中山大学计算机原理接口技术实验报告模板实验三四五六.docx
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中山大学计算机原理接口技术实验报告模板实验三四五六
实验报告
实验人：
学号：
日期：
院（系）：
专业（班级）：
实验题目：
[实验三]可编程并行接口
（一）8255方式0；[实验四]可编程并行接口8255与七段数码管实验；[实验五]交通灯控制实验；[实验六]可编程并行接口
（二）8255方式1
沉重悼念5.12汶川大地震遇难同胞！
[实验三]可编程并行接口
（一）8255方式0
一、实验目的
掌握8255方式0的工作原理及使用方法。
二、实验原理
8255的基本工作原理与使用方法：
并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。
CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位或32位等。
8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：
方式0--基本输入/输出方式、方式1--选通输入/输出方式、方式2--双向选通工作方式。
8255的内部结构及引脚如图-1所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如
图-2所示。
图-1：
8255内部结构及引脚图
（a）工作方式控制字（b）c口按位置位/复位控制字
1、8255的内部结构：
如图-1所示，8255的内部结构由以下4个部分组成：
（1）输入/输出端口A、B、C。
这三个端口均可看作是I/O端口，但它们的结构和功能也稍有不同。
A口和B口是一个独立的8位I/O口。
C口可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个独立的4位I/O口。
（2）A组和B组控制电路。
这是两组根据CPU命令控制8255工作方式的电路，这些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程命令来控制8255的工作方式，也可以根据编程命令来对C口的指定位进行置位/复位的操作。
A组控制电路用来控制A口及C口的高4位；B组控制电路用来控制B口及C口的低4位。
（3）读/写控制逻辑。
它负责管理8255的数据传输过程，接收CS及RD、WR、RESET，还有来自系统地址总线的口地址选择信号A0和A1。
将这些信号组合后，得到对A组控制部件和B组控制部件的控制命令，并将命令发给这两个部件，以完成对数据、状态信息和控制信息的传输。
（4）数据总线缓冲器。
它是8位双向三态缓冲器，作为8255和CPU之间的数据接口，进行数据的输入/输出。
CPU的编程命令以及外设通过8255传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。
一般情况下数据总线缓冲器的8根数据线D7～D0是与8086CPU低8位数据线相连。
2、8255的工作方式：
（1）方式0：
基本输入/输出方式（basicInput/Output）
方式0是8255的基本输入/输出方式，其特点是与外设传送数据时，不需要设置专用的联络（应答）信号，可以无条件的直接进行I/O传送。
A,B,C3个端口都可以工作在方式0。
A口和B口工作在方式0时，只能设置为以8位数据格式输入/输出；C口工作在方式0时，可以高4位和低4位分别设置为数据输入或数据输出方式。
方式0常用于与外设无条件数据传送或查询方式数据传送。
（2）方式1：
单向选通输入/输出方式（strobeInput/Output）
方式1是一种带选通信号的单方向输入/输出工作方式，其特点是：
与外设传送数据时，需要联络信号进行协调，允许用查询或中断方式传送数据。
由于C口的PC0,PC1和PC2定义为B口工作在方式1的联络信号线，PC3,PC4和PC5定义为A口工作方式1的联络信号线，因此只允许A口和B口工作在方式1。
A口和B口工作在方式1，当数据输入时，C口的引脚信号定义如图7.6所示。
PC3,PC4和PC5定义为A口的联络信号线INTRA,
和IBFA,PC0,PC1和PC2定义为B口的联络信号线INTRB,IBFB和
，剩余的PC6和PC7仍可以作为基本I/O线，工作在方式0。
方式1输入联络信号的功能如下：
（strobeinput）：
选通信号，输入，低电平有效。
此信号由外设产生输入，当
