計(jì)算機(jī)微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)操作手冊(cè)前言微機(jī)接口技術(shù)是計(jì)算機(jī)硬件課程體系中的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，旨在幫助學(xué)習(xí)者深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中微處理器與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換方式、控制邏輯及編程實(shí)現(xiàn)。本手冊(cè)作為微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)課程的指導(dǎo)文件，力求內(nèi)容專(zhuān)業(yè)、結(jié)構(gòu)清晰、操作規(guī)范，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有力支持。通過(guò)本手冊(cè)指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)習(xí)者應(yīng)能熟練掌握典型接口芯片（如8255、8253、8259等）的工作原理與編程方法，理解中斷、DMA等數(shù)據(jù)傳輸方式的機(jī)制，培養(yǎng)硬件電路的搭建、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試及問(wèn)題分析與解決能力。本手冊(cè)適用于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、自動(dòng)化、電子信息等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)習(xí)者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)仔細(xì)閱讀本手冊(cè)相關(guān)章節(jié)，結(jié)合理論知識(shí)，做好充分預(yù)習(xí)，以確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行并取得良好效果。一、實(shí)驗(yàn)總體要求1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深對(duì)微型計(jì)算機(jī)接口基本概念、原理和方法的理解。*掌握常用可編程接口芯片的功能、編程結(jié)構(gòu)及應(yīng)用技巧。*培養(yǎng)硬件電路的分析、連接與調(diào)試能力。*提高匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言在接口程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能力。*培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、規(guī)范的操作習(xí)慣和獨(dú)立解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力。1.2實(shí)驗(yàn)紀(jì)律與安全注意事項(xiàng)*實(shí)驗(yàn)前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟及注意事項(xiàng)，完成預(yù)習(xí)報(bào)告。*實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)按時(shí)到達(dá)實(shí)驗(yàn)室，保持實(shí)驗(yàn)室安靜、整潔，不得大聲喧嘩、隨意走動(dòng)或進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的活動(dòng)。*嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。使用儀器、設(shè)備前，應(yīng)檢查其是否完好，了解其性能和操作方法。*進(jìn)行硬件連接時(shí)，務(wù)必在斷電狀態(tài)下進(jìn)行，嚴(yán)禁帶電插拔連接線或芯片，以免損壞設(shè)備或造成人身傷害。*實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備異常（如冒煙、異響、異味等），應(yīng)立即切斷電源，并及時(shí)向指導(dǎo)教師報(bào)告，不得擅自拆卸、修理。*注意用電安全，不亂拉亂接電線，不觸摸裸露的導(dǎo)線和接點(diǎn)。*實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)真實(shí)記錄，仔細(xì)分析，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。*實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)按要求整理好實(shí)驗(yàn)臺(tái)，關(guān)閉計(jì)算機(jī)及相關(guān)儀器設(shè)備的電源，將實(shí)驗(yàn)器材、工具歸位，并經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。1.3實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求*實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)在每次實(shí)驗(yàn)完成后規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交，內(nèi)容完整、書(shū)寫(xiě)工整、圖表清晰。*實(shí)驗(yàn)報(bào)告一般應(yīng)包含以下幾個(gè)部分：*實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、實(shí)驗(yàn)日期、班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名、指導(dǎo)教師。*實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?實(shí)驗(yàn)原理（簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的基本原理和相關(guān)理論）。*實(shí)驗(yàn)環(huán)境（列出主要的硬件設(shè)備型號(hào)、軟件環(huán)境等）。*實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程、操作步驟、硬件連接圖、程序流程圖及關(guān)鍵代碼）。*實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析（記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象、測(cè)量的數(shù)據(jù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋?zhuān)?實(shí)驗(yàn)思考題（回答指導(dǎo)書(shū)或教師提出的相關(guān)問(wèn)題）。