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微型計算機原理與接口技術習題及實驗指導

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    本書作為作者編寫的《微機原理及接口技術》的配套教材, 包含該書各章節(jié)的知識要點、習題解答和匯編語言程序設計實驗及微型計算機接口基本實驗。本書介紹微機原理及接口技術課程所需的各類實驗, 包括實驗要求、實驗目的、實驗電路圖、實驗步驟和實驗例程。對每一個實驗都給出了較為詳細的硬件原理圖, 對實驗需要的一些基礎知識也進行了必要的補充。

　　本套書由《微型計算機原理及接口技術》和《微型計算機原理及接口技術習題及實驗指導》組成，是為高等院校非計算機專業(yè)學生編寫的計算機技術基礎課教材。作者根據微型計算機技術發(fā)展現狀，考慮非計算機專業(yè)學生的數字技術基礎薄弱，結合工科院校學生對計算機應用的偏好，以8086/8088CPU為背景，介紹微型計算機的原理與接口技術。

　　本書作為《微機原理及接口技術》的配套教材，包含了主教材各章節(jié)的知識要點、習題解答和匯編語言程序設計實驗及微型計算機接口基本實驗。

　　每一個實驗都包括實驗要求、實驗目的、實驗電路圖、實驗步驟和實驗例程，緊扣理論知識要點，采用由簡入繁、步步深入的方法引導學生做實驗。實驗與實際應用相結合，充滿趣味性，能充分調動學生的積極性。

　　本書可作為普通高等院校工科非計算機類學生的微機原理及接口技術課程的實驗教材，也可作為工程技術人員學習的參考書。

　　前言

　　                                                         “微型計算機原理與接口技術”是高等院校非計算機專業(yè)學生，特別是工學各相關專業(yè)學生學習微型計算機基本知識和應用技能的課程。課程幫助學生掌握微型計算機的硬件組成原理，學會運用指令系統(tǒng)和匯編語言進行程序設計，了解C/C++與匯編語言混合編程的方法，掌握微型計算機接口的基本技術，為后續(xù)智能控制系統(tǒng)類課程的學習打下基礎。實驗教學是本課程的重要組成部分，是學生掌握程序設計方法和計算機控制系統(tǒng)電路設計的關鍵環(huán)節(jié)。

　　本課程實驗采用的主要設備為偉福Lab 8000系列單片機仿真實驗系統(tǒng)。所有實驗內容均以此實驗箱為基礎。本書中的第3、4、6、7、8章安排了實驗內容，每個實驗都緊扣理論知識要點，采用由簡到繁、步步深入的方法引導學生做實驗。實驗與實際應用相結合，充滿趣味性，可充分調動學生的積極性。