有效时，选通A口或B口的输入数据锁存器，锁存由外设输入的数据，供CPU读取。
IBF（inputbufferfull）：
输入缓冲器满信号，输出，高电平有效。
当A口或B口的输入数据锁存器接收到外设输入的数据时，IBF变为高电平，作为对外设
的响应信号，CPU读取数据后IBF被清除。
INTR：
中断请求信号，输出，高电平有效，用于请求以中断方式传送数据。
为了能实现用中断方式传送数据，在8255内部设有一个中断允许触发器INTE，当触发器为“1”时允许中断，为“0”时禁止中断。
A口的触发器由PC4置位或复位，B口的触发器由PC2置位或复位。
方式1数据输入的时序如图7.7所示。
当外设的数据准备就绪后，向8255发送
信号以便锁存输入的数据，
的宽度至少为500ns，在
有效之后的约300ns，IBF变为高电平，并一直保持到
信号由低电平变为高电平，待CPU读取数据后约300ns变为低电平，表示一次数据传送结束。
INTR是在中断允许触发器INTE为1，且IBF为1（8255接收到数据）的条件下，在
后沿（由低变高）之后约300ns变为高电平，用以向CPU发出中断请求，待
变为低电平后约400ns,INTR被撤销。
A口和B口工作在方式1，当数据输出时，C口的引脚信号定义如图7.8所示。
PC3,PC6和PC7定义为A口联络信号线INTRA,
和
，PC0,PC1和PC2定义为B口联络信号线INTRB,
和
，剩余的PC4和PC5仍可以作为基本I/O线，工作在方式0。
方式1输出联络信号的功能如下：
（outputbufferfull）：
输出缓冲器满指示信号，输出，低电平有效。
信号由8255发送给外设，当CPU将数据写入数据端口时，
变为低电平，用于通知外设读取数据端口中的数据。
（acknowledgeinput）：
应答信号，输入，低电平有效。
信号由外设发送给8255，作为对
信号的响应信号，表示输出的数据已经被外设接收，同时清除
信号。
INTR：
中断请求信号，输出，高电平有效。
用于请求以中断方式传送数据。
方式1数据输出的时序如图7.9所示。
当CPU向8255写入数据时，
信号上升沿后约650ns，
有效，发送给外设，作为外设接收数据的选通信号。
当外设接收到送来的数据后，向8255回送
信号，作为对
信号的应答。
信号有效之后约350ns,
变为无效，表明一次数据传送结束。
INTR信号在中断允许触发器INTE为1且
信号无效之后约350ns变为高电平。
若用中断方式传送数据时，通常把INTR连到8259A的请求输入端IRi。
（3）方式2：
双向选通输入/输出方式（bi-directionalbus）方式2为双向选通输入/输出方式，是方式1输入和输出的组合，即同一端口的信号线既可以输入又可以输出。
由于C口的PC7～PC3定义为A口工作在方式2时的联络信号线，因此只允许A口工作在方式2，引脚信号定义如图7.10所示。
由图7.10可以看出，PA7～PA0为双方向数据端口，既可以输入数据又可以输出数据。
C口的PC7～PC3定义为A口的联络信号线，其中PC4和PC5作为数据输入时的联络信号线，PC4定义为输入选通信号
，PC5定义为输入缓冲器满IBFA；
PC6和PC7作为数据输出时的联络信号线，PC7定义为输出缓冲器满
，PC6定义为输出应答信号
；PC3定义为中断请求信号INTRA。
需要注意的是：
输入和输出公用一个中断请求线PC3，但中断允许触发器有两个，即输入中断允许触发器为INTE2，由PC4写入设置，输出中断允许触发器为INTE1，由PC6写入设置，剩余的PC2～PC0仍可以作为基本I/O线，工作在方式0。
8255的控制信号与传输动作的对应关系：
CS
A1
A0
RD
WR
传输说明
0
0
0
0
1
数据从端口A送数据总线
0
0
1
0
1
数据从端口B送数据总线
0
1
0
0
1
数据从端口C送数据总线
0
0
0
1
0
数据从数据总线送端口A
0
0
1
1
0
数据从数据总线送端口B
0
1
0
1
0
数据从数据总线送端口C
0
1
1
1
0
如果D7为1，则由数据总线往控制寄存器写入控制字；如果D7为0，则由数据总线输入的数据作为对C端口的置1、置0命令。
1
X
X
X
X
D7~D0进入高阻状态
0
1
1
0
1
非法的信号组合
0
X
X
1
1
D7~D0进入高阻状态
3、8255初始化编程
8255的A，B，C三个端口的工作方式是在初始化编程时，通过向8255的控制端口写入控制字来设定的。
8255由编程写入的控制字有两个：
