8259中斷控制顯示課程設(shè)計(jì).doc

課程設(shè)計(jì)說明書 NO.168259中斷控制顯示1.課程設(shè)計(jì)的目的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)注重提高學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力。在掌握了基本的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能且理論教學(xué)完成的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生通過一周的集中工作，初步鍛煉綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，通過討論與合作，完成一項(xiàng)完整的設(shè)計(jì)工作。更深入的了解微機(jī)芯片的用法和程序的完成過程，調(diào)試方法及技巧。本課程設(shè)計(jì)需要綜合應(yīng)用各種微機(jī)接口和其他單元電路構(gòu)成小規(guī)模 “ 原理 ” 型的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，體現(xiàn)了既強(qiáng)化本學(xué)科內(nèi)容，又?jǐn)U展知識(shí)面的特點(diǎn)。2.設(shè)計(jì)方案論證2.1 8086和8259A的原理2.1.1 8086微處理器 8086是Intel系列的第三代微處理器。它是功能很強(qiáng)的16位微處理器，它既能處理16位數(shù)據(jù)，也能處理8位數(shù)據(jù)。它采用了HMOS高密度工藝，集成度達(dá)每片4萬多晶體管，單一+5V電源，主頻為5MHz/10MHz。它的內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)總線寬度都是16位，地址總線寬度20位，可尋址空間達(dá)，即1MB。2.1.1.1 8086微處理器的功能結(jié)構(gòu)8086微處理器由兩個(gè)獨(dú)立的工作部件：執(zhí)行部件EU（Execution Unit）和總線接口不見BIU（Bus Interface Unit）構(gòu)成。EU由算術(shù)邏輯單元ALU、通用數(shù)據(jù)寄指令的執(zhí)行。它的具體功能有以下3個(gè)方面：從BIU的指令隊(duì)列緩沖器中取出指令，由EU控制器的指令譯碼器譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)傳給各部件。對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)特征保存到狀態(tài)寄存器FR中。EU不直接與CPU外部系統(tǒng)相連，當(dāng)需要與主存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)時(shí)，EU向BIU發(fā)出命令，并提供給BIU16位有效地址及所需傳送的數(shù)據(jù)。BIU由4個(gè)16位段寄存器、16位指針寄存器、20位物理地址加法器、6字節(jié)指令隊(duì)列及總線控制邏輯組成，負(fù)責(zé)完成CPU與存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。它的具體功能有以下3個(gè)方面：BIU從主存取指令送到指令隊(duì)列緩沖器。CPU執(zhí)行指令時(shí)，總線接口單元要配合EU從指定的主存單元或外設(shè)端口中取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給EU或把EU的操作結(jié)果傳送到指定的主存單元或外設(shè)端口中。計(jì)算并形成訪問存儲(chǔ)器的20位物理地址。8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1 8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖2.1.1.2 8086的引腳功能8086微處理器采用40引腳的DIP封裝，如圖2所示。圖2 8086的引腳（1）INTR（可屏蔽中斷請(qǐng)求）：輸入，高電平有效。當(dāng)INTR=1，表示外設(shè)提出了中斷請(qǐng)求。CPU在執(zhí)行每條指令的最后一個(gè)時(shí)鐘周期采用此信號(hào)，若INTR=1且IF=1（中斷允許），則響應(yīng)中斷。（2） (中斷響應(yīng))：輸出，低電平有效。 有效表示對(duì)INTR的外部中斷請(qǐng)求響應(yīng)，進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。 （3） AD AD (地址/數(shù)據(jù))：在總線周的T1狀態(tài)輸出要訪問的存儲(chǔ)器或I/O端口的地址，T2，T3狀態(tài)，對(duì)于寫操作，是傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)于讀操作，則處于浮空狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)傳入。（4）A/S-A/S（引腳35-38）：地址/狀態(tài)復(fù)用引腳，輸出。在總線周期T1狀態(tài)輸出要訪問的存儲(chǔ)器的地址。T2-T4狀態(tài)，用來輸出CPU的狀態(tài)信息。2.1.2可編程中斷控制器8259A（8259A是專門為了對(duì)8086/8088進(jìn)行中斷控制而設(shè)計(jì)的芯片，它是可以用程序控制的中斷控制器。它具有如下功能：（1）它可以接收多個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求，并進(jìn)行優(yōu)先級(jí)別判斷，選中當(dāng)前優(yōu)先級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求，再將此請(qǐng)求送到微處理器的中斷輸入端。（2）具有提供中斷向量、屏蔽中斷輸入等功能。（3）可用于管理8級(jí)優(yōu)先權(quán)中斷，也可以將多片8259A通過級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成最多可達(dá)512級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷管理系統(tǒng)。2.1.2 .1 8259A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)8259A可編程中斷控制器有8個(gè)功能模塊，如圖3所示。圖3 8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）中斷請(qǐng)求寄存器（IRR）中斷請(qǐng)求寄存器（IRR）為8位，接受來自IR0IR7的中斷請(qǐng)求信號(hào)，當(dāng)IR0IR7上出現(xiàn)某一中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，IRR對(duì)應(yīng)位被置1。（2）中斷屏蔽寄存器IMR中斷屏蔽寄存器IMR 為8位（8個(gè)中斷輸入），用來存放對(duì)各中斷請(qǐng)求的屏蔽信息。當(dāng)該寄存器中某一位置“1”，表示禁止這一級(jí)中斷請(qǐng)求進(jìn)入系統(tǒng)，通過IMR寄存器可實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)中斷的有選擇的屏蔽。（3）中斷服務(wù)寄存器ISR中斷服務(wù)寄存器ISR是8位寄存器，用來記錄正在處理中的中斷請(qǐng)求，當(dāng)任何一級(jí)中斷響應(yīng)，CPU正在執(zhí)行它的中斷服務(wù)程序時(shí)，ISR寄存器中相應(yīng)位置“1”，一直保持到該級(jí)中斷處理過程中止。（4）優(yōu)先權(quán)判別器PR若某中斷請(qǐng)求正在被處理，8259A外部又有新的中斷請(qǐng)求，則由優(yōu)先權(quán)判別器將新進(jìn)入的中斷請(qǐng)求和當(dāng)前正在處理的中斷進(jìn)行比較，以決定哪一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高。（5）讀/寫控制器用來接收來自CPU讀/寫控制命令和片選控制信息。2.1.2 .2 8259A芯片引腳功能 8259A芯片有28條引腳，雙列直插式封裝。8259A芯片引腳圖如圖4所示。圖4 8259A芯片引腳（1）INT：8259A向CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)，高電平有效，該引腳接CPU的INTR引腳。（2）INTA：中斷響應(yīng)信號(hào)，輸入，接收CPU發(fā)來的中斷響應(yīng)脈沖以通知8259A中斷請(qǐng)求已被響應(yīng)，使其將中斷類型號(hào)送到數(shù)據(jù)總線上。 （3）CS：片選信號(hào)，輸入，低電平有效，來自地址譯碼器的輸出。只有該信號(hào)有效時(shí)，CPU才能對(duì)8259A進(jìn)行讀/寫操作。（4）IR7IR0：中斷請(qǐng)求信號(hào)，輸入，從I/O接口或其他8259A(從控制器)上接收中斷請(qǐng)求信號(hào)。2.1.2.3 8259A的編程8259A的初始化命令字共4個(gè)（ICW1ICW4）。