北邮微原硬件实验报告.docx

微机原理硬件实验报告2015-2016学年第一学期微机原理硬件实验报告学院： 班级：学号：姓名： 序号：目录实验一 熟悉实验环境及IO的使用3一 实验目的3二 实验内容3三 实验过程31 实验原理32 流程图33 源代码44 子程序清单65 代码分析6四 实验总结6实验二 8255A并行接口应用7一 实验目的7二 实验内容7三 实验过程71 八位数码管位选规律72 六位数码管静态显示83 六位数码管动态显示114 扩展：显示键盘输入学号15四 实验总结21实验三 8253计数器/定时器的应用22一 实验目的22二 实验内容22三 实验过程221 蜂鸣器发音规律222 音乐发生器233 扩展：小键盘弹琴功能32四 实验总结38实验一 熟悉实验环境及IO的使用一 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I/O端口。3学会Debug的使用及编写汇编程序。二 实验内容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。实现功能：1）通过读入端口状态，选择工作模式（灯闪烁方式、速度等）；2）通过输出端口控制灯的工作状态（低电平灯亮）。三 实验过程1 实验原理1在Debug下，用I是命令读输入端口的状态，即拨码开关的状态，用O命令向端口输出数据，通过LED发光管来查看。测试结果：1）使用命令：I 0EEE0H读取开关状态，得出的结果为左低右高，即 S0 是低位，S7 是高位。2）实验命令：O 0EEE0H测试LED，改变输入的值可依次测试各个数码管是否正常。LED左边为高位，右边为低位。2分析以下程序段的作用MOV AH, 0BHINT 21HOR AL,ALJZ 0100INT 20H该段程序实现了检测键盘状态，在键盘有任意键输入时退出程序返回DOS的功能。该实现依赖于0BH号中断调用和巧妙使用程序入口返回地址直接返回。在DOS的DEBUG模式下，地址不用添加十六进制H标志。地址默认为16进制，多写了反而画蛇添足产生错误。普通数据为了区分需要添加H。2 流程图3 源代码DATA SEGMENTPORT EQU 0EEE0HDATA ENDSSTACK SEGMENT STACKSTACKDB 100 DUP(?)STACK ENDSCODE SEGMENTASSUME DS:DATA,CS:CODE,SS:STACKBEGIN: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV AL,07FH ;01111111MOV DX,PORT MOV SI,2 START: PUSH AX;入栈保存IN AL,DX;读取拨码开关状态MOV BL,AL;BL存储拨码开关状态POP AX;出栈恢复TEST BL,10H;00010000.判断左数第五个拨码开关的状态，;实现灯型的变化JNZ TWO;ON状态为两个灯CMP SI,1;判断AL状态JZ CONT;SI等于1时AL有两位为0，应恢复为只有一位为0， MOV AH,ALROR AH,1OR AL,AHMOV SI,2;AL恢复为只有一位为0，SI变为2JMP CONTTWO:CMP SI,2JZ CONT;SI为2时只有AL只有1位为0，应对其变换MOV AH,ALROR AH,1AND AL,AH;AL有两位为0MOV SI,1CONT:OUT DX,ALTEST BL,08H;00001000.判断第四个拨码开关的状态，实现暂停JNZ START;ON状态实现暂停TEST BL,02H;00000010.