微机原理与接口技术:基于Proteus仿真

本书以Intel 8086微处理器和IBM PC系列微机为对象，从微型计算机系统的应用出发，系统地介绍了微型计算机的基本组成、工作原理、接口技术及应用。作者在总结教学经验，研究相关仿真技术和各类教材的基础上，以“项目为线，案例为点”的思路编写了各章节相关内容。本书共10章，包括微型计算机基础知识概述、微处理器、指令系统及汇编语言程序设计、存储器系统、输入/输出技术、可编程并行I/O接口芯片Intel 8255A、可编程计数器/定时器8253A、中断技术及8259A、微机系统串行通信及接口、D/A与A/D转换接口。本书以交通信号灯控制系统在Proteus ISIS仿真平台的实现为线，将其贯穿各章节内容，以在Proteus ISIS仿真平台中实现的案例为知识点。本书内容全面，实用性强，原理、技术与应用并重，以Proteus ISIS仿真实验方法进行讲述，有特点和新意。本书中提供的实例全部在Proteus中调试通过。 本书可作为高等院校理工科自动化、电气与电子类等相关专业本科以及成人高等教育或大专层次的教材，对研究生和从事微机测控及接口技术应用的工程技术人员也是一本很好的参考书。

第l章微型计算机基础知识概述……·…………………………………………………………··1

 1．1微机的基本结构…·············……………………………………………………·………-l

 1．2微型计算机的基本知识···…··…·······……………………………………………………2

  1．2,1计算机中的常用数制………………………………………··……---……………··2

  1．2．2各种数制间的转换……………………………………………………………………4

  1．2．3无符号二进制数………………………………………………………………………5

  l_2．4有符号数的表示方法………·…………………………………………………·…--·-6

  1．2．5计算机中信息的编码………………………………………………………………·--10

：1．3常用术语解析··……………………………………·………………………-……………··11

：1．4初级计算机工作原理………………………………………………………………·……一13

习题…-……………………………………···………······……………………………………·-13

第2章微处理器………………·······…·………………………………………·……·…--……14

 2．1 8086／8088微处理器……………………………………………………………·………··14

    2．1．1 8086(：PU的内部结构……………··…··…·………………………………………·14

    2．1．2 8086(：Pu的内部寄存器…………·…···…………………………………………··17

    2．1．3 8086 CPI．J的工作模式和引脚信号…··…………………………………………----20

    2．1．4 8086的内存储器和I／O端口组织……………………………·…………………··25

    2．1．5 8086最大模式系统和最小模式系统的构成····…………………………………··29

    2．1．6 8086 CPIJ的工作时序………………………………………·……………………-·32

    2．1．7 8086 CPU ti 8088(：PU的主要区别…………………………………·…………··35

  2．2案例实现……………………………………………………………………………·……’‘36

  习题………………………………………………………·……………………………………‘’38

第3章指令系统及汇编语言程序设计…………………·…·····…·…………………………··39

  3．1概述……………………………………………………………………………·…………。。39

  3．1．1机器指令格式·…………………………………………····…………………………·39

  ：L 1．2符号指令格式……·······……………………………………………··…·…………·40

3．2寻址方式………·…·…………………………·………………………．…．………………．40

  3．2．1立即寻址方式………………···……………·…………………………………．……·41

  3．2．2寄存器寻址方式………………···……………………………………………………41

  3．2．3存储器寻址方式…………………………………………………．…．…………“…．41

 3．3汇编语言的编程格式………………………………………………．47

  3．3．1  汇编语言程序结构·……………·……………………………………………………．47

  3．3．2汇编语言语句…………………………………………………………………………48

  3．3．3汇编语句的操作数……………………………………………………………………49

  3．3．4伪指令………．…………．．．．．．………．．‘：………_．．…-………．……．51

 3．4指令系统…………………………………．…w．…·¨…………………………：…………．58

  3．4．1数据传送类指令…………………·¨……一．一．………．_．_……………………．．59

  3．4．2算术运算指令……：………………·…………………·：……--………．…．．．．……65

  3．4．3逻辑运算与移位指令………………．…：…--．……………………………………71

  3．4．4串操作指令…-一一…一_………·一……．．．…．…．．--．．……………………………．．76