本次課程設(shè)計(jì)我選用ICW1邊沿觸發(fā)方式。ICW1:規(guī)定8259的連接方式(單片或級(jí)聯(lián))與中斷源請(qǐng)求信號(hào)的有效形式(邊沿或電平觸發(fā))。ICW1控制字如圖5所示。（注意：D7、D6、D5、 D2在8086/8088系統(tǒng)中不用，可為1，也可為0。）程序?qū)CW1設(shè)置成00010011B，即ICW1實(shí)現(xiàn)需要ICW4的單片使用邊沿觸發(fā)方式。表1 ICW1控制字ADDDDDDDD0AAA1LTIMADISNGLIC4（1） D3（LTIM）用來設(shè)定中斷請(qǐng)求信號(hào)的形式 。如果LTIM=1，則表示中斷請(qǐng)求為電平觸發(fā)方式 。（2） D1（SNGL）用來指出本片8259A是否與其他8259A處于級(jí)連狀態(tài)。 當(dāng)系統(tǒng)中只有一片8259A時(shí)，SNGL為1。（3）D0（IC4）用來指出初始化過程中是否設(shè)置ICW4。若D0 為0，表示不用ICW4； 若D0為1，表示用ICW4。表2 ICW4命令字ADDDDDDDD1MMMSFNMBUFM/SAEOIPM PM：當(dāng)PM=1時(shí)，8086/8080恒置1；當(dāng)PM=0時(shí)，8080/8085恒置0。 AEOI：當(dāng)AEOI=1時(shí)，采用中斷自動(dòng)結(jié)束方式；當(dāng)AEOI=0時(shí)，采用一般中斷結(jié)束方式。 M/S、BUF：當(dāng)BUF、M/S為“ 11”時(shí)，采用緩沖方式主片；當(dāng)BUF、M/S為“ 10”時(shí)，采用緩沖方式從片；當(dāng)BUF、M/S為“ 01”和“00”時(shí)，采用非緩沖方式。 SFNM：“1”代表特殊完全嵌套方式，“0”代表一般完全嵌套方式。在8086/8088系統(tǒng)中，ICW4是必須使用的，此時(shí)D0必定為1。 8259A操作命令字有3個(gè)，OCW1OCW3，可獨(dú)立使用。（1） OCW1（屏蔽控制字）M7M0代表8個(gè)屏蔽位，用來控制IR0-IR7輸入的中斷請(qǐng)求信號(hào)。若Mn=0，則中斷被開放。主程序?qū)CW1設(shè)置為11111011B，即允許中斷從IR2端進(jìn)入。表3 OCW1控制字ADDDDDDDD1MMMMMMMM（2）OCW2（控制中斷結(jié)束和優(yōu)先權(quán)循環(huán)的操作命令字）R,SL,EOI三位編碼可定義多種不同的中斷結(jié)束方式或發(fā)出置位優(yōu)先權(quán)命令。L0L2指定的R編碼級(jí)別上執(zhí)行；SL=0時(shí)，L0L2無效。本次課設(shè)采用R=0固定優(yōu)先權(quán)和非自動(dòng)EOI（不指定）結(jié)束方式。端口地址為偶地址（A0=0）,D3D4=00是OCW2的標(biāo)志位。表4 OCW2控制字ADDDDDDDD0RSLEOI00LLL2.1.2.4 8259A初始化流程圖。開始ICW1(A0=0，D4=1)ICW2(A0=0)SNGL=0?ICW3(A0=1)IC4=1?ICW4(A0=1)準(zhǔn)備接受中斷NYYN 圖5 8259A初始化流程圖2.2鎖存器CS_273 鎖存器(Latch)是一種對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。利用此鎖存器與單次脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)八個(gè)單色LED燈交替亮。 2.3總體設(shè)計(jì)2.3.1 8259A中斷控制顯示的主要功能 本課程設(shè)計(jì)用8086、8259A、單次脈沖模塊、擴(kuò)展輸出模塊及八位邏輯電平顯示模塊實(shí)現(xiàn)每按一次單次脈沖鍵，就產(chǎn)生一次中斷，中斷服務(wù)程序使輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次。相對(duì)應(yīng)八位邏輯電平的LED燈交替亮。2.3.2 程序編寫流程圖開始初始化8259CS_273輸出燈初始狀態(tài)按單次脈沖鍵？LED燈狀態(tài)反轉(zhuǎn)NY初始化中斷向量表開中斷延時(shí)結(jié)束關(guān)中斷、中斷結(jié)束命令OCW2圖6 8259A中斷控制程序流程2.3.3 8259A電路原路圖圖7 8259A電路原理圖實(shí)際8259A模塊與8086模塊、單次脈沖模塊的電路連接只用到端口INT、INTA、CS_8259、INT2。