實驗三微程序控制器實驗(20210419121935)

1、共享知識分享快樂人生不能留遺憾實驗三微程序控制器實驗321實驗目的(1) 掌握微程序控制器的組成原理。(2) 掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行過程。3.2.2 實驗設備PC機一臺，TD-CM/實驗系統(tǒng)一套。3.2.3 實驗原理微程序控制器的基本任務是完成當前指令的翻譯和執(zhí)行，即將當前指令的功能轉換成可以控制的硬件邏輯部件工作的微命令序列，完成數(shù)據(jù)傳送和各種處理操作。它的執(zhí)行方法就是將控制各部件動作的微命令的集合進行編碼，即將微命令的集合仿照機器指令一樣，用數(shù)字代碼的形式表示，這種表示稱為微指令。這樣就可以用一個微指令序列表示一條機器指令， 這種微指令序列稱為微程序。微程序存儲在一種專用

2、的存儲器中，稱為控制存儲器，微程序控制器原理框圖如圖 3-2-1所示。圖3-2-1微程序控制器組成原理框圖控制器是嚴格按照系統(tǒng)時序來工作的，因而時序控制對于控制器的設計是非常重要的， 從前面的實驗可以很清楚地了解時序電路的工作原理，本實驗所用的時序由時序單元來提 供，分為四拍TS1、TS2、TS3 TS4,時序單元的介紹見附錄2。微程序控制器的組成見圖3-2-2，其中控制存儲器采用 3片2816的EROM具有掉電保護功能，微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器(273)和一片4D( 175)觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙 D觸發(fā)器(74)組成，它們帶有清“ 0”端和預置 端。在

3、不判別測試的情況下，T2時刻打入微地址寄存器的內容即為下一條微指令地址。當T4時刻進行測試判別時，轉移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器置為“ 1 ”狀態(tài)，完成地址修改。卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂3LUWI LCI TSCPDL4 3 2 1 PBCPBPSBIRBDRBSRBULAR DLRADLDAOLPSDLi RDL BDL ADL0S1S2S3SMODRRWATN3 2M-7AU5-5ASQ0U5 - . Z7S輯邏程編OOAm - - LO5Cr1RIsD6I1A7 1D1WADnLU元o 06T 1 CL2 .L機片單圖3-2-2 微程序控制器原理圖在實

4、驗平臺中設有一組編程控制開關KK3 KK4 KK5 （位于時序與操作臺單元），可實現(xiàn)對存儲器（包括存儲器和控制存儲器）的三種操作：編程、校驗、運行?？紤]到對于存儲 器（包括存儲器和控制存儲器）的操作大多集中在一個地址連續(xù)的存儲空間中，實驗平臺提供了便利的手動操作方式。以向00H單元中寫入332211為例，對于控制存儲器進行編輯的具體操作步驟如下：首先將 KK1撥至停止檔、 KK3撥至編程檔、KK4撥至控存卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂檔、KK5撥至置數(shù)檔，由 CON單元的SD0SD00開關給出需要編輯的控存單元首地址（000000）, IN單元開關給出該控存單元數(shù)據(jù)的低8位（00010

5、001），連續(xù)兩次按動時序與操作臺單元的開關 ST （第一次按動后 MC單元低8位顯示該單元以前存儲的數(shù)據(jù)，第二次 按動后顯示當前改動的數(shù)據(jù)），此時MC單元的指示燈 MAMA0顯示當前地址（000000），MM0顯示當前數(shù)據(jù)（00010001 ）。然后將KK5撥至加1檔，IN單元開關給出該控存單元數(shù)據(jù)的中8位（00100010），連續(xù)兩次按動開關 ST，完成對該控存單元中8位數(shù)據(jù)的修改，此時 MC單元的指示燈 MAMA0顯示當前地址（000000），M15M8顯示當前數(shù)據(jù)（00100010）；再由IN單元開關給出該控存單元數(shù)據(jù)的高8位（00110011），連續(xù)兩次按動開關ST，完成對該控存單元

6、高 8位數(shù)據(jù)的修改此時 MC單元的指示燈 MAMA0顯示當前地址（000000），M2 M16顯示當前數(shù)據(jù)（00110011 ）。此時被編輯的控存單元地址會自 動加1（ 01H），由IN單元開關依次給出該控存單元數(shù)據(jù)的低8位、中8位和高8位配合每次開關ST的兩次按動，即可完成對后續(xù)單元的編輯。IN單元置數(shù)據(jù)中8位（00100010 ）SD05-SD00=000000IN=00010001KK1二停止KK3 =:編程KK4 =:控存KK5 =:置數(shù)STnn /CON單元置地址（000000 ）IN單元置數(shù)據(jù)低8位（00010001 ）IN = 00100010KK1 =停止KK3 =編程KK4

