微机原理与接口技术实验二：8255A控制4按键二进制输入数码管显示

前言：

本实验针对于清华大学版《微机原理与接口技术》，其相关内容仅供参考，如有错误练习评论。

其使用的语言为汇编语言，相关的编译环境为EMU8086，硬件仿真环境为PROTEUS 8 其他版本可能存在运行问题。

本次实验的内容如下：

1、使用8086作为主控芯片，控制以下过程进行

2、使用8255A芯片，实现信号的I/O输入输出

3、通过4个按键对应二进制的四位，来控制数码管的数字输出十六进制

其最终的电路图如下所示：

主要模块原理介绍与参考代码：

对于8255A工作方式如下：

8255A是一种可编程并行接口芯片，它有三种工作方式：

1. 方式0（基本输入/输出方式）：在这种方式下，8255A的三个端口（A、B和C）都可以独立地设置为输入或输出模式。每个端口都有8位数据线，可以进行字节级别的数据传输。

2. 方式1（选通输入/输出方式）：这种方式下，端口A和端口B被分为两个4位的半端口（A高四位和A低四位，B高四位和B低四位）。端口C被用作控制端口，用于选择哪个半端口进行输入或输出操作。这种方式允许在同一时刻对两个不同的外设进行数据传输。

3. 方式2（双向选通输入/输出方式）：这种方式下，端口B被配置为一个8位的双向数据端口，而端口A的高四位和端口C的低四位被用作控制端口。这种方式主要用于与需要双向数据传输的外设进行通信。

在使用8255A时，需要通过写入控制字来设置其工作方式和各个端口的功能。控制字写入到控制寄存器中，根据控制字的不同位设置，8255A会进入相应的工作方式并配置相应的端口功能。

8255A对应的电路图引脚如下：

对于本实验中，8255A的工作方式为A口工作方式0 输入 B口工作方式0 输出

assembly
; 8255A方式0初始化和操作示例

ORG 0000H

BEGIN:
    ; 初始化8255A
    MOV AL, 80H ; 方式0控制字，A口输出，B口输入
    OUT 0640H, AL ; 将控制字写入到控制端口

    ; 向端口A写入数据（例如：将0FFH写入端口A）
    MOV AL, 0FFH
    OUT 0641H, AL ; 假设端口A的地址为0641H

    ; 读取端口B的数据
    IN AL, 0642H ; 假设端口B的地址为0642H

    ; 下面的代码可以根据需要进行其他操作或循环读写

    JMP BEGIN ; 无限循环

END

8086芯片介绍：

8086芯片是由美国英特尔公司（Intel）在1978年推出的16位微处理器，它是x86架构的始祖。以下是对8086芯片的主要特性和介绍：

1. **架构和性能**：
? ?- 8086是一个16位的微处理器，这意味着它能够同时处理16位的数据。
? ?- 它采用了高性能的HMOS（High-Mobility Metal-Oxide-Semiconductor）工艺制造，芯片上集成了大约2.9万只晶体管。

2. **地址总线和寻址能力**：
? ?- 8086拥有20条地址线，这使得它可以直接寻址1MB（即2的20次方）的内存空间。

3. **数据总线**：
? ?- 它有16位的数据总线，用于在处理器和其他设备之间传输数据。

4. **外部接口**：
? ?- 8086采用40引脚双列直插式封装（DIP），提供与系统其他部分的物理连接。

5. **电源供应**：
? ?- 8086使用单一的+5V电源供电。

6. **时钟频率**：
? ?- 初始版本的8086工作在5MHz的时钟频率下。

7. **预取指令**：
? ?- 8086通过总线接口单元（Bus Interface Unit, BIU）实现预取指令功能，BIU包含一个6字节的预取队列，可以提前从内存中获取指令供执行单元（Execution Unit, EU）使用，提高了处理器的效率。

8. **寄存器**：
? ?- 8086包含14个寄存器，包括通用寄存器（AX、BX、CX、DX）、指针寄存器（SP、BP、SI、DI）、段寄存器（CS、DS、ES、SS）以及指令指针寄存器（IP）和标志寄存器（FLAGS）。

9. **操作模式**：
? ?- 8086支持最小模式和最大模式两种操作模式，最小模式主要用于简单的系统设计，而最大模式则允许与其他处理器或设备共享总线。

10. **后继产品**：
? ? - 随后，Intel推出了8088芯片，它与8086非常相似，但具有8位的外部数据总线，这使得它能够与更便宜的8位硬件兼容，同时也降低了成本。

8086的推出对于个人计算机的发展产生了深远影响，它的x86架构成为此后几十年来桌面和服务器计算领域的主导架构，并且经过多次扩展和优化，发展成为现代的x64架构。

8086引脚图：

74LS373芯片

引脚图如下：

它是一种8位三态缓冲器/锁存器，常用于数据总线的控制和接口电路中。

其功能如下：

• 74LS373具有8个独立的D型触发器，每个触发器都有一个数据输入（D）、输出（Q）和使能（G）端口。
• 当使能端（G）为高电平时，数据输入（D）与输出（Q）之间是透明的，即数据可以直接从输入传递到输出，此时74LS373工作在缓冲器模式。
• 当使能端（G）为低电平时，数据输入被锁存在触发器中，输出保持不变，直到下一次使能信号变为高电平，此时74LS373工作在锁存器模式