判断第二个拨码开关的状态，;实现速度的变化JNZ HIGHSP;ON状态实现高速MOV BP,0200H;低速状态时延JMP MOVEHIGHSP:MOV BP,0100H;高速状态时延MOVE:CALL DELAYTEST BL,04H;判断第三个拨码开关的状态，实现方向的变化JNZ LEFT;ON状态为方向向左RIGHT:ROR AL,1;右移，以备点亮下一盏灯JMP EXITLEFT:ROL AL,1;左移，以备点亮下一盏灯EXIT:TEST BL,01H;判断第一个拨码开关的状态JZ START;OFF状态继续运行，ON状态实现退出MOV AL,0FFH;实现全灭 OUT DX, ALMOV AH,4CHINT 21HDELAYPROC MOV CX,BP;BP越大延时次数越多，速度越慢LOOP1:PUSH CXMOV CX,0FFFFHLOOP2:LOOP LOOP2POP CXLOOP LOOP1RETDELAYENDPCODEENDSEND BEGIN4 子程序清单1）子程序名：DELAY功能：实现延迟显示，即控制每个LED点亮持续一定时间；入口参数：BP，赋值给CX控制循环次数，从而实现速度的控制；出口参数：无；使用寄存器：CX，BP。5 代码分析1)通过读取拨码开关地址获得拨码开关状态，将该状态的值赋给BL，实现对灯型、暂停、速度、方向以及退出的控制。2)灯型的控制：通过相应拨码开关的状态选择灯型。灯型一共有两种，第一种为每次亮一盏灯，此时控制输出的寄存器AL中的值只有一位为0，其余七位为1；第二种为每次亮两盏灯，此时控制输出的寄存器AL中的值两位为0，其余六位为1。使用寄存器SI表示当前寄存器AL中0的个数，当SI的值与控制灯型的信息不一致时，通过逻辑与/逻辑或的操作，修改AL的值。3)暂停的控制：通过相应拨码开关的状态判断是否执行暂停操作。当需要暂停时，控制输出的寄存器AL中的值保持不变，当不需要暂停时，控制输出的寄存器AL中的值循环左移/循环右移。4)速度的控制：通过相应拨码开关的状态判断速度的大小。在不同的状态下，对BP赋不同的值，BP作为DELAY子程序的入口参数控制延时的时间从而实现速度的变化。BP越大，则外循环次数越多，所耗时间越长，每个LED点亮持续时间越久，即速度越慢。5)方向的控制：通过相应拨码开关的状态判断方向。在不同的状态下，对控制输出的寄存器AL中的值循环左移/循环右移，即可控制显示的方向。6)退出的控制：通过相应拨码开关的状态判断是否退出程序。四 实验总结虽然本次实验是第一次微原硬件实验，但是在此之前已经有了一定的软件编程基础，并且在VHDL实验中我们也曾编写过跑马灯实验，因而实验之前对实验原理及代码结构有初步的掌握。实验过程中我们按照讲义中的要求先对拨码开关及LED进行了测试，便捷了之后程序的编写。总而言之，通过本次实验，我们对利用汇编语言对硬件进行编程有了一定的掌握，对后续实验的开展奠定了良好的基础。实验二 8255A并行接口应用一 实验目的1掌握8255A的功能及方式0、1的实现。2熟悉8255A与CPU的接口，以及传输数据的工作原理及编程方法。3了解七段数码管显示数字的原理。4掌握同时显示多位数字的技术。二 实验内容1八段数码管的显示规律及数码管的位选规律。.2六位数码管静态显示。在数码管电路上静态地显示6位学号，当主机键盘按下任意键时，停止显示，返回DOS。3六位数码管动态显示。要求在数码管电路16位数码管上，动态显示字符串HELLO，当主机键盘按下任意键时结束。4扩展部分：完成扫描键盘（PC口）输入自己的学号，并在数码管上显示。三 实验过程1 八位数码管位选规律在方式0（输入/输出）下，以A口为输出口，B口为输出口， A口接六个共阴极数码管的八位段码，高电平点亮数码管的某一段，B口接数码管的位选（即要使哪个数码管亮），高电平选中某一位数码管点亮。测试结果如下图：根据上述测试结果，不难得出0-9对应的编码，如下表：字形0123456789编码0EDH21H0F4H0F1H39H0D9H0DDH61H0FDH0F9H2 六位数码管静态显示2.1 实验原理1)电路6个数码管的同名阳极段已经复接，当段选寄存器寄存了一个字型编码之后，6个数码管都将显示出相同的数字。如果要使6个数码管“同时”显示不同的数字，必须采用扫描显示的方法。2)通过选位寄存器选择某一位数码管，显示其数字（对应段值为1），然后关闭此数码管，再选择下一位数码管进行显示；如果在一秒钟内，每一位数码管都能显示30次以上，则人眼看到的是几位数码管同时在显示。实验证明，在扫描显示过程中，每一位显示延迟1ms是最佳选择。