7、=控存KK5 =力口 1st = n ./ IN=00110011KK1=停止KK3=編程KK4=控存KK5=加1 ST=n n/IN單元置數(shù)據(jù)高8位（00110011 ）卑微如螻蟻、堅強似大象編輯完成后需進行校驗，以確保編輯的正確。 以校驗00H單元為例，對于控制存儲器進行校驗的具體操作步驟如下：首先將KK1撥至停止檔、KK3撥至校驗檔、KK4撥至控存檔、KK5撥至置數(shù)檔。由 CON單元的SD05SD00開關給出需要校驗的控存單元地址（000000），連續(xù)兩次按動開關 ST，MC單元指示燈MM0顯示該單元低8位數(shù)據(jù)（00010001） ； KK5撥至加1檔，再連續(xù)兩次按動開關ST，MC單元指

8、示燈 M15M8顯示該單元中8位數(shù)據(jù)（00100010）;再連續(xù)兩次按動開關ST，MC單元指示燈 M2 M16顯示該單元高8位數(shù)據(jù)（00110011）。再連續(xù)兩次按動開關 ST，地址加1，MC單元指示燈 M7M0顯示01H單元低8位數(shù)據(jù)。如校驗的微指令出錯，則返回輸入操作，修改該單元的直至確認輸入的微代碼全部準確無誤為止，完成對微指令的輸入。數(shù)據(jù)后再進行校驗，CON單元置地址（000000 ）MC單元M7 M0顯示數(shù)據(jù) 中8位（00010001 ）MC單元M15- MJ顯示數(shù) 據(jù)中8位(00100010 )MC單元M23- M16顯示數(shù)據(jù) 高8位(00110011 )/ / / SD05-SD

9、00 =000000M15- M8 =00100010M23- M16 = 00110011M7 M0=00010001KK1 = 停止KK1 = 停止KK1 = 停止KK3 = 校驗KK3 = 校驗KK3 = 校驗KK4 = 控存KK4 = 控存KK4 = 控存KK5 =加 1KK5 =加 1KK5 =置數(shù)x ST = TL K / st = nn /ST = . |位于實驗平臺MC單元左上角一列三個指示燈MC2 MC1 MC0用來指示當前操作的微程序字段，分別對應 M23M16 M15M8 M7MQ實驗平臺提供了比較靈活的手動操 作方式，比如在上述操作中在對地址置數(shù)后將開關KK4撥至減1檔

10、，則每次隨著開關 ST的兩次撥動操作，字節(jié)數(shù)依次從高8位到低8位遞減，減至低8位后，再按動兩次開關 ST，微地址會自動減一，繼續(xù)對下一個單元的操作。微指令字長共24位，控制位順序如表 3-2-1 :表3-2-1微指令格式232221201918-1514-1211-98-65-0M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA0141312選擇000NOP001LDA010LDB011LDR0100保留101保留110保留111LDIR：A字段11109選擇000NOP001ALU B010R0_B011保留100保留101保留110保留111保留B字段C字段876選擇000

11、NOP001P010保留011保留100保留101保留110保留111保留其中MA5MA0為6位的后續(xù)微地址， A B C為三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多位。C字段中的P為測試字位。其功能是根據(jù)機器指令及相應微代碼進行譯碼，使微程序轉入相應的微地址入口，從而實現(xiàn)完成對指令的識別，并實現(xiàn)微程序的分支，本系統(tǒng)上的指令譯碼原理如圖3-2-3所示，圖中1712為指令寄存器的第 72位輸出，SE5- SE0為微控器單元微地址鎖存器的強置端輸出，指令譯碼邏輯在IR單元的INS_DEC（GAL20V8中實現(xiàn)。從圖3-2-2中也可以看出，微控器產生的控制信號比表3-2-1中的要多，這是因為實驗的不同，