并且具有三态输出：

? ? ? 74LS373还具有一个三态输出控制端（OE），当OE为高电平时，所有输出（Q）被置于高阻态，这意味着它们既不会驱动高电平也不会驱动低电平，从而允许其他设备在同一总线上进行数据传输。

其参考代码如下：

assembly
; 74LS373汇编语言参考代码

ORG 0000H

BEGIN:
    ; 假设74LS373的使能端口地址为0x60h，数据输入来自数据总线
    ; 这里假设要将数据0123H写入74LS373的前四个位

    ; 设置74LS373的使能端为高电平，允许数据通过
    MOV AL, 00000001B ; 将最低位设置为1，其他位为0
    OUT 060h, AL

    ; 将数据写入数据总线
    MOV AX, 0123H
    OUT DX, AX ; 假设DX是数据总线的低8位端口地址

    ; 设置74LS373的使能端为低电平，锁存数据
    MOV AL, 00000000B ; 将所有位设置为0
    OUT 060h, AL

    ; 下面的代码可以根据需要进行其他操作或循环读写

    JMP BEGIN ; 无限循环

END

74LS245芯片

引脚图如下：

它是一种8位总线传输开关，常用于在两条数据总线之间进行数据传输。

其功能具体如下：

• 74LS245具有双向数据传输能力，可以作为总线缓冲器或总线传输开关使用。
• 它有两组8位的数据输入/输出端口（A和B），以及一个方向控制端（DIR）和一个使能端（OE）。

使用参考代码如下：

assembly
; 74LS245汇编语言参考代码

ORG 0000H

BEGIN:
    ; 假设74LS245的使能端口地址为0x60h，方向控制端口地址为0x61h
    ; 这里假设要将数据总线A上的数据传输到数据总线B上

    ; 设置74LS245的使能端为高电平，关闭数据传输
    MOV AL, 00000001B ; 将最低位设置为1，其他位为0
    OUT 060h, AL

    ; 设置74LS245的方向控制端为高电平，从A端口输入，B端口输出
    MOV AL, 00000001B ; 将最低位设置为1，其他位为0
    OUT 061h, AL

    ; 将数据总线A上的数据读入寄存器AX
    IN AX, DX ; 假设DX是数据总线A的低8位端口地址

    ; 设置74LS245的使能端为低电平，打开数据传输
    MOV AL, 00000000B ; 将所有位设置为0
    OUT 060h, AL

    ; 将AX中的数据写入数据总线B
    OUT BX, AX ; 假设BX是数据总线B的低8位端口地址

    ; 下面的代码可以根据需要进行其他操作或循环读写

    JMP BEGIN ; 无限循环

END

74LS138芯片

其引脚图如下：

其功能简单说为：三八译码器，对于学习数电的同学来说并不陌生。

三线输入，八线输出。

其功能如下：

• 74LS138的主要功能是将三个二进制输入信号（A、B、C）解码为八个独立的输出信号（Y0-Y7）。
• 当特定的输入组合出现时，对应的输出位会被驱动为低电平（逻辑0），其余未选中的输出则保持高电平（逻辑1）。

其参考代码如下：

assembly
; 74LS138汇编语言参考代码

ORG 0000H

BEGIN:
    ; 假设74LS138的输入端口地址分别为0x60h（A）、0x61h（B）、0x62h（C）
    ; 这里假设要选择74LS138的第5个输出（Y4）

    ; 将输入A、B、C设置为对应的二进制值（对于Y4，A=1, B=0, C=1）
    MOV AL, 00000001B ; 将最低位设置为1，其他位为0
    OUT 060h, AL ; 设置A为1

    MOV AL, 00000000B ; 将所有位设置为0
    OUT 061h, AL ; 设置B为0

    MOV AL, 00000001B ; 将最低位设置为1，其他位为0
    OUT 062h, AL ; 设置C为1

    ; 下面的代码可以根据需要进行其他操作或循环选择不同的输出

    JMP BEGIN ; 无限循环

END

仿真相关

在仿真中，我们可以发现一些问题，例如电路都正常工作状态，但是对于其中的一些信号显示并不完善，高低信号所表示的颜色没有变化。

为解决这个问题，笔者在电路中增加了示波器来观察信号的变化

下图为示波器接线图

示波器正常波形如下：

改变第一个开关后，波形直接跳转

同样，闭合式，波形依旧有明显的变化：

得出结论：是电信号变化太快，而导致颜色没有变化。

本实验的其他功能实现图，如下所示：

好的，本次实验内容如上，完整实现，具体的实现代码与电路见资源。

https://download.csdn.net/download/qq_65777333/88661522?spm=1001.2014.3001.5503?

如果没有还在审核中，继续加油，勇攀高峰！！！