方式控制字和置位/复位控制字。
方式控制字用于设置端口A,B,C的工作方式和数据传送方向；置位/复位控制字用于设置C口的PC7～PC0中某一条口线PCi（i＝0～7）的电平。
两个控制字公用一个端口地址，由控制字的最高位作为区分这两个控制字的标志位。
（1）方式控制字的格式
8255工作方式控制字的格式如图7.11所示。
D0：
设置PC3～PC0的数据传送方向。
D0＝1为输入；D0＝0为输出。
D1：
设置B口的数据传送方向。
D1＝1为输入；D1＝0为输出．
D2：
设置B口的工作方式。
D2＝1为方式1；D2＝0为方式0。
D3：
设置PC7～PC4的数据传送方向。
D3＝1为输入；D3＝0为输出。
D4：
设置A口的数据传送方向。
D4＝1为输入；D4＝0为输出。
D6D5：
设置A口的工作方式。
D6D5＝00为方式0，D6D5＝01为方式1，D6D5＝10或11为方式2。
D7：
方式控制字的标志位，恒为1。
例如，将8255的A口设定为工作方式0输入，B口设定为工作方式1输出，C口没有定义，工作方式控制字为10010100B。
（2）C口置位/复位控制字的格式
8255C口置位/复位控制字的格式如图7.12所示。
8255C口置位/复位控制字用于设置C口某一位口线PCi（i＝0～7）输出为高电平（置位）或低电平（复位），对各端口的工作方式没有影响。
D3～D1：
8种状态组合000～111对应表示PC0～PC7。
D0：
用来设定指定口线PCi为高电平还是低电平。
当D0＝1时，指定口线PCi输出高电平；当D0＝0时，指定口线PCi输出低电平。
D6～D4没有定义，状态可以任意，通常设置为0。
D7位作为标志位，恒为0。
例如，若把PC2口线输出状态设置为高电平，则置位/复位控制字为00000101B。
（3）8255初始化编程
8255的初始化编程比较简单，只需要将工作方式控制字写入控制端口即可。
另外，C口置位/复位控制字的写入只是对C口指定位输出状态起作用，对A口和B口的工作方式没有影响，因此只有需要在初始化时指定C口某一位的输出电平时，才写入C口置位/复位控制字。
【例1】设8255的A口工作在方式0，数据输出，B口工作在方式1，数据输入，编写初始化程序（设8255的端口地址为FF80H～FF83H）。
初始化程序如下：
MOV DX,0FF83H ;控制寄存器端口地址为FF83H
MOV AL,10000110B ;A口方式0,数据输出,B口方式1,数据输入
OUT DX,AL ;将控制字写入控制端
【例2】将8255的C口中PC0设置为高电平输出，PC5设置为低电平输出，编写初始化程序（设8255的端口地址为FF80H～FF83H）。
初始化程序如下：
MOV DX,0FF83H ;控制端口的地址为FF83H
MOV AL,00000001B ;PC0设置为高电平输出
OUT DX,AL ;将控制字写入控制端口
MOV AL,00001010B ;PC5设置为低电平输出
OUT DX,AL ;将控制字写入控制端口
三、实验内容
实验预备：
按要求连接实验台数据线，并打开TPC-USB实验机。
注意检查硬件是否连接以及驱动是否正常安装。
1．实验电路如下图，8255C口接逻辑电平开关K0～K7，A口接LED显示电路L0～L7。
2.编程从8255C口输入数据，再从A口输出该数据，验证结果。
四、实验器材
实验所用器材
1、TPC-USB通用微机接口实验系统（包含TPC-USB实验台及对应的TPC-USB实验系统集成开发环境）
2、若干导线
五、实验分析与设计
1、按实验要求连线：
PC0~PC7----K0~K7（逻辑电平开关输入）CS----288H~28FH（片选信号）
PA0~PA7----L0~L7（LED显示电路输出）
RD、WR、A0、A1在实验台内部已经连好
编写并运行程序E8255.ASM
io8255aequ288h;A口的地址
io8255bequ28bh;8255控制寄存器端口地址
io8255cequ28ah;C口的地址
codesegment
assumecs:
code
start:
movdx,io8255b;设8255为C口输入,A口输出
moval,8bh
outdx,al
inout:
movdx,io8255c;从C口输入一数据
inal,dx
movdx,io8255a;从A口输出刚才自C口
outdx,al;所输入的数据
movdl,0ffh;判断是否有按键
movah,06h
int21h
jzinout;若无,则继续自C口输入,A口输出
movah,4ch;否则返回