*實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)（總結(jié)實(shí)驗(yàn)的收獲、遇到的問(wèn)題及解決方法、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)建議等）。二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境準(zhǔn)備2.1硬件環(huán)境*微型計(jì)算機(jī)：具備基本運(yùn)算能力，滿足接口實(shí)驗(yàn)所需軟件運(yùn)行要求。*微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)箱：包含常用可編程接口芯片（如8255、8253、8259、8251等）、I/O擴(kuò)展槽、LED指示燈、數(shù)碼管、按鍵、開(kāi)關(guān)、繼電器、揚(yáng)聲器等實(shí)驗(yàn)?zāi)K及必要的電源模塊。*連接導(dǎo)線：若干，用于模塊間信號(hào)連接。*示波器（可選）：用于觀察脈沖信號(hào)、波形等。*萬(wàn)用表（可選）：用于測(cè)量電壓、電阻等參數(shù)。2.2軟件環(huán)境*操作系統(tǒng)：視實(shí)驗(yàn)箱配套軟件要求而定，通常為Windows系列。*匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境：如MASM、TASM等，用于編寫(xiě)和調(diào)試匯編語(yǔ)言接口程序。*C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境（可選）：如TurboC、VisualC++等，若實(shí)驗(yàn)允許或要求使用C語(yǔ)言進(jìn)行接口編程。三、典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一：并行接口芯片8255A應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握8255A芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作方式及編程方法。*學(xué)會(huì)用8255A實(shí)現(xiàn)并行輸入/輸出功能。*通過(guò)具體實(shí)例（如控制LED、讀取開(kāi)關(guān)狀態(tài)），理解并行接口的應(yīng)用。1.2實(shí)驗(yàn)原理8255A是一種通用的可編程并行I/O接口芯片，具有三個(gè)8位并行端口（A口、B口、C口），可通過(guò)編程設(shè)置為不同的工作方式（方式0：基本輸入/輸出；方式1：選通輸入/輸出；方式2：雙向傳輸）。本實(shí)驗(yàn)主要利用其方式0，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出控制。例如，將A口設(shè)置為輸出，連接LED顯示電路，通過(guò)程序控制LED的亮滅；將B口設(shè)置為輸入，連接一組撥碼開(kāi)關(guān)或按鍵，通過(guò)程序讀取開(kāi)關(guān)狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)處理。1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.硬件連接：*在實(shí)驗(yàn)箱上找到8255A芯片及其對(duì)應(yīng)的端口地址（查閱實(shí)驗(yàn)箱說(shuō)明書(shū)或線路圖確定）。*將8255A的A口（PA0-PA7）連接到LED指示燈模塊的相應(yīng)輸入端。*將8255A的B口（PB0-PB7）連接到撥碼開(kāi)關(guān)或按鍵輸入模塊的相應(yīng)輸出端。*確保8255A的片選信號(hào)、讀/寫(xiě)信號(hào)、地址線、數(shù)據(jù)線正確連接到系統(tǒng)總線。2.軟件編程：*任務(wù)一：LED流水燈控制*編寫(xiě)匯編程序，初始化8255A，設(shè)置A口為方式0輸出。*編程實(shí)現(xiàn)A口輸出不同的數(shù)據(jù)，控制連接的LED按一定規(guī)律（如輪流點(diǎn)亮、閃爍等）顯示。*任務(wù)二：讀取開(kāi)關(guān)狀態(tài)并顯示*編寫(xiě)匯編程序，初始化8255A，設(shè)置A口為方式0輸出，B口為方式0輸入。*編程讀取B口的開(kāi)關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)。*將讀取到的數(shù)據(jù)通過(guò)A口輸出到LED指示燈，以直觀顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)。3.程序調(diào)試與運(yùn)行：*將編寫(xiě)好的匯編程序在匯編開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行匯編，生成可執(zhí)行文件或目標(biāo)代碼。*啟動(dòng)程序運(yùn)行，觀察LED的顯示狀態(tài)是否與預(yù)期一致。若使用按鍵，操作按鍵，觀察LED是否正確反映按鍵狀態(tài)。*若結(jié)果不符，檢查硬件連接是否正確，程序邏輯是否有誤，逐步調(diào)試直至實(shí)驗(yàn)成功。1.4實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求*復(fù)習(xí)8255A芯片的工作原理、控制字格式及各端口功能。*預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的硬件連接圖（若提供）。*初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序流程圖。1.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求*繪制實(shí)驗(yàn)硬件連接示意圖。*給出8255A的初始化控制字及其含義。*列出完整的實(shí)驗(yàn)程序代碼，并加以注釋。*記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合預(yù)期。*思考：若要實(shí)現(xiàn)LED以不同頻率閃爍，應(yīng)如何修改程序？---實(shí)驗(yàn)二：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8253應(yīng)用實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握8253芯片的功能、工作方式及編程方法。*學(xué)會(huì)利用8253產(chǎn)生指定頻率的方波或定時(shí)中斷。*理解定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在微機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。2.2實(shí)驗(yàn)原理8253是一種可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器芯片，內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，每個(gè)通道均可通過(guò)編程設(shè)置為六種不同的工作方式。