8086_i386试验箱综合设计实验

8086_i386试验箱综合设计实验

完成于 2018-3-27 22:22:03
tags:

• 汇编
• 计算机原理

文章目录

• ​​8086_i386试验箱综合设计实验​​

• ​​设计要求​​
• ​​设计分析及系统方案设计​​

• ​​程序结构​​
• ​​算法描述​​

• ​​开关控制步进电机的转速、转向​​
• ​​8*8点阵显示​​
• ​​六位数码管显示​​
• ​​定时指示​​

• ​​硬件电路图​​

• ​​8255​​
• ​​8253​​
• ​​数码管​​
• ​​程序流程图​​

• ​​程序清单​​
• ​​实验结果与分析​​

• ​​系统运行环境​​
• ​​调试遇到的问题​​
• ​​对应的解决办法​​
• ​​系统运行结果​​

• ​​结论及设计体会​​

设计要求

1. 利用实验台上的开关（K7-K4），实现步进电机的转速、转向控制。具体要求如下：

• 利用8255的PC3-PC0做输出，输出步进电机的相序、驱动步进电机工作（同时使用四个LED监视步进电机的相序信号），相序之间的时间决定着步进电机的转速，而间隔时间由延时程序中的CX寄存器的初值决定。
• 利用8255的PC7-PC4做输入，与K7-K4连接。其中K7做步进电机的转向控制，其余位做步进电机的转速控制。程序运行时通过K7-K4对步进电机实施动态控制。
• 利用8253做秒脉冲发生器，产生约2秒的周期性方波信号。其中CNT0做分频器：将1MHZ信号分频为100HZ；CNT1做秒脉冲输出（0.5HZ）。
• 利用386模块的主8259的MIR5做中断请求输入，将CNT1的OUT1秒信号方波作为中断请求信号，引发中断服务ISR。
• 在中断服务程序中实现对步进电机的转速、转向实时记录存储。方法如下：在ISR中，对D8255的PC7-PC4口进行一次输入操作，并根据输入的数据：

• 对D7（与K7对应）位的数据识别为步进电机的转向控制；
• 对D6-D4（与K6-K4对应）位的数据识别为步进电机的转速控制。

2. 利用实验台上的8*8点阵显示电路实现“小人跑步”的模拟。具体要求如下：

• 利用8255的PA7-PA0与8*8LED点阵显示模块的“行线Ri”连接，控制着每一列的8个LED的显示数据。
• 利用8255的PB7-PB0与8*8LED点阵显示模块的“列线Ri”连接，列线信号即为“位扫描”信号，决定着8255的PA数据显示在哪一列LED上。
• 利用8*8LED点阵显示一个小人在运动的动态画面，即显示一个小人四肢在摆动。
• 实现小人运动的速度与电机转速保持一致。即步进电机转速快，则小人运动快，转速慢，小人运动慢。

3. 利用实验台上的六位数码管锁存器驱动动态显示具体档位。具体要求如下：

• 利用六位数码管模块的CPU模式实现功能。
• 利用锁存器（74LS73）电路实现一位共阴极数码管动态显示档位。
• 实现六位数码管锁存器驱动动态显示具体档位，即由滑动开关确定档位后，即时的显示对应的档位数字。

4. 利用试验台的8253完成一个定时提示器。具体要求如下：

• 在CNT1的基础上，利用8253的CNT2做负脉冲发生器（0.1HZ）。
• 指定计数初值，实现定时使逻辑笔闪烁，实现提示功能。

设计分析及系统方案设计

程序结构

主要程序组成如下结构图。

算法描述

开关控制步进电机的转速、转向

步进电机驱动原理是通过对电机每相线圈施加某一顺序电压(电流)来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲的频率便可改变步进电机的转速。由ULN2803八路达灵顿反向驱动器实现电机的电流驱动，只要在ULN2803的输入端(BJ_IN1~BJ_IN4)提供相序信号。经ULN2803反相后实现电机的驱动。ULN2803与步进电机的链接在实验台上已经完成。利用8255的低四位PC端口连接到ULN2803的输入端，输出脉冲序列，从而控制步进电机的旋转。