3)在本次实验中，采用行扫描方式，一次扫描6位数码管，并进行反复循环，使得每位数码管显示虽然存在间隔，但人眼仍为同时显示。每位数码管显示的时间即为显示延迟，在每一次扫面之后检测键盘状态，若有任意键输入，便退出返回DOS界面。2.2 流程图2.3 源代码DATA SEGMENTNUM DB 0F4H,21H,0EDH,0DDH,39H,61H;学号后六位为210647DATA ENDS;-STACK SEGMENT STACK STACKDB 100 DUP(0)STACK ENDS;-CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACKSTAT:MOV AL,10000000B;A,B,C口均以方式0输出MOV DX,0EE03H ;设置控制地址OUT DX,AL;送控制字到控制地址MOV AX,DATAMOV DS,AX ;设置段地址MOV ES,AXLOP1:XOR SI,SI ;SI清零MOV CX,06H ;循环6次，即一个周期6位数码管MOV DX,0EE00H ;A口的地址赋给DX，A口接八位段码MOV BL,00000001B ;高电平即选中该位数码管点亮LOP2:MOV AL,NUMSI ;将需要显示的数字赋给ALOUT DX,AL ;送AL输出至A端口MOV AL,BL ;将控制哪一位亮的功能赋给ALINC DX;B口的地址赋给DX，B口接六位数码管OUT DX,AL;送AL输出至B端口，完成指定位显示指定数字DEC DX;重新将A口地址赋给DXROL BL,1 ;循环移位，控制下一位数码管亮INC SI;SI加1，使得下次显示中改变所显示的数字CALL DELAY ;延时，即每位数码管点亮的时间CALL KEY ;判断是否有键盘输入LOOP LOP2 ;循环6次，6位数码管依次按要求点亮JMP LOP1;循环，重新于第一位开始点亮;- DELAY PROC NEAR ;延时程序，双重循环PUSH BX;BX入栈，保留BX寄存器中的数据PUSH CX;CX入栈，保留CX寄存器中的数据MOV BX,000BH ;BX重新赋值LOP3: MOV CX,00H ;CX重新赋值LOOP $;每循环一次，CX自减1，直至结果为0，即FF次DEC BX;BX减1JNZ LOP3 ;结果为0时停止，即循环11次POP CX;CX中数据恢复为入栈前的值POP BX;BX中数据恢复为入栈前的值RETDELAY ENDP;- KEY PROC NEAR ;判断是否有键盘输入PUSH AX;AX入栈，保留BX寄存器中的数据MOV AH,0BH ;检查输入设备状态INT 21HOR AL,AL;无输入字符AL为00H，有输入为FFHJZ GOON ;全为0即为无输入，返回主程序MOV DX,0EE01HMOV AL,00HOUT DX,AL;完成B端口清零，即6位全灭MOV AH,4CH ;退出程序INT 21HGOON:POP AXRETKEY ENDP;- CODE ENDSEND STAT2.4 子程序清单1）子程序名：DELAY功能：实现延迟显示，即控制每个LED点亮持续一定时间；入口参数：无；出口参数：无；使用寄存器：BX，CX，FR。2）子程序名：KEY功能：判断是否有键盘输入，若有则退出程序；入口参数：无；出口参数：无使用寄存器：AX，DX，FR。2.5 代码分析1)静态显示的过程可以分为六个状态，在每个状态中，只有一位数码管工作，显示对应数字信息。系统循环进行这六个状态，当速度合适时有静态显示六位数字的效果。2)在数据段中定义NUM，在NUM中存入待显示的“210647”六位数字，根据之前测试得其对应编码为0F4H，21H，0EDH，0DDH，39H和61H；CX表示循环次数；SI表示显示数字在NUM中的位置；BL控制数码管的工作状态。3)在每个状态中，将需要显示的信息赋值给AL，送至8位段码的A口输出，然后将BL赋给AL，送至控制6位数码管的B口输出，从而使数码管在不同的位置显示数字信息。4)在每个状态结束时，对BL做循环移位，SI自加1，调用延时函数控制显示的速度。