  3．4．5控制转移类指令…………····………………”．……………………………．82

  3．4．6处理器控制指令…·…·．．-：-．-．………………：：：…．--………………………………．．91

  3．4．7常用DOS功能调用．．．-．-．·…一·…·………………………………”91

，3．5汇编语言程序设计案例：…：…-．-一·一…z……．．-．．．………--……一……一……………95

  ．3．5．1．顺序结构程序-一·····…．．．一t………-．．．．．…·……---………．………………………95

  3．5．2分支结构程序…………………………………………………………………．．．．．…．97

  3．5．3循环结构程序·……………·…………………………………………………………．99

  3．5．4子程序设计……………：……………………………………．．．…………………”101

习题……····………一．…·一……………………………--．…………一“．a．-．-．…………．108

    t    ．    ．    _    ．  ，    r

#4章存储器系统·……………········……………………：……………．．．…．………………．114

 4．1存储器系统的基本知识…．……………………．…．…”．_．I．……一……………………114

  4．1．1  }导体存储器的分类…、……………………-r-…………………………………“114

  4．1．2  }导体存储器的主要性能指标…………………………………一…………一…116

  4．1．3半导体存储器的基本结构………-．．………··…-r-………………………………117

  ·4．1．4存储器的读／写操作……………………·…………………………………………．．118

  4．1．5典型存储器芯片…·…………………………………．…．．．………………………．120

 4．2存储器系统设计……………………………·…………………………………………．．124

  4．2．1系统内存配置………………………………．．：：………………………．：…………124

  4．2．2存储器扩展与译码方式…………一……………．………………………………．．125

  4．2．3存储器系统设计…………………………………………………．…．．，…．128

习题…………………………………………………………………．…………………………一135

第5章输入／输出技术…………………………………………………………………………136

 5．1  I／O接口基础及简单接口应用…………·…·……………···…………………………’136

    5．1．1基础知识——I／0接E1．I／O端口编址、接llftb路基本结构………………’’’’’’136

    5．1．2简单接口芯片……………····……………………………………………………‘’139

    5．1．3案例实现：开关控制二极管…………·……………·…··………………’’…………142

  5．2 LED数码管及I／O设备信息交换方式-……………···……………………………’…’144

  5．3简单交通信号灯系统的实现……………………··……………………………………‘148

  习题………………………………………………………………………………………………150

第6章可编程并行I／o接口芯片Intel 8255A………………………………………………151

  6．1并行I／O接口芯片Intel 8255A概述…·………………………………’…………’…151

    6．1．1 8255A的结构、控制字及工作方式………………………………’……………’’151

    6．1．2案例实现——8255A读取并显示开关状态………………’………………’……‘159

  6．2项目实现——8255A实现交通信号灯的控制………··………………………………‘160

  6．3 Intel 8255A的应用………………………………………………………’’’’…………’。163

    6．3．1基础知识——键盘工作原理、PC键盘………···…·………………………’’’…一163

    6．3．2案例实现——用8255A实现键盘接口………………………’’’’………………一164

  习题……………·……………………………………………………………………………’…’164

第7章可编程计数器／定时器8253A……………………………………’’’’…………’’’…一165

  7．1 Intel 8253A简介…………………·…··……………····………………………………‘‘165

    7．1．1基础知识……······…………………………………····…………·………………’165

    7．1．2案例实现——8253A~外部事件进行计数………···……………………………。175

    7．1．3案例实现——8253A定时控制LED闪烁………………………………………177

  7．2Ⅲ目实现…………………………………………………………………’……………”178

  7．3扩充知识…………………………………………………………………………’’’……184

习题…………………………………………………………………···……………………………184

第8章中断技术及8259A  …………………··…···…………………………………………‘185

  8．1中断技术及8259A简介…………………………………………………………………185

    8．1．1 q‘，断的基本概念…………………………·……·…………………………………’185