程序设计中，为了实现更为便捷的操作，使用“双四拍”相序信号。于是将初始相序存放在一个寄存器中（原始相序数据位33H），然后利用对该寄存器“移位”的方式产生下一个相序。这种方式下，输出脉冲的频率决定着步进电机的旋转速度，而对寄存器中的数据移位方向则决定着电机旋转方向。

所以在程序设计中，通过读取8255的PC口的高四位，以PC7作为方向，将其存放在方向数据变量direc，进而控制步进电机旋转方向。而PC6~PC4中数据作为速度参数，这里的速度参数存在程序中的速度数据变量speed中，而它又与步进电机相序输出的延时有关。以这样的方式，实现了对于步进电机的速度的调控。

在这里需要指定8255的工作方式，向8255的控制口输出10001000b，设定PA，PB口为输出，PC高位输入，低位输出。

实际中，还需要利用8253来实现定时引发自定义的中断。对于1MHZ时钟进行两次分频，最终获得周期为2s的输出信号，将这个信号接到MIR5上，定时引发中断。在中断程序中实现对于开关信号的读取和转存到对应的变量direc和speed内的功能。在编制与中断相关的程序时，需要设定中断屏蔽字、中断向量表以及开中断的操作。

在利用PC口进行读写操作时，这里需要注意，由于高四位为输入，低四位为输出，这导致读写数据时会修改了其他端口的数据，这对于程序的正常运行是不利的。所以，需要使用“读改写”的操作，在写数据的时候，先读入数据，再保留高四位的基础上，只写入低四位数据，再利用OUT指令输出。这样就保证了数据的稳定性和程序的健壮性。

8*8点阵显示

这里要实现对于8x8点阵的操作，在连接好8255的PA与行接口，PB与列接口后，通过对PA与PB的写数据，可以实现对具体LED的操作。为了实现小人跑步的模拟，需要先在数据段中准备好至少两份不同的小人动作的图形字符码，即程序中的LED1与LED2。通过利用speed来控制8x8点阵的扫描速度，来实现小人的运动速度的控制。这里利用speed来控制，也有利于点阵变化与步进电机变化的同步，更为合理的实现了“小人跑步”的概念设定。

8*8点阵图案的绘制，首先需要设定最高位扫描码，再通过对8255的PB口输出0，来关闭扫描信号，熄灭led，接下来通过向PA送列码，向PB送对应的列上的行的数据，不断地左移列码，显示行数据，这就是实现了图案从左向右扫描不断地显示。而多次调用，显示不同的图案，从表面上来看，就是实现了小人的运动状态的“模拟”。

六位数码管显示

程序使用的是CPU模式来操作一个七段数码管，来显示对应的数据的档位。对于数码管的操作，需要指定它的地址，这里使用220h，这里实际指定的是字型码锁存器，而扫描码锁存器地址为221h。实际的使用需要向220h中写入对应的字形码，指定显示的数字，而向221h中写入对应的扫描码，指定使用的数码管的位置。

程序设计中，先在数据段中指定0-3的字型码，对应四个档位。利用分支结构，实现了对应的字型码的选择。再对220h与221h中写数据，进而实现对于不同档位的显示。

定时指示

为了实现对于“运动者”定时的提示，利用8253的CNT2手动指定初值，以及工作于方式2，来实现对于CNT1输出的2s的信号定时引发负脉冲的功能，将输出接到逻辑笔上，进而实现了指示功能。

对8253的控制口输出控制字0b4h，指定cnt2的工作方式。实现负脉冲发生器。

硬件电路图

8255

用于配合CPU实现对8x8LED点阵，步进电机以及滑动开关的数据的相关读写操作。初始化命令字为10001000b，PA，PB口链接行列接口，控制8x8LED点阵，PC3~PC0连接BJ_IN4~BJ_IN1以及LED灯，用于控制步进电机和显示相序，PC7~PC4接K7~K0，用于读取开关数据。

