大小写字母转换设计(含程序)--课程设计

摘要

在课程设计之前，具备微机原理的理论知识和实践能力；熟悉汇编语言编程技术；熟悉80X86的CPU结构和指令系统；熟悉相关常用接口电路的设计使用方法是必不可少的。因此原理部分重新温习并整理了相关知识。

课程设计要求进行大小写字母的转换。其实字母大小写的区别在于他们的ASCII码范围，它们之间的转换其实就是加减相应的ASCII码值。在判断输入的字母是大写的还是小写的（即判断输入符号ASCII码在41H~5AH还是在61H~7AH内）之后，决定判断是加上还是减去ASCII码值。另外如果输入的不是字母（输入字符对应ASCII码值不在41H~5AH或61H~7AH内），则需要报警提示，这不但涉及到用汇编语言实现发声的方法，而且对计算机硬件的了解也有要求，因此原理部分加入了部分有关声音产生的硬件知识。

关键词：汇编语言，ASCII码，大小写转换

I

1.原理简介

1.1 8086的内部结构

80x86从功能上分执行单元EU(Execution Unit)，和总线接口单元BIU(Bus

Interface Unit)，执行单元由算术逻辑单元（ALU）、标志寄存器、通用寄存器组和EU控制器等部件组成。

指令执行部件EU由算术逻辑单元、标志寄存器、通用寄存器和EU控制器等部件组成。

主要功能是执行指令：

一般顺序执行，EU不断地从指令队列中取指令连续执行，而省去访问存储器取指令的时间。

需要访问存储器取操作数时，EU将访问地址送给BIU后，将要等待操作数到来后才能继续操作；

遇到转移类指令时，要将指令队列中的后续指令作废，等待BIU重新从存储器取出目标地址中的指令代码进入指令队列后，EU才能继续执行指令。

算术逻辑单元（ALU）完成16位或8位的二进制运算；16位暂存寄存器用来暂存参加运算的操作数。运算结果通过内部总线送到通用寄存器组或BIU的内部寄存器中等待写入存储器。经ALU运算后的结果特征置入标志寄存器中保存

EU控制器负责从BIU的指令队列中取指令，并对指令译码；根据指令要求向EU内部各部件发出控制命令以完成各条指令的功能。

总线接口单元由地址加法器、专用寄存器组、指令队列缓冲器和总线控制电路等部件组成；

主要功能是形成访问存储器的物理地址，负责与外部（存储器或I/O接口）打交道。

正常情况下，BIU通过地址加法器形成指令的物理地址，从给定存储器地址中取出指令代码送指令队列缓冲器中等待执行（指令队列缓冲器中出现一个空字节，BIU将自动进行读指令的操作填满队列）。

1

收到EU送来的操作数地址，BIU将立即形成操作数的物理地址，完成读/写操作数或运算结果功能。遇到转移类指令，BIU将指令队列缓冲器中的尚存指令作废，重新从存储器目标地址中取指令送指令缓冲器中。

指令队列可存放6字节的指令代码。一般情况下指令队列中总是填满指令，使EU可不断地得到执行的指令。

16位地址加法器专门用来完成由逻辑地址变换成物理地址的功能。实际上是进行一次地址加法，将两个16位的逻辑地址转换为20位的物理地址，以达到可寻址1M字节的存储空间。

总线控制电路将8086CPU的内部总线与外部总线相连，是8086CPU与外部交换数据的必经之路。包括16条数据总线、20条地址总线和若干条控制总线。程序装载到内存中后通过16位数据线确定各个段地址，开始取出指令（内存中读字节），放到指令队列，队列出口通过EU控制器执行指令并同时影响IP（指令指针移动指令长度，或通过指令执行后影响IP。

1.2 8086的指令系统

8086全部指令按功能可分成六大类：

1.数据传送类

一般格式：MOV OPRD1，OPRD2

MOV 是操作码，OPRD1和OPRD2分别是目的操作数和源操作数。

功 能： 完成数据传送。

堆栈指令，包括入栈（PUSH）和出栈（POP）指令两类，仅能进行字运算（操作数不能是立即数）

(1)入栈指令PUSH

一般格式：PUSH OPRD

功 能： 将数据压入堆栈

(2)出栈指令POP

一般格式：POP OPRD

功 能： 将数据弹出堆栈

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累加器专用传送指令，有三种，输入、输出和查表指令。前两种又称为输入输出指令。