　　本書第1、2章由郭威編寫，第3、4、7章由侯彥利編寫，第5章由趙永華編寫，第6章由劉通編寫，第8、9章由馬愛民編寫，全書由侯彥利統(tǒng)稿。

　　本書內容包括《微型計算機原理與接口技術》一書中各章節(jié)后的習題解答，僅供參考。

　　由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。

　　編者2016年8月于吉林大學

作者：侯彥利、趙永華、郭威、馬愛民、劉通

第1章微型計算機基礎知識1

1.1知識要點1

1.2習題解答4

第2章8086/8088微處理器6

2.1知識要點6

2.2習題解答9

第3章8086/8088指令系統(tǒng)11

3.1知識要點11

3.2習題解答12

3.3Debug使用實驗21

實驗1Debug的使用26

實驗2算術運算指令的應用28

實驗3串操作指令的應用29

實驗4轉移指令的應用30

第4章匯編語言及其程序設計31

4.1知識要點31

4.2習題解答32

4.3匯編語言程序設計實驗41

實驗1顯示字符實驗41

實驗2BCD到ASCII碼轉換48

實驗3響鈴程序50

實驗4C語言與匯編語言混合編程51

實驗5從鍵盤輸入數據并顯示54

實驗6計算N！57

實驗7兩個多位十進制數相減62[1][3]微型計算機原理與接口技術習題及實驗指導目錄[3][3]實驗8接收年/月/日信息并顯示65

實驗9排序68

實驗10學生成績名次表73

第5章存儲器78

5.1知識要點78

5.2習題解答79

第6章輸入/輸出與中斷技術84

6.1知識要點84

6.2習題解答87

6.3基本輸入/輸出接口實驗91

實驗1用74HC245讀入數據91

實驗2用74HC273輸出數據93

實驗316×16點陣顯示實驗96

實驗48段數碼管顯示100

實驗5鍵盤掃描顯示實驗104

實驗68259外部中斷實驗110

第7章可編程接口芯片115

7.1知識要點115

7.2習題解答117

7.38253/8255應用實驗122

實驗18255輸入/輸出實驗122

實驗2步進電機控制實驗126

實驗38253定時實驗131

實驗48253計數器實驗133

實驗5液晶顯示控制實驗135

實驗68251A串行通信實驗144

第8章數/模轉換及模/數轉換技術156

8.1知識要點156

8.2習題解答157

8.3數/模轉換和模/數轉換實驗159

實驗1數/模轉換實驗159

實驗2模/數轉換實驗161

實驗3壓力傳感器實驗164

實驗4直流電機控制實驗170

第9章總線技術174

9.1知識要點174

9.2習題解答175

參考文獻178

　　第5章存儲器5.1知識要點〖*3/4〗1. 半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類即隨機讀/寫存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。對于隨機讀/寫存儲器，又可分為靜態(tài)隨機讀/寫存儲器和動態(tài)隨機讀/寫存儲器，靜態(tài)隨機讀/寫存儲器的存儲原理是利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息，動態(tài)隨機讀/寫存儲器的存儲原理是利用電容存儲信息。對于動態(tài)隨機讀/寫存儲器，由于電容泄漏電荷，存儲單元的電荷需要定時補充，所以動態(tài)隨機讀/寫存儲器需要刷新。

　　2. 引腳

　　所有的存儲器器件都有地址輸入引腳、數據輸出或者數據輸入/輸出引腳、從多片存儲芯片中選定一個芯片的片選引腳，還有控制讀/寫操作的控制引腳。地址線接收的地址信息用于選擇存儲芯片內部的存儲單元。數據線負責數據的輸出或者輸入/輸出。芯片選擇線用于選中該器件，或者說激活該器件。片選擇線常被標識為片選、片使能或簡稱為選擇，每個存儲器件都有控制數據輸入/輸出的控制線，通常標記為OE、WE，低電平有效。

　　3. 常用芯片

　　常用的SRAM芯片有6116(2K×8b)、6232(4K×8b)、6264(8K×8b)、62128(16K×8b)、62256(32K×8b)和62512(64K×8b)等。

　　4. 芯片的應用

　　存儲器芯片的應用就是將芯片正確地接入計算機系統(tǒng)。根據CPU要求的地址范圍，將芯片上的各種信號與計算機系統(tǒng)的地址線、數據線和控制線連接在一起，存儲器芯片就接入了計算機系統(tǒng)。

　　(1) 數據線的連接。系統(tǒng)中所有的數據線都必須和芯片的數據線直接關聯，雙方都[1][3]微型計算機原理與接口技術習題及實驗指導第5章存儲器[3][3]不能有剩余。如果芯片上的數據線和系統(tǒng)中的數據線的數量一致，則將它們一對一相連；如果芯片上的數據線少于系統(tǒng)中的數據線，如2114(1K×4b)只有4根數據線，則必須選用2片芯片組成一組，構成數據線為8根的存儲器芯片組，才可以與8088 CPU相連。如果芯片上的數據線多于系統(tǒng)中的數據線，說明選擇的芯片不合適，必須更換。

　　(2) 控制信號線的連接。存儲器只有兩種操作：讀和寫。相應的與讀/寫有關的控制信號通常只有兩個：寫允許和輸出允許。它們應該分別與系統(tǒng)中的讀/寫控制信號相連。

　　(3) 地址線的連接。一般存儲芯片上地址線的數量比計算機系統(tǒng)中的地址線少，所以將芯片正確地接入計算機系統(tǒng)，必須解決地址線不匹配的問題。芯片在接入系統(tǒng)中時，芯片上的地址線和系統(tǒng)中的低位地址線一對一相連，使CPU可以選擇芯片內任一存儲單元。系統(tǒng)中剩余的地址線在芯片中沒有對應線，不能直接與芯片發(fā)生關聯。

　　將一組輸入信號轉換為一個輸出信號，稱為譯碼。將系統(tǒng)中剩余的地址信號經過譯碼電路轉換為一個輸出信號，作為芯片的片選信號，稱為地址譯碼。經過地址譯碼，系統(tǒng)中全部地址線都與芯片產生了關聯，使芯片中每一個存儲單元在系統(tǒng)的地址空間中都有*的一個物理地址。地址譯碼是存儲器芯片應用的核心和關鍵。

　　地址譯碼的方法有全地址譯碼和部分地址譯碼。

　　5. 只讀存儲器

　　只讀存儲器ROM一般用于存放固定的程序，如BIOS。常用的只讀存儲器類型有掩膜式ROM、可編程ROM(PROM)、可擦除可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)和閃存(Flash Memory)。