8253

用于实现对于基准时钟1MHZ的分频输出2s脉冲引发中断以及指定时间输出到逻辑笔。

数码管

用于显示对应的档位数字。将地址接到230h即可

程序流程图

程序清单

```asm
; 2018-3-27 22:57:16
; BY: Lart Pang

.model  small
.386

;begin  for variable of address
io8253_0    equ 200h
io8253_1    equ 201h
io8253_2    equ 202h
io8253_k    equ 203h
p8255_a     equ 210h
p8255_b     equ 211h
p8255_c     equ 212h
p8255_ctl   equ 213h
SMG         equ 220h
;end    for variable of address

data    segment
    ;begin  for motor
    buf     db 0                ;相序存储
    speed   db 0                ;转速控制
    direc   db 0                ;转向控制
    ;end    for motor

    ;begin  for 7-seg led
    ledcode     db 3fh, 06h, 5bh, 4fh    ;0-3的对应字形码 
    ;end    for 7-seg led       

    ;begin  for 8*8 led
    led1    db 88h, 44h, 24h, 1fh, 1fh, 24h, 44h, 88h
    led2    db 02h, 04h, 84h, 7fh, 7fh, 84h, 04h, 02h
    count   dw 00h              ;查表计数器
    bz      dw ?                ;定义一个位扫描码字的空间
    ;end   for 8*8 led
data    ends

ss_seg  segment stack
    dw  100 dup(0)
ss_seg  ends

code    segment
    assume  cs:code, ds:data
start:
    cli                         ;关中断
    mov     ax, data            ;指定数据段
    mov     ds, ax

;begin  8259 for interruption
    in      al, 21h             ;读IMR寄存器
    and     al, 11011111b       ;开放主片IR5中断
    out     21h, al             ;装载中断到IMR

    push    ds                  ;压栈保存数据
    mov     ax, 0               ;设置中断向量
    mov     ds, ax              
    lea     ax, cs:int_proc        ;AX指向中断程序入口地址
    mov     si, 35h             ;中断类型码35H
    add     si, si               ;35H*4H找到相应中断向量表中的位置
    add     si, si
    mov     ds:[si], ax           ;装入自定义中断服务程序IP
    push    cs                  ;将CS压栈，用以获取CS地址存到AX中
    pop     ax
    mov     ds:[si+2], ax          ;装入自定义中断服务程序CS:int_proc
    pop     ds                  ;恢复数据
;end    8259 for interruption

;begin  8255 for initialization
    mov     dx, p8255_ctl       ;设定A口方式0输出，B口方式0输出  
    mov     al, 10001000b       ;高C口方式0输入，低C口方式0输出 
    out     dx, al
;end    8255 for initialization
    
;begin  for setting the initial phase sequence
    mov     buf, 33h            ;初始相序33h = 0011 0011，这里是用"双四拍"
                                ;相序驱动电机，故实际使用33h
;end    for setting the initial phase sequence

;begin  8253 for frequency division
    ;第一次分频  1M-->1K
    mov     dx, io8253_k        ;cnt0 双数 方式3 二进制
    mov     al, 36h             ;00   11   011  0
    out     dx, al              ;方波发生器，方式3  
    
    mov     dx, io8253_0        ;cnt0产生1000Hz（1ms）的时钟
    mov     ax, 1000            ;分高低位写入1000
    out     dx, al
    mov     al, ah
    out     dx, al
    ;第二次分频  1K-->0.5
    mov     dx, io8253_k        ;cnt1 双数 方式3 二进制
    mov     al, 76h             ;01   11   011   0 
    out     dx, al
    
    mov     dx, io8253_1        ;cnt1产生0.5Hz的时钟
    mov     ax, 2000            ;分高低位写入2000
    out     dx, al
    mov     al, ah
    out     dx, al
    
    ;计时         2s->10s
    mov     dx, io8253_k        ;cnt2 双数 方式2 二进制
    mov     al, 0b4h            ;10   11   010   0 
    out     dx, al
    
    mov     dx, io8253_2        ;cnt2产生指定时间的负脉冲
    mov     ax, 5               ;分高低位写入指定数据
    out     dx, al              ;这里指定为5
    mov     al, ah
    out     dx, al
;end    8253 for frequency division

;begin  main program
    mov     dx, p8255_c         ;读取8255C口内容
    in      al, dx              ;由于C口既有输入又有输出，所以为了不会干扰
    and     al, 11110000b       ;在写数据的时候，要保证不会改动输入的口的数据
    mov     bl, buf
    and     bl, 00001111b       ;只写buf的低四位到al里
    add     al, bl              ;这里需要在低四位写数据，所以保留高四位。
    out     dx, al              ;将数据传送
    
loop_main:   
    cmp     direc, 0            ;比较direc，决定相序正向输出还是反向输出
    je      direc_0             ;这里的方向控制实际上就是通过改变相序的循环方向
                                ;进而改变的
    mov     al, buf             ;载入相序
    ror     al, 1               ;循环右移一位
    jmp     direc_1
direc_0:                
    mov     al, buf 
    rol     al, 1               ;循环左移一位