int21h
codeends
endstart
预计运行结果：
拨动开关K，相应置“1”的开关所对应的灯L亮，否则灭。
六、思考题
1、小结8255方式0的特点；
①若A口、B口都工作在方式0，则此时8255的A口、B口两个8位数据口都可以作为输入口和输出口，但不能同时实现输入及输出。
C端口可以是一个8位的简单接口，也可以分为两个独立的4位端口。
②系统没有指定C口的某些线作为专门的信号联络线，但是用户可以自定义C口的某些线作为信号联络线。
③CPU和8255的A口、B口之间传送数据只能用程控方式（即无条件或查询方式），不能用中断方式。
④输出可以被锁存。
输入不能锁存。
读信号有效到数据稳定的时间内，应由输入设备解决数据锁存问题。
2、与前面简单并行接口实验相比较，总结8255的优缺点
①优点：
简单并行接口电路只能进行8个位的基本输出和输入。
而8255芯片通过编程控制寄存器，可以实现A，B，C三口输出和输入，并且不仅能以基本输入/输出的方式工作，而且可以使A，B口工作在选通的方式下。
所以与简单并行接口相比，8255芯片能够支持更多的外设，工作方式更为灵活。
②缺点：
由于8255需要初始化编程来确定工作方式，因此与简单并行接口相比，8255增加了程序的复杂性。
[实验四]可编程并行接口8255与七段数码管实验
一、实验目的
进一步熟悉可编程并行接口8255方式0的使用；掌握数码管显示数字的原理。
二、实验原理
七段数码管的工作原理：
1、LED数码管的工作原理
LED数码管由7个发光二极管组成，如图（a）所示，此外，还有一个圆点型发光二极管（在图中以h表示），用于显示小数点。
通过七段发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。
LED数码管中的发光二极管共有两种连接方法：
（1）共阴极接法：
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。
使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。
实验中使用的LED显示器为共阴极接法。
（2）共阳极接法：
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。
使用时公共阳极接＋5V。
这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。
为了显示数字或符号，要为LED显示器提供代码，因为这些代码是为显示字形的，因此称之为字形代码。
七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计八段。
因此提供给LED显示器的字形代码正好一个字节。
若a、b、c、d、e、f、g、h，8个显示段依次对应一个字节的低位到高位，即D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7。
2、单个LED数码管的显示
由于发先工极管发光时.通泣的平均电流为1OmA-20mA，而通常的输出锁存器不能提供这么大的电流，所以LED各段必须接驱动电路.例如，对于共阴极数码管，阴极接地，则阳极要加驱动电路.驱动电路可由三极管构成，也可以采用小规模集成电路。
三、实验内容
实验预备：
按要求连接实验台数据线，并打开TPC-USB实验机。
注意检查硬件是否连接以及驱动是否正常安装。
1、静态显示：
按左图连接好电路，将8255的A口PA0～PA6分别与七段数码管的段码驱动输入端a～ｇ相连，位码驱动输入端S1接+5V（选中），S0、dp接地（关闭）。
编程从键盘输入一位十进制数字（0～9），在七段数码管上显示出来。
2、动态显示：
使用右图的电路连接，段码不变，位码驱动输入端S1、S0接8255C口的PC1、PC0。
编程在两个数码管上循环显示“00-99”。
（选作）
五、实验器材
实验所用器材
1、TPC-USB通用微机接口实验系统（包含TPC-USB实验台及对应的TPC-USB实验系统集成开发环境）
3、若干导线
五、实验分析与设计
1、按实验要求连线：
PA0~PA6----a~g（七段数码管的段码驱动输入端）S1----+5V（选中）
S0----GNDDP----GND（接地）
CS----288H~28FH（片选信号）
RD、WR、A0、A1在实验台内部已经连好
实验台上的两个LED为共阴极结构，而位码用反相驱动器驱动，因此，S1接+5V使LED1被选中，S0接地使LED0未被选中（不工作）。