　　5.2習題解答

　　1. 半導體存儲器按照工作方式可分為哪兩大類？它們的主要區(qū)別是什么？

　　解：

　　(1) 半導體存儲器按照工作方式可分為ROM和RAM 。

　　(2) 它們之間的主要區(qū)別是ROM在正常工作時只能讀出，不能寫入。RAM則可讀可寫。斷電后，ROM中的內容不會丟失，RAM中的內容會丟失。

　　2. 動態(tài)RAM為什么需要定時刷新？

　　解： DRAM的存儲元以電容存儲信息，由于存在漏電現象，電容中存儲的電荷會逐漸泄漏，從而使信息丟失或出現錯誤。因此需要對這些電容定時進行刷新。

　　3. 存儲器的地址譯碼方法有哪兩種方式？

　　解：存儲器的地址譯碼方法有全地址譯碼和部分地址譯碼。

　　4. 設計一個4KB ROM與4KB RAM組成的存儲器系統(tǒng)，芯片分別選用2716(2K×8b)和6116(2K×8b)，其地址范圍分別為4000H～4FFFH和 6000H～6FFFH，CPU地址空間為64KB，畫出存儲系統(tǒng)與CPU的連接圖。

　　解：分析： 2716(2K×8b)11根地址線A0～A10

　　6116(2K×8b)11根地址線A0～A10

　　分別需要芯片的個數：

　　2716: 4K×8b/2K×8b=2

　　6116: 4K×8b/2K×8b=2

　　將地址展開成二進制： 4KB的ROM地址空間為4000H～4FFFH。A15 A14A13 A12

　　0100

　　0100 A11 A10 A9 A8

　　0000

　　0111

　　1000

　　1111A7 A6 A5 A4

　　0000

　　1111

　　0000

　　1111A3A2 A1 A0

　　0000

　　1111

　　0000

　　11112716(2K×8b)： 2片。

　　第1片地址范圍： 4000H～47FFH。

　　第2片地址范圍： 4800H～4FFFH。

　　4KB的RAM地址空間為6000H～6FFFH。A15 A14A13 A12

　　0110

　　0110 A11 A10 A9 A8

　　0000

　　0111

　　1000

　　1111A7 A6 A5 A4

　　0000

　　1111

　　0000

　　1111A3A2 A1 A0

　　0000

　　1111

　　0000

　　11116116(2K×8b)： 2片。

　　第1片地址范圍： 6000H～67FFH。

　　第2片地址范圍： 6800H～6FFFH。

　　利用CPU的剩余地址線A15～A11，使用3∶8譯碼器進行全地址譯碼，生成片選信號： Y0、Y1、Y4、Y5，為4個芯片使用。

　　存儲系統(tǒng)與CPU連接圖如圖51所示。

　　圖51第4題電路圖

　　5. 試利用全地址譯碼將6264芯片接到8088 CPU系統(tǒng)總線上，使其所占地址范圍為32000H～33FFFH。

　　解：將地址范圍展開成二進制形式如下。

　　0011 0010 0000 0000 0000

　　0011 0011 1111 1111 1111

　　6264芯片的容量為8×8KB，需要13根地址線A0～A12。而剩下的高7位地址應參加該芯片的地址譯碼。電路如圖52所示。

　　6. 若采用6264芯片構成內存地址從20000H～8BFFFH的內存空間，需要多少個6264芯片？

　　解：從20000H～8BFFFH的內存空間共有8BFFFH－20000H＋1＝6C000H(432K)個字節(jié)，每個6264芯片的容量8KB，故需432/8＝54個。

　　7. 設某微型機的內存RAM區(qū)的容量為128KB，若用2164芯片構成這樣的存儲器，需多少個2164芯片？圖52第5題電路圖

　　解：每個2164芯片的容量為64K×1b，共需128/64×8＝16個。

　　8. 高速緩沖存儲器的工作原理是什么？為什么設置高速緩沖存儲器？

　　解：

　　(1) 高速緩沖存儲器的工作原理是基于程序和數據訪問的局部性原理。

　　(2) 設置高速緩沖存儲器是為了緩解CPU和內存之間存取速度的矛盾，將當前正在執(zhí)行的指令及相關聯的后續(xù)指令集從內存讀到Cache，使CPU執(zhí)行下一條指令時從Cache中讀取。Cache的存在使CPU既可以以較快的速度讀取指令和數據，又不至于使微型計算機的價格大幅度提高。

　　9. 現有2個6116芯片，所占地址范圍為61000H～61FFFH，試將它們連接到8088 CPU系統(tǒng)中。并編寫測試程序，向所有單元輸入任意一個數據，然后再讀出與之比較，若出錯則顯示Wrong！，若全部正確則顯示OK！。

　　解：電路連接如圖53所示。

　　圖53第9題電路圖

　　測試程序段如下。OKDB'OK!',$

　　WRONGDB'Wrong!',$

　　…

　　MOVAX, 6100H

　　MOVES, AX

　　MOVDI, 0

　　MOVCX, 1000H

　　MOVAL, 55H

　　REP STOSB