direc_1:                        ;移动完成后，进行后续操作
    mov     buf, al

    mov     dx, p8255_c         ;读取8255C口内容
    in      al, dx              ;由于C口既有输入又有输出，所以为了不会干扰
    and     al, 11110000b       ;在写数据的时候，要保证不会改动输入的口的数据
    mov     bl, buf
    and     bl, 00001111b       ;只写buf的低四位到al里
    add     al, bl              ;这里需要在低四位写数据，所以保留高四位。
    out     dx, al              ;将数据传送

    sti                         ;开中断

    ;begin  8*8 led & 7-seg digital tube
    mov     di, offset led1     ;设di为字型码缓冲区(指向首地址)
    call    display
    mov     di, offset led2     ;设di为字型码缓冲区(指向首地址)
    call    display    
    call    disp_shumaguan
    ;end    8*8 led & 7-seg digital tube

    jmp     loop_main
;end    main program

;begin  for interrupt service program
int_proc    proc far
    push    ax                  ;保护现场
    push    cx
    push    dx
    
    mov     dx, p8255_c         ;读8255C口，修改方向
    in      al, dx              ;读取端口信息
    and     al, 80h             ;1000 0000保留方向位
    mov     direc, al           ;将方向存入方向存储单元
    mov     dx, p8255_c         ;再读8255C口，修改速度
    in      al, dx              ;读取端口信息
    and     al, 01110000b       ;0111 0000保留速度档位
    mov     speed, al           ;将速度档位信息存入存储单元

    mov     al, 20h             ;发EOI结束命令
    out     20h, al

    pop     dx                  ;恢复现场
    pop     cx
    pop     ax
    sti                         ;开中断
    iret
int_proc    endp
;end    for interrupt service program

;begin  for 8*8 led display
display     proc
    push    bx                  ;保护现场
    push    ax
    push    dx
    
    mov     count, 0000h        ;计数器初始值0
    mov     bh, 01h             ;产生最高位扫描码
    mov     al, 0               ;扫描码消失(熄灭)
    mov     dx, p8255_b         ;指向b口
    out     dx, al              ;输出扫描码熄灭数码管
again:
    mov     byte ptr bz, bh     ;将位扫描码字节送存储空间bz
    push    di                  ;保存变量指针
    add     di, count           ;修改变量数据指针(基地址+偏移量)
    mov     bl, byte ptr [di]   ;查表得到变量数据送bl
    pop     di                  ;恢复变量指针
    mov     al, bl              
    mov     dx, p8255_a         ;指向a口
    out     dx, al              ;输出扫描码
    mov     al, byte ptr bz     ;使相应的数码管亮
    mov     dx, p8255_b
    out     dx, al              ;显示字型
    inc     count
    push    cx                  ;保护CX
    mov     dh, speed           ;设定延时
dh_0_disp:
    mov     cx, 30h             ;设定循环延时次数
loop_disp:   
    loop    loop_disp
    dec     dh
    jnz     dh_0_disp
    pop     cx                  ;恢复CX
    
    mov     al, 0               ;扫描码消失(熄灭)
    mov     dx, p8255_b         ;指向b口
    out     dx, al              ;输出扫描码熄灭数码管
    mov     bh, byte ptr bz      ;取出扫描码
    shl     bh, 1               ;将扫描码右移一位
    jnz     again               ;如果不等于0就跳转again
    
    pop     dx                  ;恢复现场
    pop     ax
    pop     bx
    ret
display     endp
;end    for 8*8 led display

;begin  for 7-seg digital tube
disp_shumaguan  proc
    push    bx                  ;保护现场
    push    ax
    push    dx
            
    mov     al, speed           ;读取已经存储好的速度信息
    cmp     al, 01000000b       ;第一档
    jz      al_1
    cmp     al, 00100000b       ;第二档
    jz      al_2
    cmp     al, 00010000b       ;第三档
    jz      al_3
    ;al=0
    mov     si, 0               ;第0档：最慢，因为其间隔时间最长
    jmp     next_0
al_1:
    mov     si, 1
    jmp     next_0
al_2:
    mov     si, 2
    jmp     next_0
al_3:
    mov     si, 3
next_0:
    lea     bx, ledcode             ;将数码管的字形码地址赋给BX里
    mov     bl, [bx+si]           ;将对应的字形码存放到BL里
    mov     al, bl
    mov     dx, SMG             ;将数码管的地址存到DX里
    out     dx, al
    
    mov     al, 01h             ;设置数码管的位码，这里使用第一个数码管
    inc     dx                    ;数码管的位码，在CPU模式下
                                ;要存在数码管地址的下一地址
    out     dx, al
    
    pop     dx                  ;恢复现场
    pop     ax
    pop     bx
    ret
disp_shumaguan  endp
;end    for 7-seg digital tube

code    ends
    end     start               ;程序结束
```

