北京邮电大学微机原理硬件实验报告.docx
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北京邮电大学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
实验一 基础的I/O实验
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、实验要求
1、学习使用Debug命令，并用I、O命令直接对端口进行读写操作，
2、用汇编语言编写跑马灯程序。
（使用EDIT编辑工具）实现功能
A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）。
B通过输出端口控制灯的工作状态（低电平灯亮）
三、实验原理
1、I/O端口的读写
I是读命令（即读输入端口的状态;-拨码开关的状态），O是写命令（即向端口输出数据;-通过发光管来查看）。
对于读端口来说，输入I端口地址回车，屏幕显示xx表示从端口读出的内容，即八位开关的状态ON是0，OFF是1。
对于写端口来说，输入O端口地址xx（xx表示要向端口输出的内容）回车，查看实验台上的发光二极管状态，0是灯亮，1是灯灭。
2、延时的实现
由于系统的时钟频率很高，如果直接使用这个时钟控制走马灯的话，将会造成灯闪烁过快，无法看到走马灯的形式。
所以，必须在程序中加入软件延时。
软件延时实现的方法有很多，基本的软件延时通常是由循环体来实现。
3、本次实验平台示意图
我们使用DOS主机控制这款PCI实验平台，读I/O即为读左下角8个开关的状态，写I/O即为写左下角八个LED的电平，控制其亮灭。
四、软件程序流程图
五、源程序
datasegment
timesdw0fffh ;控制延时的内存变量
dataends
stacksegment
db100dup（?
）
stackends
codesegment
assumecs:
code,ds:
data,ss:
stack
begin:
movax,data
movds,ax
movbl,0feh ;控制亮一个灯
abc:
movdx,0eee0h ;I/O地址
pushax
moval,bl
outdx,al ;将BL输出到I/O
calldelay ;延时
popax
lok:
pushax
inal,dx
movch,al ;如果暂停键被按下
andch,04h
cmpch,04h
popax
jzlok ;暂停
pushax
inal,dx
movbh,al ;比较反向键
andbh,01h
cmpbh,01h
popax
jzleft ;向左移动
jmpright ;向右移动
left:
pushax
inal,dx ;比较灯型键
andal,08h
cmpal,08h
jzleft1
rolbl,1 ;移动一格
left1:
rolbl,1 ;若灯型有效
popax ;再移动一格
jmpspeed
right:
pushax
inal,dx
andal,08h ;比较灯型键
cmpal,08h
jzright1 ;右移一格
rorbl,1
right1:
rorbl,1 ;灯型有效再右移一格
popax
jmpspeed
speed:
pushax
inal,dx
movbh,al
popax ;比较加速键
andbh,02h
cmpbh,02h
jzspeed1 ;高速模式
jmpspeed2 ;低速模式
speed1:
pushax
movax,06ffh
movtimes,ax ;延时变量修改
popax ;延时变短
jmpjian
speed2:
pushax
movax,0fffh
movtimes,ax ;延时变量修改
popax ;延时变长
jmpjian
jian:
movah,0bh ;判断键盘
int21h
oral,al
jzabc ;无按键按下，循环
movax,4c00h–按键按下，停止
int21h
delayproc ;延时子函数
pushcx
movcx,times ;延时时长由
dl1:
pushax ;times确定
popax
pushcx
dl2:
pushax
popax
loopdl2
popcx
loopdl1
popcx
ret
delayendp
codeends
endbegin
六、实验结果
经过测试，我们的实验板可以完成如下功能：
1、跑马灯具备两档速度控制
2、跑马灯可以切换方向（左右）
3、当按下暂停按键时，跑马灯暂停，拨起后继续工作
4、灯型按钮可以实现一格移位与两格移位的切换
5、程序运行中，按下键盘任意按键可以退出程序
七、实验中遇到的问题
1、软件延时的设计
由于主板主频为1.7GHZ，所以必须实现软件延时，才可以保证灯的点亮时间。
经过设计与计算，我们使用循环的总线操作来做这个软件延时。
具体是使用循环的PUSH和POP操作来占用总线时间。
2、实验操作问题
我们一到机房，就想当然的先把电脑打开。
但是电脑打开的过程中出现了问题。
