實(shí)驗(yàn)三微程序控制器實(shí)驗(yàn)(20210419121935)

1、共享知識分享快樂人生不能留遺憾實(shí)驗(yàn)三微程序控制器實(shí)驗(yàn)321實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(yùn)行過程。3.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺，TD-CM/實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。3.2.3 實(shí)驗(yàn)原理微程序控制器的基本任務(wù)是完成當(dāng)前指令的翻譯和執(zhí)行，即將當(dāng)前指令的功能轉(zhuǎn)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(jìn)行編碼，即將微命令的集合仿照機(jī)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(jī)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(yán)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(shè)計(jì)是非常重要的， 從前面的實(shí)驗(yàn)可以很清楚地了解時序電路的工作原理，本實(shí)驗(yàn)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(hù)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(yù)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(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時刻進(jìn)行測試判別時，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強(qiáng)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(jiān)強(qiáng)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(jī)片單圖3-2-2 微程序控制器原理圖在實(shí)

4、驗(yàn)平臺中設(shè)有一組編程控制開關(guān)KK3 KK4 KK5 （位于時序與操作臺單元），可實(shí)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(yàn)、運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jiān)強(qiáng)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(guān)給出需要編輯的控存單元首地址（000000）, IN單元開關(guān)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(guān) 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(dāng)前改動的數(shù)據(jù)），此時MC單元的指示燈 MAMA0顯示當(dāng)前地址（000000），MM0顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)（00010001 ）。然后將KK5撥至加1檔，IN單元開關(guān)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(guān) 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(dāng)前地址（000000），M15M8顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)（00100010）；再由IN單元開關(guān)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(guān)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(dāng)前地址（000000），M2 M16顯示當(dāng)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(guān)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(guān)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(jiān)強(qiáng)似大象編輯完成后需進(jìn)行校驗(yàn)，以確保編輯的正確。 以校驗(yàn)00H單元為例，對于控制存儲器進(jìn)行校驗(yàn)的具體操作步驟如下：首先將KK1撥至停止檔、KK3撥至校驗(yàn)檔、KK4撥至控存檔、KK5撥至置數(shù)檔。由 CON單元的SD05SD00開關(guān)給出需要校驗(yàn)的控存單元地址（000000），連續(xù)兩次按動開關(guān) 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(guān)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(guān)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(guān) 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(yàn)的微指令出錯，則返回輸入操作，修改該單元的直至確認(rèn)輸入的微代碼全部準(zhǔn)確無誤為止，完成對微指令的輸入。數(shù)據(jù)后再進(jìn)行校驗(yàn)，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(yàn)KK3 = 校驗(yàn)KK3 = 校驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺MC單元左上角一列三個指示燈MC2 MC1 MC0用來指示當(dāng)前操作的微程序字段，分別對應(yīng) M23M16 M15M8 M7MQ實(shí)驗(yàn)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(guān)KK4撥至減1檔

10、，則每次隨著開關(guān) 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(guān) 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(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)完成對指令的識別，并實(shí)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(qiáng)置端輸出，指令譯碼邏輯在IR單元的INS_DEC（GAL20V8中實(shí)現(xiàn)。從圖3-2-2中也可以看出，微控器產(chǎn)生的控制信號比表3-2-1中的要多，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的不同，

12、所需的控制信號也不一樣，本實(shí)驗(yàn)只用了部分的控制信號。本實(shí)驗(yàn)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(yīng)先經(jīng)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(shí)驗(yàn)安排了四條機(jī)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(jìn)制代碼，指令格式如下：助記符機(jī)器指令碼說明IN0010 0000IN - R0ADD0000 0000R0 + R0 -R0OUT0011 0000R0 今 OUTHLT0101 0000停機(jī)實(shí)驗(yàn)中機(jī)器指令由 CON單元的二進(jìn)制開關(guān)手動給出，其余單元的控制信號均由微程序控制器自動產(chǎn)生，為此可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路圖，見圖3-2-8所示。幾條機(jī)器指令對應(yīng)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(nèi)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(jìn)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(chǎn)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(jìn)制代碼表。將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制微代碼，可得到表表3-2-2二進(jìn)制微代碼表地址十六進(jìn)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(shí)驗(yàn)步驟1. 連接實(shí)驗(yàn)線路按圖3-2-10所示連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后接通電源。如果有滴報(bào)警聲，說 明總線有競爭現(xiàn)象，應(yīng)關(guān)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(kuò)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(nèi)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(shí)驗(yàn)接線圖

17、2. 對微控器進(jìn)行讀寫操作（1）手動對微控器進(jìn)行編程（寫） 將時序與操作臺單元的開關(guān) 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(yīng)寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)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(guān) KK5置為加1檔。 IN單元給出中8位應(yīng)寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)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(yīng)寫入的數(shù)據(jù)，連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST，將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的高8位。 重復(fù)、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(jìn)行校驗(yàn)（讀） 將時序與操作臺單元的開關(guān) KK1置為停止檔，KK3置為校驗(yàn)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(guān)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(guān) KK5置為加1檔。 連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)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(fù)、四步，完成對微代碼的校驗(yàn)。如果校驗(yàn)出微代碼寫入錯誤，重 新寫入、校驗(yàn)，直至確認(rèn)微指令的輸入無誤為止。3. 運(yùn)行微程序 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔，按