    8．1．2  ‘j断控制器8259A………………………··…………………………·……………193

  8．2案例及项目实现…………………………………………………………………………206

    8．2．1案例8-1的实现——利用中断检测开关状态……………………………………206

    8．2．2案例8-2的实现——两个中断控制LED流水灯左、右循环………………’…‘‘209

    8．2．3项目实现……………···……………………………………………………………210

  习题…………………·····………………·…·……………………………………．…．…………215

第9章微机系统串行通信及接口………………··……………………………………………．216

 9．1基本知识………………………………………………………………………………．．．216

  9．1．1串行通信……………………………………………………………………………216

  9．1．2可编程串行接8251A………………………………．…．………………………．218

 9．2案例9-I的实现……………………………．…．………………………………………．223

习题…………………………………………………………………．…………………．…．……227

第10章D／A和A／D转换接口………………………．…--．…．．．…．I………………．…228

：10．I基本知识…………………………··………………………………………………．……228

    10．I．1模拟量输人／输出通道………………………………………．……………………228

    10．1．2 D／A转换器…………………………………………．．．…………………………229

    10．1．3 A／D转换器………………………………………………………………………236

  ．10．2案例实现…………………………………………………………………………………240

  10．2．1案例10-1的实现…………………………………………………………………240

  10．2．2案例10-2的实现…………………………………………………………………242

  习题………………·………………·……………………………………………………………．245

参考文献………………………………………………………·……·……………………………．246

附录常用伪指令、传送指令、算术运算指令、处理器控制指令、DEBUG常用命令…………247

  “微机原理与接口技术”是高等学校电子信息、自动化、电气工程等工科类各专业的基础核心课程。课程目标是使学生从系统的角度出发，掌握微机系统的基本组成、工作原理、接口技术及应用方法，具有微机系统的初步开发能力。作者在总结多年教学科研及实践经验的基础上，结合计算机仿真技术的发展，对课程相关资料进行了综合分析提炼，编写了本书。

    本书在内容选取与组织上进行了革新，以Intel 8086微处理器和IBM PC系列微机为对象，从微型计算机系统的应用出发，系统地介绍了微型计算机的基本组成、工作原理、接口技术及应用。作者在总结教学经验，研究相关仿真技术和各类教材的基础上，以“项目为线，案例为点”的思路编写了各章节相关内容。本书共10章，包括微型计算机基础知识概述、微处理器、指令系统及汇编语言程序设计、存储器系统、输入／输出技术、可编程并行I／0接口芯片 Intel 8255A、可编程计数器／定时器8253A、中断技术及8259A、微机系统串行通信及接口、D／A与A／D转换接口。本书以交通信号灯控制系统在I'roteus ISIs仿真平台的实现为线，将其贯穿各章节内容，以在f~roteusIsIs仿真平台中实现的案例为知识点。本书内容全面，实用性强，原理、技术与应用并重，以F'roteus 1sIs仿真实验方法进行讲述，有特点和新意。本书中提供的实例全部在I~rote-us中调试通过。

  本书有如下特色。

  ①以项目为线。本书以交通信号灯控制系统在I~roteus IsIs仿真平台的实现为线，以经典的Intel 8086为主要对象，各章节内容基于项目连接成线，侧重微机系统的设计与实现。重点突出，内容全面。

    ②以案例为点。本书从应用需求出发，在讲清基本原理的基础上，按难易程度讲解典型示例或案例及其l"roteus实现，突出了对学生软硬件结合的思维方法和动手能力的培养。

    ③先进的实验手段。本书选用了适用于该课程教学和实践的】Proteus IsIs仿真平台，书中案例和项目实现过程按照课程内容进行规划，既有理论设计又有仿真实现，使学生掌握知识的同时又可体会到技术的发展，本书较好地体现了从整体到局部又到整体的知识体系。

    ④可读性强。随着项目的一步步实现，课程内容由浅八深、分散难点。在接口部分，形成芯片结构、编程和项目实现的讲解体系，以便学生理解。

    本书的编写采用了集体讨论、分工编写、再讨论修改、统稿的方式。本书的第1、3章由来有产编写；第2章由刘淑平编写；第4、8、9、10章由王桂兰编写；第5、6、7章由秦金磊编写；附录由朱有产编写。本书由朱有产统稿并最后定稿。本书定稿后，由王振旗教授主审。

    本书配有教辅《微机原理与接口技术辅导与实验》，包括MAsM使用说明、I"roteus仿真平台使用说明、习题解答、MC孓5l简介及其仿真案例等内容。

    本书的编写得到了华北电力大学专业建设平台领导的大力支持；得到了微机原理教学团队全体老师的大力支持；得到了广州市风标电子技术有限公司的大力支持，公司技术人员指导了部分Proteus仿真实例的设计；得到了全国高等院校计算机基础教育研究会的大力支持。在此，全体编著人员向所有对本书的编写、出版等工作给予大力支持的单位和人员表示真诚的感谢!