我们询问老师后才得知，必须先给实验板上电，再打开电脑才可以。
否则电脑的配置将会出现错误。
八、思考题
1、在debug的a命令中，有些语句可以不写h字符的原因
在debug的a命令中，所有的输入数据都默认为16进制，这与在edit中编写asm文件是不一样的。
由于默认是16进制数字，所以省略掉h完全可以的。
九、实验感想
这是微原硬件实验的第一次实验，我通过这个小实验熟悉了我所使用的DOS系统和硬件环境，基本掌握了硬件测试方法，对接口地址和LED灯有了基本了解，为后续实验打下了基础。
实验三 8253计数器/定时器的应用
一、实验目的
1、学习掌握8253用作定时器的编程原理。
二、实验要求
完成一个音乐发生器，通过蜂鸣器放出音乐，并在数码管上显示乐谱。
音符频率对照表
音符
1（do）
2（re）
3（mi）
4（fa）
5（so）
6（la）
7（si）
i（do）
频率（Hz）
256
288
320
341
384
426.6
480
512
扩展功能：
利用小键盘实现弹琴功能，并显示弹奏的乐谱。
三、实验原理
1、定时器/计数器简介
I8253和I8254都是可编程计数器，它们的引脚兼容，功能与使用方法相同。
I8254是I8253的改进型。
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。
2、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
3、控制字
D7D6＝00：
使用0号计数器，D7D6＝01：
使用1号计数器
D7D6＝10：
使用2号计数器，D7D6＝11：
无效
D5D4＝00：
锁存当前计数值
D5D4＝01：
只写低8位（高8位为0），读出时只读低8位
D5D4＝10：
只写高8位（低8位为0），读出时只读高8位
D5D4＝11：
先读/写低8位，后读/写高8位计数值
D3D2D1＝000：
选择方式0，D3D2D1＝001：
选择方式1
D3D2D1＝X10：
选择方式2，D3D2D1＝X11：
选择方式3
D3D2D1＝100：
选择方式4，D3D2D1＝101：
选择方式5
D0＝0：
计数初值为二进制，D0＝1：
计数初值为BCD码数
四、软件程序流程图
1、程序框图
这次实验中，我们用到的程序模块较复杂，所以先拿程序框图来说明各个子程序之间的关系，这样更加一目了然。
主程序中有两个主要的模块，一个是工作方式的选择模块，用来确定当前程序运行在什么状态（播放音乐或者弹琴），另一个模块是显示模块，用来在数码管显示当前播放器所播放的是哪一个音。
工作模块选择模块下有两个个子模块，分别是播放音乐模块和电子琴模块。
播放音乐模块是用来播放音乐，它在适当的时候从内存中取预置的音乐的一个音，把这个音有关的信息放到内存中特定的位置，并设定这个音的持续时间。
电子琴模块用来检测是否有键盘输入，一旦检测到有键盘输入，则把对应的音的有有关信息放到内存中特定的位置。
流程是先扫描键盘，把对应于八个音的八个键的工作状态读入PC中；再对检测输入模块读入的信息进行响应，通过这些信息判断哪些键被按下，把音符存入内存特定位置。
蜂鸣器播音模块从内存中特定位置中取出要播放的音的有关信息，并通过设置8253达到播放不同频率的音的效果。
三个模块彼此独立又彼此相联系，从而使得程序工作有条不紊。
2、程序流程图
本次实验的程序流程图如上图所示，在初始化完成后，我们先驱动数码管显示当前内存中即将播放的音符，再判断工作模式。
如果是电子琴模式，就扫描键盘，由键盘控制播放的音符。
如果是自动音乐模式，就从内存中读出乐谱开始播放。
最后判断乐曲有无播放完毕，播放完毕则重新开始。
接收到键盘的输入后，退出程序。
五、源程序
delaymacro;定义一个用于延时的宏
locallp1,lp2
pushcx
movcx,time
lp1:
pushcx
movcx,time
lp2:
looplp2
popcx
looplp1
popcx
over ;调用结束程序的宏
endm
;------------------------------
over macro;用于判断是否结束程序的宏
localll
pushax
movah,0bh
int21h
oral,al
jzll
jmpexit
ll:
popax
endm
;------------------------------
dis macro ;让数码管显示的宏
pushax
pushdx
movdx,pa
leadi,num0
moval,show
movah,0
adddi,ax
moval,[di]
outdx,al
popdx
popax
endm
;------------------------------------
data segment
time dw100h ;数码管延时
time2 dw500h ;播音延时计数
time3 dw20h ;空音延时计数
count dw0;用来计算播放到哪一个音