它通過(guò)對(duì)輸入的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)或定時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)值減到零時(shí)，可輸出相應(yīng)的信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)主要利用其方式3（方波發(fā)生器）產(chǎn)生特定頻率的方波，或利用方式0（計(jì)數(shù)結(jié)束中斷）配合中斷控制器產(chǎn)生定時(shí)中斷請(qǐng)求。例如，將8253的某一通道的CLK端連接系統(tǒng)時(shí)鐘，OUT端連接LED或揚(yáng)聲器，通過(guò)設(shè)置計(jì)數(shù)初值和工作方式，使OUT端輸出不同頻率的方波，從而控制LED閃爍或揚(yáng)聲器發(fā)聲。2.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（此處省略具體步驟，結(jié)構(gòu)同實(shí)驗(yàn)一，應(yīng)包含硬件連接、軟件編程、調(diào)試運(yùn)行等，重點(diǎn)描述8253的初始化、計(jì)數(shù)初值計(jì)算、工作方式設(shè)置等）---實(shí)驗(yàn)三：中斷控制器8259A應(yīng)用實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握8259A中斷控制器的工作原理、初始化及編程方法。*理解微機(jī)系統(tǒng)中斷響應(yīng)和處理過(guò)程。*學(xué)會(huì)編寫(xiě)中斷服務(wù)程序，并實(shí)現(xiàn)外部中斷的應(yīng)用。3.2實(shí)驗(yàn)原理（此處省略，應(yīng)闡述8259A的功能、中斷優(yōu)先級(jí)管理、中斷向量、中斷響應(yīng)過(guò)程等）3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（此處省略，可設(shè)計(jì)如外部按鍵中斷、定時(shí)中斷等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）---*(注：可根據(jù)實(shí)際教學(xué)安排，增刪或調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如串行接口8251A實(shí)驗(yàn)、D/A與A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)、DMA控制器8237實(shí)驗(yàn)等。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均參照上述“實(shí)驗(yàn)一”的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述。)*四、實(shí)驗(yàn)操作通用流程與技巧4.1實(shí)驗(yàn)操作基本流程1.預(yù)習(xí)準(zhǔn)備：閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，理解原理，設(shè)計(jì)方案。2.設(shè)備檢查：開(kāi)機(jī)前檢查實(shí)驗(yàn)箱、計(jì)算機(jī)等設(shè)備是否連接正常，電源是否關(guān)閉。3.硬件連接：在斷電狀態(tài)下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求連接硬件線路，仔細(xì)核對(duì)，確保無(wú)誤。4.軟件準(zhǔn)備：?jiǎn)?dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入相應(yīng)的操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)環(huán)境。5.程序編寫(xiě)與編譯：編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序，進(jìn)行語(yǔ)法檢查和編譯，生成目標(biāo)代碼。7.現(xiàn)象記錄與數(shù)據(jù)分析：記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析。8.實(shí)驗(yàn)結(jié)束：關(guān)閉程序，退出開(kāi)發(fā)環(huán)境，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱和計(jì)算機(jī)電源，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。4.2常見(jiàn)故障排除方法*硬件連接故障：表現(xiàn)為無(wú)任何反應(yīng)或結(jié)果混亂。應(yīng)仔細(xì)檢查線路連接是否牢固、正確，芯片是否插好、方向是否正確，接觸是否良好。*程序語(yǔ)法錯(cuò)誤：編譯時(shí)會(huì)提示錯(cuò)誤信息，需根據(jù)提示查找并修正語(yǔ)法錯(cuò)誤。*程序邏輯錯(cuò)誤：編譯通過(guò)，但運(yùn)行結(jié)果不符。需結(jié)合程序流程圖，利用調(diào)試工具單步執(zhí)行，觀察各寄存器、內(nèi)存單元的值，定位邏輯錯(cuò)誤點(diǎn)。*端口地址或控制字設(shè)置錯(cuò)誤：這是接口實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)錯(cuò)誤。需再次確認(rèn)實(shí)驗(yàn)箱提供的芯片端口地址，確保初始化控制字的每一位設(shè)置正確。*中斷服務(wù)程序問(wèn)題：若涉及中斷，需檢查中斷向量表設(shè)置是否正確，中斷服務(wù)程序入口地址是否正確，中斷結(jié)束命令是否正確發(fā)送。4.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析要點(diǎn)*記錄實(shí)驗(yàn)中觀察到的各種現(xiàn)象，如LED的亮滅順序、數(shù)碼管的顯示數(shù)字、波形的形狀和頻率等。*記錄關(guān)鍵的程序運(yùn)行結(jié)果，如寄存器內(nèi)容、端口輸入/輸出值。*對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)結(jié)合理論知識(shí)，判斷其是否合理，是否與預(yù)期結(jié)果一致。若不一致，分析可能的原因。*對(duì)于定量測(cè)量數(shù)據(jù)（如頻率、周期），應(yīng)多次測(cè)量取平均值，以減少誤差。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)束與設(shè)備維護(hù)*實(shí)驗(yàn)完成后，務(wù)必先關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱電源，再關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源。*仔細(xì)拆卸實(shí)驗(yàn)連接導(dǎo)線，將其整理好放回原處，避免纏繞、損壞。*檢查實(shí)驗(yàn)箱上的開(kāi)關(guān)、旋鈕是否恢復(fù)到初始位置（如斷電狀態(tài)）。*保持實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的整潔，將凳子歸位。*如發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有損壞或異常情況，應(yīng)立即向指