(1)IN 指令

一般格式：IN AL，n ； B AL←[n]

IN AX，n ； W AX←[n+1][n]

IN AL，DX ； B AL←[DX]

IN AX，DX ； W AX←[DX+1][DX]

功 能： 从I/O端口输入数据至AL或AX。

(2)OUT 指令

一般格式：OUT n，AL ；B AL→[n]

OUT n，AX ；W AX→[n+1][n]

OUT DX，AL ；B AL→[DX]

OUT DX，AX ；W AX→[DX+1][DX]

功 能: 将AL或AX的内容输出至I/O端口。

2.算术运算类

加法指令 (Addition)

(1)一般形式: ADD OPRD1，OPRD2

功 能： OPRD1←OPRD1+OPRD2

(2)一般形式：ADC OPRD1，OPRD2 ；带进位的加法；

功 能： OPRD1←OPRD1+OPRD2 +CF

(3)一般形式：INC OPRD

功 能： OPRD←OPRD+1

减法指令(Subtraction)

(1)一般形式：SUB OPRD1，OPRD2

功 能： OPRD1←OPRD1-OPRD2

(2)一般形式：SBB OPRD1，OPRD2

功 能： OPRD1←OPRD1-OPRD2-CF

(3)一般形式：DEC OPRD

功 能： OPRD←OPRD-1-CF

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3.逻辑运算类

逻辑运算指令

(1)一般形式：NOT OPRD

功 能： 对操作数求反，然后送回原处，操作数可以是寄存器或存储器内容。

(2)一般形式：AND OPRD1，OPRD2

功 能：对两个操作数进行按位的逻辑“与”运算，结果送回目的操作数。

(3)一般形式：TEST OPRD1，OPRD2

功 能：完成与AND指令相同的操作，结果反映在标志位上，但并不送回，通常使用它进行测试。

(4)一般形式：OR OPRD1，OPRD2

功 能： 对指定的两个操作数进行逻辑“或”运算。结果送回目的操作数。

(5)一般形式：XOR OPRD1，OPRD2

功 能： 对两个指定的操作数进行“异或”运算，结果送回目的操作数。

4.串操作类

重复指令前缀

串指令

5.程序转移类

无条件转移、调用和返回指令

(1)无条件转移指令JMP，分直接转移和间接转移两种。

一般格式：JMP OPRD ；OPRD是转移的目的地址

直接转移的3种形式为：

短程转移：JMP SHORT OPRD ；IP=IP+8位位移量

目的地址与JMP指令所处地址的距离应在-128～127范围之内。

近程转移：JMP NEAR PTR OPRD ；IP=IP+16位位移量

或：JMP OPRD ；NEAR可省略

目的地址与JMP指令应处于同一地址段范围之内。

远程转移： JMP FAR PTR OPRD ；IP=OPRD的段内位移量，CS=OPRD所在段地址。

远程转移是段间的转移，目的地址与JMP指令所在地址不在同一段内。执行

4

该指令时要修改CS和IP的内容。

间接转移指令的目的地址可以由存储器或寄存器给出。

段内间接转移：JMP WORD PTR OPRD ；IP=[EA] （由OPRD的寻址方式确定）。JMP WORD PTR[BX] ；IP=（（DS）*16+（BX））

JMP WORD PTR BX ；IP=（BX）

段间间接转移：JMP DOWRD PTR OPRD ；IP=[EA]，CS=[EA+2]

该指令指定的双字节指针的第一个字单元内容送IP，第二个字单元内容送CS。

JMP DWORD PTR [BX+SI]

(2)调用和返回指令

CALL指令用来调用一个过程或子程序。由于过程或子程序有段间(即远程FAR)和段内调用(即近程NEAR)之分，所以CALL也有FAR和NEAR之分，因此RET也分段间与段内返回两种。

调用指令一般格式为：

段内调用：CALL NEAR PTR OPRD

操 作： SP=SP-2，（（SP）+1），（SP））=IP，IP=IP+16位位移量

CALL指令首先将当前IP内容压入堆栈。当执行RET指令而返回时，从堆栈中取出一个字放入IP中。

段间调用：CALL FAR PTR OPRD

操 作： SP=SP-2，（（SP）+1），（SP））=CS；SP=SP-2，（（SP）+1），（SP））=IP；IP=[EA]；CS=[EA+2]