;------------------------------------
pa dw0ee00h ;8255的四个端口
pb dw0ee01h
pc dw0ee02h
ctrl dw0ee03h
;-----------------------------------
c0 dw0ee20h ;计数器的四个端口
c1 dw0ee21h
c2 dw0ee22h
ctrlc dw0ee23h
cnum db00110110b;播音时的控制字
cnum0 db00110010b;播空（不出声）时的控制字
;--------------------------------------
num0 db 00000000b;空音对应的显示
num1 db 00100001b;以下是8个音对应
num2 db 11110100b;的数码管显示
num3 db 11110001b
num4 db 00111001b
num5 db 11011001b
num6 db 11011101b
num7 db 01100001b
num8 db 11111101b
;----------------------------------------
sou dw10d ;空音的分频比
sou1 dw125d ;8个音的分频比
sou2 dw111d
sou3 dw100d
sou4 dw94d
sou5 dw83d
sou6 dw75d
sou7 dw67d
sou8 dw63d
play_ dw0;存放正要播放的音的分频比
play db0;正在播放的音
show db0;正在显示的音
pplay db0;前一个播放的间
pfun db0;前一次所使用的功能
gate db0;
;-----------------------------------------
;乐谱《菊花台》
music db3h,3h,0h,3h,2h,3h,3h,0h
db3h,5h,3h,2h,3h,3h,3h,0h
db1h,1h,1h,2h,3h,5h,3h,0h
db2h,2h,2h,1h,2h,2h,2h,0h
db3h,3h,5h,3h,6h,5h,5h,0h
db6h,5h,5h,3h,5h,5h,0h,5h
db3h,3h,2h,3h,5h,3h,2h,0h
db2h,2h,2h,1h,2h,2h,2h,0h
number dw$-music
;---------------------------------------
data ends
;--------------------------------------
sta segmentstack'stack'
db100dup（?
）
sta ends
;--------------------------------------
code segment
assumess:
sta,ds:
data,cs:
code
start:
movax,data
movds,ax
moves,ax
;----------------------------------------
;初始化8255芯片
mov al, 10000001b ;
mov dx,ctrl
out dx,al
;固定使用一个数码管
movdx,pb
moval,01h
outdx,al
;开始时显示为空
mov show, 0
;下面是主程序
lp:
dis
delay
call mode
jmp lp
;----------程序结束--------------------
exit:
movax,4c00h
int 21h
;---------------------------------------
mode procnear;模式选择函数
mov dx,0eee0h;读入端口,确定工作状态
inal,dx
testal,01h
jzmus
;---------------------------------------
movpfun,1h;1指的是是弹琴状态
callinput
movbl,gate
cmpbl,0
jznosou ;GATE为零是,表示没有按键输入
movbh,cnum;预定控制字
jmpsetc;
nosou:
movax,0
movplay,al;设定下一个播放的音
movshow,al;设置数码管的显示
movax,10d
movplay_,ax;设定下一整体上播放的音的分频比
movbh,cnum0 ;设定控制字
;--------------下面是播放的有关代码-----
setc:
movah,pplay;如所播放的音和前一个
moval,play
;一样,则跳过设置8253的代码
cmpah,al
jznoset
callcset
noset:
jmpmodex
;-------------------------------------
Mus:
moval,pfun
cmpal,0
jzjump
;检查上次所使用的功能,如果不同则重新调制
movpfun,0
movcount,0h
movcx,0