    由于作者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，敬请广大读者提出宝贵意见。

    作者

    2020年8月于华北电力大学

  例3一14计算7F．AZH／03D13H。

  MOV AX．’7FA2H    AX=7FA2H

  M07 BX．03DDH    ；BX=03DDH

  CWD DX AX=00007FA2H

  DIV Bx    ；商Ax=0021H，余数=0025H

  6．BcD码(十进制数)调整指令

  人们习惯使用十进制数，在计算机码制中，人们专门设立了用二进制数表示十进制数的BcD码。BcD码有两种形式：压缩BcD码和非压缩BcD码。在80X86系列中，有相对应加、减、乘、除指令的BcD码调整指令。

  (1)BcD码加法调整指令

  对应压缩BcD码和非压缩BcD码的加法十进制调整指令有DAA和AAA。两者的指令助记符后面均不带操作数。但DAA指令隐含操作数AI。和AH，AAA指令只能隐含操作数AL。

  BcD码的运算步骤是：首先对两个BCD数按一般二进制数加法运算指令进行运算；然后用相应的调整指令对上述结果进行调整。所以．调整指令必须紧跟在二进制运算类指令的后面。下面举例说明BcD码加法运算。

    压缩BcD码：

    』ADD AL'‘。g／IReH’／‘mm8    ；完成压缩BCD数的加法运算

    lDAA

    fADC AL，‘。g／。。“／‘mm8    ；带进位位的BcD数加法指令

    lDAA

    非压缩BCD码：

    f。ADD AL，‘。g／mem／imm8    ；非压缩BCD数的加法运算

    IAAA

    』ADC AL，‘。g／mem／ism8    ；带进位位的非压缩BCD数加法运算

    lAAA

    那么为什么要进行调整以及怎样进行调整呢?

    BcD码由4位二进制数表示一位十进制数，即用0000～1001表示十进制数O～9，最大值为9。当两个BcD码先按二进制数运算时，可能会出现大于9的结果，即可能出现1010～llll的数，这样的运算结果已不是BcD码了，称为非法码或冗余码，所以必须对存放在AI。中的中间结果进行调整，使其成为BcD码。

    由于4位二进制数是逢16进1，而BCD码是逢10进l，所以两者差6。

    ①压缩BcD码加法调整指令DAA的调整过程

    ·两数相加，高4位与低4位的和均在0～9之间，则无须修正或称加00H修正；

    ·若两数相加后，低4位的和大于9(即出现非法码)或低4位向高4位有进位(AF‘一1)，但

    高4位相加的和在0～9之间，则DAA指令对中间结果进行加06H修正；

    ·若两数相加后，高4位的和大于9或有向更高位进位(cF一1)，而低4位的和在0～9之

    间，则DAA指令对中间结果进行加60H修正；

    ·若两数相加后，低4位、高4位结果均大于9或都有进位位(AF’=1，cF=1)，或高4位等于9，而低4位有加6修正情况(大于9或有进位，即．AF‘=1)，则DAA指令对中间结果进行加661修正......

朱有产，华北电力大学计算机系教授。主编出版了“十一五”规划《16/32位微机原理与接口技术》教材及配套实验指导书；公开发表教研论文8篇，其中EI检索1篇、中文核心期刊1篇；省级教学成果三等奖1项；河北省教改项目1项；教改类发明专利1项；教改类实用新型专利1项；教改类计算机软件著作权1项；校教学成果二等奖1项；计算机基础技能鉴定系统项目验收1项；校级教学研究项目(重大)验收1项；大学生创新创业项目()验收1项。