调用判断键盘输入函数，延时之后若无键盘输入，进入下一状态。如此循环完成6位数码管的显示。5)若循环一个周期仍无键盘输入，则回到第一个状态重新循环，直至有键盘输入。6)延时程序中，采用两层嵌套循环实现延时。对BX，CX采用入栈操作后重新赋值，BX赋初值为000BH，CX为00H，内循环为每循环一次，CX自减1，直至CX等于0，即内循环FFFFH次，外循环为每循环一次，BX减一，当BX为0时终止循环，即外循环0BH次，总共实现FFFFH*0BH次时跳出循环，BX，CX恢复为原值后返回主程序，实现延时显示。7)判断有无键盘输入时，调用DOS命令，AH为0BH即为判断是否有键盘输入，无字符输入时AL为00H，与自身或操作之后结果仍全为0，返回主程序，若有字符输入时AL与自身或操作之后结果不为0，对B端口输出00H，即6位数码管全灭之后退出程序。3 六位数码管动态显示3.1 实验原理1)数码管动态显示“HELLO”字符串，相当于每次显示6位静态字符，每次显示一定时间间隔之后，显示另外6位静态字符。具体如下图所示：显示0.5sH显示0.5sHE显示0.5sHEL显示0.5sHELL显示0.5sHELLO显示0.5sHELLO显示0.5s2)每次显示静态字符串的核心代码与静态显示实验的代码相同，因而可以将静态显示中的程序封装为一个子程序直接使用。增加的功能为需要按一定时间间隔移位读取“HELLO”，程序中通过将其前加入六个空字符，作为码表存储，第一次读取为六个空字符，第二次为五个空字符和字符“H”，第三次为四个空字符和字符“HE”，依次类推，显示时依次往后读取即可。3)可以通过读取拨码开关输入的状态，控制延时的时间，从而实现速度快慢的变化以及实现暂停的功能。3.2 流程图3.3 源代码DATASEGMENTMESGDB 0,0,0,0,0,0,3DH,0DCH,8CH,8CH,0EDH,0 ;据显示规律“HELLO”对应码表为3DH,0DCH,8CH,8CH,0EDHDATAENDS ;-STACKSEGMENT STACK STACKDB 100 DUP(0)STACK ENDS ;-CODE SEGMENTASSUME DS:DATA,CS:CODE,SS:STACK ;- MAIN PROC FARMOV AX,DATAMOV DS,AX;设置段地址MOV ES,AXMOV AL,80HMOV DX,0EE03H OUT DX,AL ;端口A,B,C均以方式0输出LOP6:MOV BX,OFFSET MESG;设置偏移量MOV CX,07H ;循环次数，对应7个状态LOP5:MOV DX,0EEE0H ;拨码开关状态控制显示速度IN AL,DX;读拨码开关状态给ALINC AL;自加1，预防全0时不便延时AND AL,07H;取低三位的值XOR AH,AH;高八位清零MOV DX,AX ;DX表示显示速度LOPZ:CALL DISP ;调用静态显示函数DEC DX ;DX为拨码开关后三位状态，自减1JNZ LOPZ ;DX不为0时继续显示;DX越大同一状态显示时间越长，速度越慢INC BX ;自加1，BX指向下一状态LOOP LOP5 ;循环7次，实现滚动效果JMP LOP6 ;每次循环结束后回到第一个状态MAIN ENDP;-DISP PROC NEAR ;将静态显示封装为子程序PUSH CX;入栈保护 PUSH DXPUSH AXMOV BP,000AH ;控制延时LOPX:XOR SI,SIMOV CX,06H ;循环6次，即依次点亮6位数码管MOV DX,0EE00HMOV AH,00000001B ;一次只亮一位LOP2:MOV AL,MESGBX+SI;需要显示的字符对应的码值赋给ALOUT DX,AL;完成段码输出MOV AL,AH ;控制第几个数码管工作INC DXOUT DX,AL ;完成位码输出DEC DXROL AH,1 ;下一个数码管工作INC SICALL DELAY ;调用延时函数实现每位数码管的延时显示CALL KEY ;调用判断键盘输入状态的函数LOOP LOP2 ;如此循环直至数码管依次被点亮DEC