CALL指令先把CS压入堆栈，再把IP压入堆栈。当执行RET指令而返回时，从堆栈中取出一个字放入IP中，然后从堆栈中再取出第二个字放入CS中，作为段间返回地址。

返回指令格式有：

RET ；SP=（（SP+1），SP），SP=SP+2

RET n ；SP=（（SP+1），SP），SP=SP+2 SP=SP+n

RET n指令要求n为偶数，当RET正常返回后，再做SP=SP+n操作。

6.控制类

循环控制指令loop

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1.3汇编语言程序设计

计算机不能直接识别和执行汇编语言程序，而要通过“翻译”把源程序译成机器语言程序（目标程序）才能执行，这一“翻译”工作称为汇编。汇编有人工汇编和计算机汇编两种方法。

汇编语言是面向机器的，每一类计算机分别有自己的汇编语言。汇编语言占用的内存单元少，执行效率高，广泛应用于工业过程控制与检测等场合。

汇编语言语句格式：

标号： 操作符 操作数 ；注释

START： MOV A，30H ；A←（30H）

标号用来标明语句地址，它代表该语句指令机器码的第一个字节的存储单元地址。标号一般规定由1～8个英文字母或数字组成，但第一个符号必须是英文字母。

注释只是对语句或程序段的含义进行解释说明，以方便程序的编写、阅读和交流，简化软件的维护，一般只在关键处加注释。

伪指令：伪指令只用于汇编语言源程序中，对汇编过程起控制和指导的作用，不生成机器码，汇编结束，自动消失。

汇编语言程序设计步骤：

(1)分析问题

(2)确定算法

(3)设计程序流程

(4)分配内存单元：分配内存工作单元，确定程序和数据区的起始地址

(5)填写汇编语言程序

(6)调试程序

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1.4报警声音生成

早期的PC系列机中有一个专门用于定时的集成电路，型号是8253/8254。它有三个通道，第一个通道用于控制系统时钟正常运转；第二个通道用于存储器刷新，第三个通道通过一组电路与喇叭相联。

定时器通道3的G端与61H端口的bit0位相联，如果将61H端口的bit0位置成1，那么定时器通道3就被启动，此时将有一组信号从OUT端输出，信号的频率可以用程序控制；若61H端口bit0位为0，则定时器被关闭，OUT端就会恒定为1。

此电路用在这里相当一个"可控开关"，如果将61H端口的bit0、bit1位都置成1，则相当于既打开了定时器又打开了开关，这时候定时器产生的声音信号就会送到放大器推动喇叭发声；若将bit0位置0，则定时器关闭，此时OUT端为1，这时候如果连续改变bit1位的状态，也可以从喇叭中听到声音若将bit1位置0，则开关关闭，此时即使打开定时器也不能听到声音。

PC中的定时电路有三个通道，通道3用于发声，通道1用于控制系统内部的时钟。大家都十分清楚用DOS的"TIME"命令可以观察并修改系统内部的一个时钟，这个时钟之所以能连续运转主要依靠定时器的通道1。

通道1的工作方式和通道3一样，但是系统启动时设定其发出一个频率固定为18.2Hz的信号，这个信号直接送到系统中的"中断控制器"。每一个"Hz"都产生一个硬件中断，一般称这个硬中断为"IRQ0"，对应的中断号是08H。也就是说，当计算机启动后，我们的机器看上去十分平静，但实际上CPU非常忙碌。在定时器的控制下每隔55毫秒就要执行一个08H号中断，这个中断的主要工作就是连续地计数。

在内存"0040H：006CH"处有四字节的存储空间专门用于保存计数值，CPU每执行一次08H中断，这四字节的计数值就被加1，不难算出这个计数值每增加1091后时间恰好过了1分钟，每增加65454后时间恰好过了1小时。系统内部的时钟之所以能准确走时，靠得就是08H中断和这四字节的计数值。因此我们要想精确的定时，必须依靠时钟计数值才行。

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2．程序设计

2.1 程序设计流程图

开始

array首地址→bx

从键盘接受字符

N

Y

报警

大写转小写

图2-1程序流程图

输入

字母

小写转大写

回车换行输出

结束

2.2 程序代码

从键盘输入一串英文字符，若是小写字符则转换成大写字符在下一行输出，

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若是大写字符则转换成小写字符在下一行输出，若不是英文字符则显声响报警

code segment ;代码段

assume cs:code,ds:code

org 100h ;从100h开始

start: jmp begin ;跳到begin

p1 db 100

p2 db 0

array db 100h dup(?)

