引脚及 8 个输出引脚，其 管脚信号如图 6 所示。当 3 个控制信号有效时，相应于输入信号 A、B、C 状态的那个输出端为低电平，该信号即可作为片选信号。 图 6 74LS138 译码器管脚 32 位扩展系统总线上有一个 IOM/信号，该信号为低电平时指示当前 操作为 I/O 操作，为高电平指示当前操作为存储器操作，它和译码器不同 的连接可以用来区分是 I/O 端口译码还是存储器端口译码。32 位总线地
10、址 是由 A2 开始，所以地址是以 4 字节边界对齐的。 实验系统的 I/O 地址空间共有 256 字节，偏移地址一般从 00HFFH。 起始地址由 PC 机系统分配，可以用 CHECK 程序读出。所以设计地址译 码电路，主要是针对低 8 位地址线译码，得到偏移在 00HFFH 之间的端 口。本实验要求不使用总线上的片选信号，自行设计端口偏移地址分别为 C0HDFH 和 E0HFFH 的译码电路， 然后用译码输出作为基本输入输出 单元的片选。编写程序，完成 I/O 数据操作。实验参考线路如图 3-2-2 所 示。 注意这里描述的IO空间是偏移地址，所以要访问IO空间必须得到IO空间的起始地址，
11、 也就是IOY0功能和实验3?1相同图 7 地址译码设计实验参考接线图 5 实验步骤 (1) 确认从 PC 机引出的两根扁平电缆已经连接在实验平台上。 (2) 按图 7 所示连接实验线路。 (3) 首先运行 CHECK 程序，查看 I/O 端口始地址。 (4) 利用设计好的端口地址编写程序，然后编译链接。 (5) 运行程序，拨动开关，观看数据灯显示是否正确。 6 实验程序： ;地址译码电路设计实验 ;*根据查看端口资源修改下列符号值* IOY0 EQU 9C00H ;片选 IOY0 对应的端口始地址 ;* Y7 EQU IOY0+0E0H ;译码电路输出 Y7 对应的端口地址 STACK1 S
12、EGMENT STACK DW 256 DUP(?) STACK1 ENDS DATA1 SEGMENT MES DB Press any key to exit!, 0AH, 0DH, 0AH, 0DH, $ DATA1 ENDS 74LS24574LS374译码输入：A B C 译码输出 地址总线：A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Y7 C0H = 1 1 0 0 0 0 0 0 DFH = 1 1 0 1 1 1 1 1 E0H = 1 1 1 0 0 0 0 0 FFH = 1 1 1 1 1 1 1 1 开关LEDIOY0代表的是IO空间的起始地址CODE SEGMEN
13、T ASSUME CS:CODE,DS:DATA1 START: MOV AX, DATA1 MOV DS, AX MOV DX, OFFSET MES ;显示退出提示 MOV AH, 09H INT 21H A1: MOV DX, Y7 ;读写片选接 Y7 的端口 IN AL, DX OUT DX, AL MOV AH, 1 ;判断是否有按键按下 INT 16H JZ A1 ;无按键则跳回继续循环，有则退出 QUIT: MOV AX, 4C00H ;结束程序退出 INT 21H CODE ENDS END START 地址总线上的值是IOY0+0E0H不断的读写循环， 按键退出循环实验 3-
14、3 存储器扩展实验 1 实验目的 (1) 学习静态存储器操作原理。 (2) 学习 32 位总线存储器接口电路设计。 (3) 掌握不同总线字节宽度访问存储器的编程方法。 2 实验设备 PC 微机一台、TD-PIT+ 实验系统一套。 3 实验内容 在 32 位扩展系统总线上分别进行 32 位存储器扩展和 8 位存储器扩展 连接。编写程序，将 PC 机内存中的一段数据传送至扩展的存储器中。并 进行规则和不规则双字读写操作以及不同的总线字节访问宽度指令操作， 调试程序并分析时序的区别。 4 实验原理 (1) SRAM 62256 介绍 存储器是用来存储信息的部件， 是计算机的重要组成部分， 静态 RAM 是由 MOS 管组成的触发器电路，每个触发器可以存放 1 位信息。只要不 掉电，所储存的信息就不会丢失。因此，静态 RAM 工作稳定，不要外加 刷新电路，使用方便。但一般 SRAM 的每一个触发器是由 6 个晶体管组 成，SRAM 芯片的集成度不会太高，目前较常用的有 6116（2K8 位） ， 6264（8K
