文/張文遠(yuǎn) 宋蘇陽(yáng) 茹國(guó)寶

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與任務(wù)

因CPU響應(yīng)中斷是瞬間完成的，在學(xué)習(xí)中斷響應(yīng)的課程中，同學(xué)們無(wú)法掌握CPU響應(yīng)中斷的全過(guò)程。為此，本文設(shè)計(jì)了一套中斷過(guò)程的實(shí)驗(yàn)電路。具體內(nèi)容和要求如下：

（1）利用8259A中斷控制器和8255A并行口，結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)一個(gè)模擬中斷申請(qǐng)和響應(yīng)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)電路；

（2）設(shè)計(jì)者應(yīng)分析如何確定中斷的觸發(fā)方式？如何模擬外圍申請(qǐng)和CPU響應(yīng)中斷的整個(gè)過(guò)程？如何模擬CPU獲取中斷類(lèi)型碼和中斷向量的？如何模擬CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序？為什么要這樣設(shè)計(jì)？

（3）如何完成對(duì)82設(shè)計(jì)者應(yīng)分析中斷控制器和8255A并行口的初始化操作？分析其原因；

（4）實(shí)驗(yàn)分三個(gè)層次：1）、8259A中斷控制器單片方式的工作原理與時(shí)序；2）、8259A中斷控制器級(jí)聯(lián)方式主片、從片的工作原理與時(shí)序；3）、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。設(shè)計(jì)要求：① 采用8253A對(duì)系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘1MHz進(jìn)行分頻，得到10Hz時(shí)鐘信號(hào)，作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，通過(guò)ISA總線的IR7插孔向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求 ② 編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示。

2 實(shí)驗(yàn)原理及方案

2.1 實(shí)驗(yàn)的基本原理

8259A在微機(jī)系統(tǒng)中用于管理外部多個(gè)中斷源。單片8259A可以管理8個(gè)中斷請(qǐng)求，級(jí)聯(lián)方式可以擴(kuò)展8片8259A，最多可以管理64個(gè)中斷源；8259A采用向量中斷方式，能夠根據(jù)不同的中斷請(qǐng)求向CPU提供相應(yīng)的中斷類(lèi)型碼；8259A具有優(yōu)先權(quán)裁決和中斷嵌套管理功能。

2.2 實(shí)現(xiàn)方案

CPU響應(yīng)中斷是瞬間完成的，為了了解CPU響應(yīng)中斷的過(guò)程，擬采用手工模擬的方法，對(duì)8259A中斷管理器的工作過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬。下面以8259A單片方式工作模擬實(shí)驗(yàn)為例，如圖1所示，通過(guò)8255A讀取8259A的中斷向量，向8259A寫(xiě)入控制字；利用單脈沖發(fā)生器模擬外圍設(shè)備產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求和CPU的中斷響應(yīng)。

表1：中斷過(guò)程的模擬與仿真實(shí)驗(yàn)考核方法

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）利用單脈沖發(fā)生器1發(fā)一個(gè)單脈沖1，產(chǎn)生一個(gè)上升沿輸入IR引腳，模擬外圍設(shè)備向8259A產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求。此時(shí)，可模擬多中斷源同時(shí)引起中斷。

（2）通過(guò)8255A向8259A寫(xiě)入控制字。注意，此時(shí)須注意8255A工作方式的切換。

（4）利用8255A讀取8259A的中斷類(lèi)型碼。

（5） 通 過(guò)8255A向8259A控 制 字OCW2，模擬中斷結(jié)束ΕOI命令。

2.4 實(shí)驗(yàn)手段的思考

（1）實(shí)驗(yàn)步驟1中，如何模擬多中斷源同時(shí)引起中斷？如果中斷源同時(shí)引起中斷，CPU如何獲取優(yōu)先級(jí)最高的中斷類(lèi)型號(hào)？CPU如何獲取各級(jí)中斷的中斷類(lèi)型號(hào)？

（2）實(shí)驗(yàn)步驟2中，如何模擬CPU向8255A和8259A寫(xiě)入初始化參數(shù)？二者初始化參數(shù)的寫(xiě)入方法有什么不同？為什么？對(duì)8259A寫(xiě)入初始化參數(shù)和讀取中斷類(lèi)型號(hào)時(shí)，為什么要對(duì)8255A工作方式的進(jìn)行切換？

（3）實(shí)驗(yàn)步驟3中，如何模擬CPU響應(yīng)中斷的？為什么要向8259AINTA引腳發(fā)兩個(gè)單脈沖？讀取8259A的中斷類(lèi)型碼時(shí)，為什么要手工按住第二個(gè)INTA不動(dòng)？

（4）實(shí)驗(yàn)步驟4中，如何利用8255A模擬CPU讀取8259A的中斷類(lèi)型碼的？

（5）實(shí)驗(yàn)步驟4中，如何手工模擬CPU響應(yīng)中斷的？如果多中斷源同時(shí)引起中斷，怎么模擬中斷響應(yīng)的？此時(shí)為什么要對(duì)8255A的工作方式進(jìn)行切換？

3 教學(xué)實(shí)施進(jìn)程

3.1 任務(wù)安排

學(xué)生以一人一組的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要求充分理解題目要求，利用所學(xué)模電、數(shù)電、譯碼技術(shù)、定時(shí)計(jì)數(shù)技術(shù)、并行接口技術(shù)、中斷技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，認(rèn)真設(shè)計(jì)，用心制作，完成調(diào)試。

3.2 預(yù)習(xí)部分

復(fù)習(xí)譯碼器設(shè)計(jì)及其相關(guān)應(yīng)用電路；熟悉8255A并行接口、8253A定時(shí)計(jì)數(shù)的基本原理及及其相關(guān)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)；掌握8259A單片和級(jí)聯(lián)工作的基本原理和時(shí)序；熟悉8086的指令系統(tǒng)及其編程。

3.3 電路設(shè)計(jì)

根據(jù)指標(biāo)要求，采用手工模擬的方法，對(duì)8259A中斷管理器的工作過(guò)程進(jìn)行方案論證、設(shè)計(jì)和模擬。特別要注重實(shí)驗(yàn)步驟中各個(gè)環(huán)節(jié)，切實(shí)理解各個(gè)步驟模擬CPU響應(yīng)中斷的過(guò)程及其原因;強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握8259A單片和級(jí)聯(lián)工作的基本原理和時(shí)序；學(xué)會(huì)對(duì)并行口和中斷管理器的編程。

3.4 分組研討、總結(jié)演講

重點(diǎn)討論：

（1）8259A中斷管理器的工作過(guò)程；

（2）比較分析采用手工模擬的方法，對(duì)8259A中斷管理器工作過(guò)程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行。

（3）理解并掌握各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的必要性和具體操作的緣由。

4 考核要求與方法

表1為本實(shí)驗(yàn)考核的節(jié)點(diǎn)、時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)及考核方法。

5 結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主導(dǎo)思想是在教師指導(dǎo)下提倡學(xué)生自主設(shè)計(jì)與自主實(shí)驗(yàn)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可提高學(xué)生的設(shè)計(jì)與研究興趣，使學(xué)生全面掌握中斷管理器工作原理及其應(yīng)用方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，解決現(xiàn)代科研開(kāi)發(fā)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，具有設(shè)計(jì)以CPU為控制核心的電子系統(tǒng)的能力，為將來(lái)走向社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)涉及譯碼技術(shù)、并行接口技術(shù)、定時(shí)計(jì)數(shù)技術(shù)和中斷管理技術(shù)，可進(jìn)一步提高學(xué)生設(shè)計(jì)硬件、軟件的素質(zhì)和技能，進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手技能。