begin:

lea bx,array

mov ax,cs

mov ds,ax

mov dx,offset p1

mov ah,0ah

int 21h

xor bx,bx

mov bl,p2

mov array[bx],'$'

mov di,0ffffh

next: inc di

cmp array[di],'$'

je exit

cmp array[di],41h

jl exit1

cmp array[di],5ah

jg next1

add array[di],20h

;置100个字节的缓冲区存放数据

;将array的首地址给bx

;置cs-->ds

;将p1的偏移量给dx

;调用中断21的0a号功能从键盘接收字符

;将bx清零

;p2-->bl

;送'$'至字符串尾

;-1-->di

;di自加

;比较

;相等，则跳到exit执行

;(A~Z-->41h-5ah a~z-->61h-7ah)与A比较

;小于,则跳

;与Z比较

;大于,则跳

;加20h,大写转小写

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jmp next

next1: cmp array[di],'$' ;比较

je exit ;相等，则跳到exit执行

cmp array[di],61h ;(A~Z-->41h-5ah a~z-->61h-7ah)与a比较

jl next ;小于,则跳

cmp array[di],7ah

jg exit1

sub array[di],20h

jmp next

disp: loop next

exit: mov p1,0dh

mov p2,0ah

mov ah,09h

int 21h

jmp begin

exit1: mov p1, 0dh

mov p2, 0ah

call sound

call sound

call sound

call sound

jmp begin

mov ah,4ch

int 21h

sound proc

push ax

push dx

;与z比较

;大于,则跳

;减20h,小写转大写

;回车换行

;调用发声子程序

;程序结束

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mov dx, cx

in al,61h

and al,11111100b ;使第0,1位为0

trig: xor al,2 ;使第1位翻转 PB的低两位为3，即 out 61h,al

mov cx,bx

delay:loop delay

dec dx

jne trig

pop dx

pop ax

ret

sound endp

code ends

end begin

使输出有效

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2.3 运行结果分析：

当输入字母串ABCDEFabcdef后，按回车键转换为abcdefABCDEF,结果如下图所示:

图2-2 程序运行结果

当输入非英文字母时，按下回车键后发出滴滴的报警声，实现程序功能。

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3．心得体会

一直以为自己微机原理理解的还好，直到着手做课程设计才不得不承认，自己的理论知识并不扎实，对于许多指令和一些基本的编程方法都掌握不清晰。于是，为了顺利完成课程设计，我又拿起课本，用心的阅读，重新掌握了相关的知识。由此看来，知识只有在实践中才能真正掌握。难怪人们说汇编语言编程必须在使用中慢慢理解。

因为本学期做了许多微机原理的实验，这次要用汇编语言来实现大小写字母的转换，所以自己一开始感觉这会非常的简单。直到真正的理解相关原理，要编写程序实现的时候，才发现，自己对汇编程序的了解确实还不够，尤其是编程方面的能力有待提高。在不断地再次学习和理解过程中，我慢慢掌握了更多汇编语言的应用知识，更为值得骄傲的是，自己在参考程序的辅助下顺利编写出了大小写字母转换的程序。总结起来，自己发现，编程必须在应用过程中才会更加牢固。想想自己大三上学期做过的上机实验也不少，个把月不用，就一下子生疏了，因此我感觉对于重要的知识，偶尔复习下还是很有必要的，正所谓温故而知新。

把编写好的程序输入软件时候，出现了许多小问题，比如句子没有加逗号，没有定义变量等等。归纳起来都是因为编程掌握不牢固，写程序没有条理，加上自己粗心大意的恶习依旧没改正造成的，以后需要努力改正。

总的来说，这次课程设计，自己受益匪浅。不但加固了微机原理部分知识的理解，而且加强了对汇编语言的应用能力。同时，非常感谢指导老师与同学给予我在编程方面的帮助，让我能够完成这次设计。

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参考文献

[1] 姚燕南,薛钧义主编.《微型计算机原理》第四版.西安电子科技大学出版社.

[2] 潘峰主编.《微型计算机原理与汇编语言》第三版.电子工业出版社.

[3] 雏逢兴编著.《计算机硬件技术基础》高等教育出版社.

[4] 王永山等编著.《微型计算机原理与应用》西安电子科技大学出版社.

[5] 舒贞权等编著.版社.

Intel 8086/8088系列微型计算机原理》西安交通大学出14

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