（分別為17、26、1、20引腳） 各模塊之間的電路連接：用導(dǎo)線連接單次脈沖低信號(hào)到8259模塊的INT_2； 用導(dǎo)線連接8259模塊的CS_8259到CPU模塊的200H； 用導(dǎo)線對(duì)應(yīng)連接8259模塊的INT、INTA到CPU模塊的88INTR、88/INTA； 擴(kuò)展輸出模塊的JD1C接8位LED顯示的JD4B； 用導(dǎo)線連接擴(kuò)展輸出模塊的CS_273到CPU模塊的208H3設(shè)計(jì)過程與結(jié)果分析3.1簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)步驟（1）按照實(shí)驗(yàn)電路原理圖連接電路。（2）將啟動(dòng)PC機(jī)，打開THGMW-88軟件，輸入源程序，并編譯源程序，程序無錯(cuò)誤之后，編譯連接實(shí)驗(yàn)箱，連接成功后，再執(zhí)行程序。（3）手動(dòng)按單次脈沖，按一次產(chǎn)生一次中斷，LED顯示狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次。3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果程序執(zhí)行成功之后，手動(dòng)按單次脈沖一次的結(jié)果圖：圖8 按一次單次脈沖結(jié)果圖程序執(zhí)行成功之后，手動(dòng)按單次脈沖一次之后，再按一次的結(jié)果圖：圖9 按兩次單次脈沖結(jié)果圖3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 本次實(shí)驗(yàn)主要采用8259A中斷控制器和8086微處理器硬件，用8086的中斷控制引腳INTR、INTA和中斷控制標(biāo)志字IF與可編程中斷控制器8259A邊沿觸發(fā)方式中斷請(qǐng)求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)八位邏輯電平的反轉(zhuǎn)。我用到擴(kuò)展輸出模塊的CS_273，利用鎖存器，在時(shí)鐘上升沿或者下降沿來的時(shí)候鎖存輸入，然后產(chǎn)生輸出，使八個(gè)單色二極管實(shí)現(xiàn)燈亮的反轉(zhuǎn)。4.心得體會(huì)回顧起此次的課程設(shè)計(jì),我感慨頗多，的確，從理論到實(shí)踐，在整整一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說命令符使用、編譯過程。使用8259A中斷控制器實(shí)現(xiàn)了單色LED燈狀態(tài)反轉(zhuǎn)也不夠透徹，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。 這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)，在此表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。因此在大學(xué)開設(shè)課程設(shè)計(jì)是十分必要的5.參考文獻(xiàn)1 高立麗, 侯偉. 微機(jī)原理與接口技術(shù)M. 清華大學(xué)出版社, 2016.2 顧潔, 劉芯言, 朱東敏. 微機(jī)原理與接口技術(shù)開放性實(shí)驗(yàn)建設(shè)8259A硬件中斷實(shí)驗(yàn)J. 科技促進(jìn)發(fā)展, 2011(S1):326-326.3 羅兵, 鄒逢興. 80X86系列微機(jī)中斷機(jī)制的計(jì)算思維教學(xué)J. 計(jì)算機(jī)教育, 2014(5).4 司海峰, 劉翠煥, 楊志云. 中斷控制器8259A操作命令字OCW2高三位組合細(xì)探J. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2008(2):17-18.5 劉正紅. 可編程中斷控制器8259A的開放式實(shí)驗(yàn)構(gòu)建J. 電子世界, 2012(18):90-90.6 徐潔. Intel 8259A擴(kuò)展8051單片機(jī)中斷接口技術(shù)J. 科技信息, 2009(10):185-185.7 徐潔. Intel 8259A擴(kuò)展8051單片機(jī)中斷接口技術(shù)J. 科技信息, 2009(10):185-185.8 李相儉, 李聰, 崔晟圓,等. 淺談可編程中斷控制器J. 科技信息, 2010(10):218-218.6.附錄;功能: 8259中斷控制實(shí)驗(yàn);接線: 用導(dǎo)線連接單脈沖低信號(hào)到8259模塊的INT_2；; 用導(dǎo)線連接8259模塊的CS_8259到CPU模塊的200H；; 對(duì)應(yīng)連接8259模塊的INT、INTA到CPU模塊的88INTR、88/INTA；; 擴(kuò)展輸出模塊的JD1C接8位LED顯示的JD4B；; 用導(dǎo)線連接擴(kuò)