实验结果与分析

系统运行环境

• 硬件：Windows XP 32位、386EX试验箱
• 软件：HQFC集成开发环境
• 设计语言：8086汇编

调试遇到的问题

• 由于使用了8*8点阵，导致只能将8255的接口PC分高低位用于不同的工作方式。在按此，高四位接好滑动开关，低四位接好步进电机后，运行程序，发现显示结果不正常。
• 在最后，准备利用8253分频配合逻辑笔，实现定时提示功能，代码写好，接口连接好后，发现逻辑笔始终显示低电平。

对应的解决办法

• 因为在程序中的读写PC口的时候，没有考虑到每次的写操作，是会影响到另外的四个口的数据的。所以在原来向PC口写数据的基础上，进行了进一步的处理，即“读改写”操作，先读回来原来的数据，只修改低四位，改为想要发送的数据，再写回去。这样就避免了互相干扰的问题，最终恢复正常了。
• 仔细检查代码后，发现，原来是CNT2相应的命令字写错了。对于2号计数器的指定出了错误，应该是0b4h，结果写成了0e4h。这里主要是因为对于16进制数字不熟悉的结果，导致信息错乱，没有输到想要的位置上。

系统运行结果

由下图可见，最终实现了档位指示，小人跑步模拟，步进电机的转动以及定时提示。

结论及设计体会

最终，完成了自己的设计，实现了“跑步机”的模拟。

最终完成的功能有：8*8LED点阵动态显示小人运动，一位七段数码管显示对应的速度档位，而利用滑动开关，实现跑步机（步进电机）的正反转和档位的控制，同时，利用分频实现定时功能，可以在指定时间输出负脉冲，将逻辑笔的指示灯切换，最终实现了定时提示的功能。

这个实验持续了两三周的时间，之前由于有考试，主要的精力没有放在这个上面，只是先做好了步进电机的基本功能，还未拓展点阵和数码管的功能。不过还好，最后还是赶上来了。

这个思路很好，在一个小的，课本的例子的基础上，不断扩展，不断增加更多的功能，这样也让我在不断地学习新的模块的知识，同时不同模块之间的配合，也在考验着我的能力，因为并不是把模块拿来接好就可以用的，总是会遇到各种各样的问题，需要我们不断地取寻找，解决。

这时，渐近式的编程就显得尤为重要。保留好源代码，先修改一部分，测试，再修改，再测试，不断地反复，直到效果满足预期要求，否则就不能拿来用，只能使用原来的未修改的源代码。这里也提示了我们，及时存档的重要性。

总的看来，磕磕绊绊，但还是走到了终点。

本次试验最遗憾的事情就是12864没用上。为了它我花费了半天时间，查资料，咨询老师，研究了半天，但最终也还是也没有用上12864。不过还是感谢老师的指导。

这次实验学到了很多，包括各种模块的使用，接口操作，中断操作，这都是在程序设计中使用到的，以及对于各种问题的调试解决方法，甚至对于编程也有了进一步的认识。汇编这门语言也因此而熟练了许多。感觉获益匪浅。