BP;自减1JNZ LOPX ;BP不为0则继续循环，即显示的字符串不变POP AX;出栈恢复POP DXPOP CXRET DISP ENDP;- KEY PROC NEAR ;判断是否有键盘输入PUSH AX;入栈保护MOV AH,0BHINT 21H;DOS调用，将键盘输入信息赋给ALOR AL,ALJZ GOON ;若没有输入则继续工作MOV DX=0EE00HMOV AL,00H;若有输入则六个数码管均不工作OUT DX,ALMOV AH,4CH ;退出程序INT 21HGOON:POP AXRETKEY ENDP ;-DELAY PROC ;控制延时，两层循环PUSH AX;入栈保护PUSH CXMOV AX,000BH ;外循环0BH次LOPD: MOV CX,0HLOOP $ ;内循环FFFF次DEC AXJNZ LOPD POP CXPOP AX RETDELAY ENDP ;- CODE ENDSEND MAIN3.4 子程序清单1)子程序名：DELAY功能：实现延迟显示，即控制每个LED点亮持续一定时间；入口参数：无；出口参数：无；使用寄存器：AX，CX，FR。2)子程序名：KEY功能：判断是否有键盘输入，若有则退出程序；入口参数：无；出口参数：无；使用寄存器：AX，DX，FR。3)子程序名：DISP功能：静态显示6位指定字符；入口参数：无；出口参数：无；使用寄存器：AX，CX，DX，SI，BP，FR。3.5 代码分析1)动态显示的过程可以分为七个状态，在每个状态中，静态显示六位数码管信息。系统循环进行这七个状态，当速度合适时有动态显示的效果。2)在数据段中定义MESG数组，依次存入“0,0,0,0,0,0,3DH,0DCH,8CH,8CH,0EDH,0”；CX表示循环次数，对应表中的七个状态；BX表示当前需要显示的状态，DX表示动态显示的速度。3)将静态显示的程序封装为子程序以供调用，在每个状态中调用子程序DISP实现六位数码管的静态显示，调用子程序DELAY实现延时，调用子程序KEY判断键盘有无输入。4)每个状态结束时，BX加1，表示进入下一状态，如此循环完成数码管的动态显示。5)主程序中通过读取拨码开关状态，将其后三位赋给DX，并在子程序DISP返回时，自减实现延时。DX越大，循环时间越久，则对应的滚动速度越慢。6)若循环一个周期仍无键盘输入，则回到第一个状态重新循环，直至有键盘输入。4 扩展：显示键盘输入学号4.1 实验原理通过4*4键盘电路输入学号，其控制原理如下：1)通过地址为EE02的端口C读取键盘输入，其中PC4、PC5、PC6、PC7分别接行输入，PC3、PC2、PC1、PC0分别接列输入。此外，本次实验识别闭合键的方法为行扫描法，具体方法为使键盘某一行线为低电平，其余为高电平，然后读取列值，如列值中有某位位低电平，则表明行列交叉点处的键被按下；否则扫描下行，直到扫完全部的行线为止。另外，在读取按键输入时需增添相应的防抖代码，以避免读取误差。2)基于上述方法，获得低电平的行列交叉点为按键输入，反馈其对应的数字至数码显示输出或执行相应的功能。4.2 流程图1)主程序流程图2)READ子程序4.3 源代码DATA SEGMENTID DB 6 DUP(0);4*4键盘ARRAY DB 11100111B,11101011B,11101101B,11101110BDB 11010111B,11011011B,11011101B,11011110BDB 10110111B,10111011B,10111101B,10111110BDB 01110111B,01111011B,01111101B,01111110BKEY DB 0EDH,21H,0F4H,0F1H,39H ;数字04对应码表DB 0D9H,0DDH,61H,0FDH,0F9H ;数字59对应码表 DATA ENDS ;-STACK SEGMENT STACK STACKDB 100 DUP(0)STACK ENDS ;-CODE SEGMENTASSUME DS:DATA,CS:CODE,SS:STACK ;- MAIN