利用七段数码管的字型代码表：
编写并运行程序：
LED1.ASM
datasegment
io8255aequ288h;A口的地址
io8255bequ28bh;8255控制寄存器端口地址
leddb3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh;显示代码表
mesg1db0dh,0ah,'Inputanum（0--9）,otherkeyisexit:
',0dh,0ah,'$'
dataends
codesegment
assumecs:
code,ds:
data
start:
movax,data
movds,ax
movdx,io8255b;使8255的A口为输出方式
movax,80h
outdx,al
sss:
movdx,offsetmesg1;显示提示信息
movah,09h
int21h
movah,01;从键盘接收字符
int21h
cmpal,'0';是否小于0
jlexit;若是则退出
cmpal,'9';是否大于9
jgexit;若是则退出
subal,30h;将所得字符的ASCII码减30H
movbx,offsetled;bx为数码表的起始地址
xlat;求出相应的段码
movdx,io8255a;从8255的A口输出
outdx,al
jmpsss;转SSS
exit:
movah,4ch;返回
int21h
codeends
endstart
预计运行结果：
从电脑键盘上输入0-9，并在七段数码管上直接显示出来。
2、按实验要求连线：
PA0~PA6----a~g（七段数码管的段码驱动输入端）
S1----PC1S0----PC0DP----GND（不工作）
CS----288H~28FH（片选信号）RD、WR、A0、A1在实验台内部已经连好
通过交替选中LED1和LED0循环显示两位十进制数，位码驱动输入端S1、S0接8255AC口的PC1、PC0，通过C口的这两位交替输出1和0，以便交替选中LED1和LED0，从而实现两位十进制数的交替显示。
编写并运行程序：
LED2.ASM
datasegment
io8255aequ28ah;C口的地址
io8255bequ28bh;8255控制寄存器端口地址
io8255cequ288h;A口的地址
leddb3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh;段码
buffer1db0,0;存放要显示的十位和个位
bzdw?
;位码
dataends
codesegment
assumecs:
code,ds:
data
start:
movax,data
movds,ax
movdx,io8255b;将8255设为A口输出
moval,80h
outdx,al
movdi,offsetbuffer1;设di为显示缓冲区
loop1:
movcx,030h;循环次数
loop2:
movbh,02
lll:
movbyteptrbz,bh
pushdi
decdi
adddi,bz
movbl,[di];bl为要显示的数
popdi
movbh,0
movsi,offsetled;置led数码表偏移地址为SI
addsi,bx;求出对应的led数码
moval,byteptr[si]
movdx,io8255c;自8255A的口输出
outdx,al
moval,byteptrbz;使相应的数码管亮
movdx,io8255a
outdx,al
pushcx
movcx,100
delay:
loopdelay;延时
popcx
moval,00h
outdx,al
movbh,byteptrbz
shrbh,1
jnzlll
looploop2;循环延时
movax,wordptr[di]
cmpah,09
jnzset
cmpal,09
jnzset
movax,0000
mov[di],al
mov[di+1],ah
jmploop1
set:
movah,01
int16h
jneexit;有键按下则转exit
movax,wordptr[di]
incal
aaa
mov[di],al;al为十位
mov[di+1],ah;ah中为个位
jmploop1
exit:
movdx,io8255a
moval,0;关掉数码管显示
outdx,al
movah,4ch;返回
i
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