12、所需的控制信號也不一樣，本實驗只用了部分的控制信號。本實驗除了用到指令寄存器（IR ）和通用寄存器R0外，還要用到IN和OUT單元，從微 控器出來的信號中只有 IOM WR和RD三個信號，所以對這兩個單元的讀寫信號還應先經過 譯碼，其譯碼原理如圖3-2-4所示o IR單元的原理圖如圖 3-2-5所示，R0單元原理如圖3-2-7 所示，IN單元的原理圖見圖 2-1-3所示，OUT單元的原理圖見圖 3-2-6所示。I【4T4圖3-2-3指令譯碼原理圖RDT3WRIOMXMRDXMWRXIOWXIOR圖3-2-4讀寫控制邏輯圖3-2-5 IR 單元原理圖LED_BIOW圖3-2-6 OUT單元原理圖

13、R0_BLDR0T4圖3-2-7 R0 原理圖本實驗安排了四條機器指令，分別為 AD(0000 0000)、IN( 0010 0000)、OU( 0011 0000)和HLT ( 0101 0000)，括號中為各指令的二進制代碼，指令格式如下：助記符機器指令碼說明IN0010 0000IN - R0ADD0000 0000R0 + R0 -R0OUT0011 0000R0 今 OUTHLT0101 0000停機實驗中機器指令由 CON單元的二進制開關手動給出，其余單元的控制信號均由微程序控制器自動產生，為此可以設計出相應的數(shù)據(jù)通路圖，見圖3-2-8所示。幾條機器指令對應的參考微程序流程圖如圖3

14、-2-9所示。圖中一個矩形方框表示一條微指令，方框中的內容為該指令執(zhí)行的微操作，右上角的數(shù)字是該條指令的微地址，右下角的數(shù)字是該條指令的后續(xù)微地址，所有微地址均用16進制表示。向下的箭頭指出了下一條要執(zhí)行的指令。P為測試字，根據(jù)條件使微程序產生分支。圖3-2-8數(shù)據(jù)通路圖00NOP01指令譯碼3-2-9微程序流程圖圖P3-2-2的二進制代碼表。將全部微程序按微指令格式變成二進制微代碼，可得到表表3-2-2二進制微代碼表地址十六進制高五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA00000 00 010000000000000000000000010100 70 70000000000111000

15、0011100000400 24 050000000000100100000001010504 B2 010000010010110010000000013000 14 040000000000010100000001003218 30 010001100000110000000000013328 04 010010100000000100000000013500 00 35000000000000000000110101324實驗步驟1. 連接實驗線路按圖3-2-10所示連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。如果有滴報警聲，說 明總線有競爭現(xiàn)象，應關閉電源，檢查接線，直到錯誤排除。時序與操作

16、臺單元控制總線TS1Q-.T1n CLK0TS2T2仃 30HZTS3T3TS4itT4MC單元XD7XDO數(shù)據(jù)總線ALU_B -D7RD擴展單元DO LED_B ou單元D7 WR | IWRRDIOM控制總線XIOWgndQ-gIDOINB|-|IN單元 一 WRRD IOMXIOR_CPU內總線D7DOIN0OUT7OUTOD7LDRODOALU®單元IN7ALU B .nLDALDALDBLDBS3S3SORO Ba；s_b_DTSORS_B_LDRi .RiLDRiIR單元LDIRLDIR -P _PD7SE5 .SD27SD2OSEO DOCON單元圖3-2-10 實驗接線圖

17、2. 對微控器進行讀寫操作（1）手動對微控器進行編程（寫） 將時序與操作臺單元的開關 KK1置為停止檔，KK3置為編程檔，KK4置為控 存檔，KK5置為置數(shù)檔。 使用CON單元的SD05SD00給出微地址，IN單元給出低8位應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關ST,將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的低 8位。 將時序與操作臺單元的開關 KK5置為加1檔。 IN單元給出中8位應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的中8位。IN單元給出高8位應寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的高8位。 重復、四步，將表 3-2-2的

18、微代碼寫入2816芯片中。（2）手動對微控器進行校驗（讀） 將時序與操作臺單元的開關 KK1置為停止檔，KK3置為校驗檔，KK4置為控 存檔，KK5置為置數(shù)檔。 使用CON單元的SD05SD00給出微地址，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關ST，MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈 M7 M0顯示該單元的低 8位。 將時序與操作臺單元的開關 KK5置為加1檔。 連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關ST， MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈 M15 M8顯示該單元的中8位，MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈 M23 M16顯示該單元的高 8位。 重復、四步，完成對微代碼的校驗。如果校驗出微代碼寫入錯誤，重 新寫入、校驗，直至確認微指令的輸入無誤為止。3. 運行微程序 將時序與操作臺單元的開關KK1、KK3置為運行檔，按