PROC FARMOV AX,DATAMOV DS,AX;设置段地址MOV ES,AXMOV DX,0EE03H MOV AL,16H;C口PC3复位OUT DX,ALCLEAR:XOR DX,DX ;DX表示已显示/存储数字的个数MOV CX,6;循环次数，表示最多显示/存储的数字个数MOV AL,0XOR SI,SILOPC: MOV IDSI,AL ;将6位ID清零 INC SILOOP LOPCDELETE:NOPAGN1: CALL READ ;读入按键信息CMP AL,0FFH ;判断是否释放按键（防抖动）JNE AGN1 ;未释放则循环 CMP DX,0 ;当前没有显示数字时跳过删除操作JE NEXTDEC DX ;将存储的数字减少一位MOV AL,0MOV SI,DXMOV IDSI,AL ;将显示的最后一位数字清零 NEXT:CALL DISP ;调用静态显示函数CALL READ ;调用读取键盘函数CMP AL,0FFH ;判断键盘是否有输入JE NEXT ;没有输入则循环保持原状;键盘有输入CLD ;设置字符串操作时DI自动加一MOV CX,16;循环次数，表示键盘16个按键MOV DI,OFFSET ARRAY REPNZ SCASB ;寻找输入的按键在键盘中的位置 MOV BX,OFFSET ARRAYSUB DI,BXDEC DI;DI表示输入按键的位置CMP DI,9 ;判断键入是否为数字JBE ISNUM ;跳转到显示数字对应程序CMP DI,12;判断键入是否为清除键（C）JE CLEAR ;跳转到清除对应程序CMP DI,13 ;判断键入是否为删除键（D）JE DELETE;跳转到删除对应程序CMP DI,14;判断键入是否为退出键(E)JE EXIT ;跳转到退出对应程序JMP NEXT ISNUM:NOPAGN2: CALL READ ;读入按键信息CMP AL,0FFH ;判断是否释放按键（防抖动）JNE AGN2 ;未释放则循环 ;释放则进行对应操作MOV AL,KEYDIMOV SI,DXMOV IDSI,AL ;将输入数字储存起来INC DXCALL DISP;调用静态显示函数CMP DX,7 ;判断是否已经显示6位数字JE CLEAR;若已经显示6位数字，则下一次输入时清零JMP NEXTEXIT:MOV AX,4C00H;退出程序INT 21HMAIN ENDP ;-READ PROC NEAR ;读取键盘输入PUSH DX;入栈保护MOV DX,0EE03H;A口、B口以及C口的高四位以方式0输出，;C口低四位以方式0输入MOV AL,81HOUT DX,ALMOV AL,00HMOV DX,0EE02HOUT DX,AL;C口高四位清零IN AL,DX ;读取列信息 MOV BL,AL;存储列信息;-MOV DX,0EE03H;A口、B口以及C口的低四位以方式0输出;C口高四位以方式0输入MOV AL,88HOUT DX,ALMOV AL,00HMOV DX,0EE02HOUT DX,AL;C口低四位清零IN AL,DX ;读取行信息OR AL,BL ;行列相与得到输入信息，存在AL中POP DX;出栈恢复RET READ ENDP;-DISP PROC NEAR ;静态显示程序PUSH CX;入栈保护PUSH DXPUSH AXMOV BP,000FH;控制延时LOPP:XOR SI,SIMOV CX,06H;循环6次，即依次点亮6位数码管MOV DX,0EE00HMOV AH,00000001B;一次只亮一位LOPD:MOV AL,IDSI;需要显示的字符对应的码值赋给ALOUT DX,AL;完成段码输出MOV AL,AH ;控制第几个数码管工作INC DXOUT DX,AL ;完成位码输出DEC DXROL AH,1;下一个数码管工作INC SICALL DELAY ;调用延时函数实现每位数码管的延时显示LOOP LOPD;如此循环直至数码管依次被点亮DEC BP ;自减1JNZ LOPP ;BP不为0则继续循环，即显示的字符串不变POP AX ;出栈恢复POP DX