发布时间 : 星期二 文章DVCC-C8JH计算机组成原理实验指导书print - 图文更新完毕开始阅读ff8867aadd3383c4bb4cd2ea
实验七 微控制器实验
一、实验目的
1、掌握时序信号发生电路组成原理。
2、掌握微程序控制器的设计思想和组成原理。 3、通过微程序的编制、写入，观察微程序的运行。
二、实验内容
1、实验原理
实验所用的时序电路原理如图7.1所示，可产生4个等间隔的时序信号TS1～TS4，其中SP为时钟信号，由实验机上时钟源提供，可产生频率及脉宽可调的方波信号。学生可根据实验要求自行选择方波信号的频率及脉宽。为了便于控制程序的运行，时序电路发生器设计了一个启停控制触发器UN1B，使TS1～TS4信号输出可控。图中“运行方式”、“运行控制”、“启动运行”三个信号分别是来自实验机上三个开关。当“运行控制”开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“连续”时，一旦按下“启动运行”开关，运行触发器UN1B的输出QT一直处于“1”状态，因此时序信号TS1～TS4将周而复始地发送出去；当“运行控制”开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“单步”时，一旦按下“启动运行”开关，机器便处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只运行一条微指令，停机后可以观察微指令的代码和当前微指令的执行结果。另外，当实验机连续运行时，如果“运行方式”开关置“单步”位置，也会使实验机停机。
2、微程序控制电路与微指令格式 （1）微程序控制电路
微程序控制器的组成如图7.2所示，其中控制存储器采用3片E2PROM 2816芯片，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器74LS273（U23、U24）和一片4D触发器74LS175（U27）组成。微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器74LS74（U14～U16）组成，它们带有清“0”端和预置端。在不进行判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发
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器置为“1”状态，完成地址修改。
在本实验电路中设有一个编程开关，它具有三种状态：写入、读出、运行。当处于“写”状态时，学生可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于“读”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行”状态时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门（U12），目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。
（2）微指令格式
微指令长共24位，其控制位顺序如表7.1所示。
表7.1 微指令控制位顺序 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0 A B C 6 5 4 3 2 1 UA5 UA4 UA3 UA2 UA1 UA0 A字段 15 14 13 选择 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 LDRi LDDR1 LDDR2 LDIR LOAD LDAR
B字段
12 11 10 选择 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 RS-B RD-B RI-B 299-B ALU-B PC-B C字段 9 0 0 0 0 1 1 1 8 0 0 1 1 0 0 1 7 0 1 0 1 0 1 0 选择 P(1) P(2) P(3) P(4) AR LDPC 其中UA5～UA0为6位的后续微地址，A、B、C 三个译码字段，分别由三组译码控制电路译码产生各控制信号。C字段中的P（1）～P（4）是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图7.3所示，图7.3中I7～I2为指令寄存器的第7～2位输出，SE5～SE1为微控器单元微地址锁存器的强置端输出。AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，低电平有效。B字段中的RS-B、RD-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，
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其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码，其原理如图7.4所示，图7.4中I0－I4为指令寄存器的第0～4位，LDRI为 打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。
（3）机器指令的微程序设计 设计如下五条机器指令：
? 外设输入指令：IN ? 二进制加法指令：ADD [ADDR] ? 存数指令： STA [ADDR] ? 输出到外设指令：OUT [ADDR] ? 无条件转移指令：JMP [ADDR]
① 根据机器指令画出对应的微程序流程图，如图7.5所示。
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图7.5 微程序流程图
② 根据微程序流程图设计微指令，并按微指令格式转换成二进制代码，如表7.2所示。
3、实验步骤 ① 实验接线
? 跳线器J20、J21连上短路片； ? 跳线器J16上SP连H23； ? UJ1连UJ2。
② 仔细查线无误后接通电源 ③ 写微程序
A．“编程开关”置为“写入”状态。
B．“运行控制”开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“单步”状态。 C．用二进制模拟开关UA0～UA5置6位微地址，UA0～UA5的电平由LK0～
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表7.2 二进制微代码表