;CX为延时计数器
jump:
cmpcx,0
jnzcon;延时示结果,跳过根据count的户数,确定下一个播放的音
leasi,music
movbx,count
moval,[si+bx]
cmpal,0
jzstop
;根据播放的是不是空音,设置不同的延时
movcx,time2
movbh,cnum
jmpnext4
stop:
movcx,time3
movbh,cnum0
next4:
movshow,al;设置数码管
movplay,al
leasi,sou
movah,0
addsi,ax
addsi,ax
movdx,[si];取出对应音的分频比
movplay_,dx ;设置分频比
callcset
;COUNT计数自增
movbx,count
incbx
cmpbx,number
jzback
movcount,bx
jmpcon
back:
movcount, 0h
con:
deccx;延时计数减1
modex:
ret
mode endp
;----------------------------------------
cset procnear
movdx,ctrlc
moval,bh;使用之前设置好的控制字
outdx,al
movdx,c0;设置分频比
movax,play_
outdx,al;
moval,ah
outdx,al
moval,play;
movpplay,al
ret
cset endp
;----------------------------------------
input proc near
push cx
;----------------------------------------
movdx,pc
moval,0efh;扫描第一行
out dx,al
in al,dx
notal
andal, 0fh
movbl, al
movcl, 4h ;移至高4位
sal bl,cl
mov al,0dfh ;扫描第二行
outdx,al
in al,dx
notal
andal, 0fh
or bl, al;8个键的状态放在BL里
call chg
;------------------------------------------
next1:
pop cx
ret
input endp
;----------------------------------------
chg proc near
movcx,8h ;从BL最低位检测起
movbh,1h
lpchg:
test bh, bl
jznext2 ;若无则检测下一位
movplay,cl ;设置释放
movshow,cl ;设置数码管显示
leasi,sou
addsi,cx
addsi,cx
movax,[si]
movplay_,ax ;设置分频比
movgate,1
jmpchgex ;检测到一个按下则结束
next2:
salbh,1
looplpchg
movgate,0 ;没有按键输入
chgex:
ret
chg endp
;---------------------------------------
code ends
end start
六、电路连接图
实验中的电路图的连线方法为：
8253的CS接译码器输出Y1；8253的OUT端接蜂鸣器的BELL端；8253的门控信号GATE接+5V；8253的CLK端接Q7，清零复位电路的T/C端接地。
具体的电路图如下所示：
七、实验结果
经过测试，我们的实验板可以完成如下功能：
1、在DOS运行程序后，可以自动播放《菊花台》歌曲，播放完后自动从头再次播放。
在播放的同时，数码管的最低位显示当前正在播放的音符。
2、将最低位拨码开关推上去，进入电子琴模式。
在电子琴模式下，按下小键盘的八个按键，可以弹奏对应的音符。
数码管的最低位显示当前正在播放的音符。
3、程序运行中，按下键盘任意按键可以退出程序
八、实验中遇到的问题
1、多个程序同时进行的问题
在实验中，由于数码管显示、按键检测，蜂鸣器播放是同时进行的，所以在三个子程序的连接方面比较麻烦。
汇编语言是一个顺序执行的语言，这种并行的思想让我们很是头疼。
最后，我们在参考了一些代码实例后，灵活的使用内存保存阶段性数据，实现的三个功能程序的紧密相连。
2、键盘防抖问题
虽然上一个实验中，我们已经做过了按键防抖，但是在这个实验中，我们在设计防抖功能时还是遇到了一些问题。
由于这个按键的防抖不仅要检测上升沿，当输出为高电平时，需要持续输出同一个音符，这对于我们也是一个挑战。
最后，我们上网学习了类似的代码，很好的解决了这个问题。
九、思考题
写出计数初值、输入频率和输出频率的关系。
设计数初值为
，输入频率和
，输出频率为
，则有以下关系
则音符频率对照如下：
音符
1（do）
2（re）
3（mi）
4（fa）
5（so）
6（la）
7（si）
i（
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