微控制器實(shí)驗(yàn)

1、南 京 曉 莊 學(xué) 院信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理 課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱： 微控制器實(shí)驗(yàn) 年級專業(yè)班級：14 級 計(jì)算機(jī) 專業(yè)專本1班 班級學(xué)號： 14131521 姓名： 殷宇翔 學(xué)號： 姓名： 時(shí)間： 2016 年 12 月 3 日一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求?、掌握時(shí)序信號發(fā)生電路組成原理。 2、掌握微程序控制器的設(shè)計(jì)思想和組成原理。 3、掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行。 二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、器件及環(huán)境：儀器設(shè)備名稱規(guī)格型號編號備注計(jì)算機(jī)組成原理系統(tǒng)DWCC-C8JH20112055三、實(shí)驗(yàn)方法、原理： 實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序電路原理如圖2.6.1所示,可產(chǎn)生4個(gè)等間隔的時(shí)序信號TS1TS4 ，

2、其中SP為時(shí)鐘信號，由實(shí)驗(yàn)機(jī)上時(shí)鐘源提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的方波信號。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自行選擇方波信號的頻率及脈寬。為了便于控制程序的運(yùn)行，時(shí)序電路發(fā)生器設(shè)計(jì)了一個(gè)啟?？刂朴|發(fā)器UN1B，使TS1TS4信號輸出可控。圖中“運(yùn)行方式”、“運(yùn)行控制”、“啟動(dòng)運(yùn)行”三個(gè)信號分別是來自實(shí)驗(yàn)機(jī)上三個(gè)開關(guān)。當(dāng)“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“連續(xù)”時(shí)，一旦按下“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，運(yùn)行觸發(fā)器UN1B的輸出QT一直處于“1”狀態(tài)，因此時(shí)序信號TS1TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去；當(dāng)“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”時(shí)，一旦按下“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，

3、即此時(shí)只發(fā)送一個(gè)CPU周期的時(shí)序信號就停機(jī)。利用單步方式，每次只運(yùn)行一條微指令，停機(jī)后可以觀察微指令的代碼和當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，如果“運(yùn)行方式”開關(guān)置“單步”位置，也會使實(shí)驗(yàn)機(jī)停機(jī)。 （1） 微程序控制電路 微程序控制器的組成如圖2.6.2，其中控制存儲器采用3片E2PROM 2816芯片，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74LS273（U23、U24）和一片4D觸發(fā)器74LS175（U27）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74LS74（U14U16）組成，它們帶有清“0”端和預(yù)置端。在不判別測試的情況下，T2時(shí)刻打入微地址寄

4、存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時(shí)刻進(jìn)行測試判別時(shí)，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。 在該實(shí)驗(yàn)電路中設(shè)有一個(gè)編程開關(guān)，它具有三種狀態(tài)：寫入、讀出、運(yùn)行。當(dāng)處于“寫”狀態(tài)時(shí)，學(xué)生根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲器2816中。當(dāng)處于“讀”時(shí)，可以對寫入控制存儲器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而可以判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運(yùn)行”狀態(tài)時(shí)，只要給出微程序的入口微地址，則可根據(jù)微程序流程圖自動(dòng)執(zhí)行微程序。圖中微地址寄存器輸出端增加了一組三態(tài)門（U12），目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅(qū)動(dòng)微地址顯示燈。

5、（2）微指令格式 微指令長共24位，其控制位順序如下： 表2.6.1 控制位順序24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEB1B0ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0C字段B字段151413選擇000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR121110選擇000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B987選擇000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPCA字段 其中UA5 UA0

6、為6位的后續(xù)微地址，A、B、C 三個(gè)譯碼字段，由三組譯碼控制電路譯碼產(chǎn)生各控制信號。C字段中的P（1）P（4）是四個(gè)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)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行，其原理如圖2.6.3所示，圖中I7I2為指令寄存器的第72位輸出，SE5SE1為微控器單元微地址鎖存器的強(qiáng)置端輸出。AR為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，低電平有效。B字段中的RSB、RDB、RIB分別為源寄存器選通信號、目的寄存器選通信號及變址寄存器選通信號，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器R0、R1及R2的選通譯碼，其原理如圖2.6.4，圖中I

7、0I4為指令寄存器的第04位，LDRI為 打入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟： 根據(jù)機(jī)器指令畫出對應(yīng)的微程序流程圖，如圖2.6.5所示； 根據(jù)微程序流程圖設(shè)計(jì)微指令，并按微指令格式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，如表2.6.2所示。 表2.6.2 二進(jìn)制微代碼表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0ABCUA5UA0000 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 00 0 00 0 1

8、0 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1070 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1080 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1090 0 0 0 0 1

9、 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 10 A0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 10B0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 00C0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 00D0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 10E0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 10F0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00

10、 1 0 1 0 1100 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0110 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0120 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1130 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1140 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0150 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1160 0 0 0 0 1

11、0 0 1 1 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 11 70 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0180 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1 連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后接通電源。 觀測時(shí)序信號 用雙蹤示波器（或用PC示波器功能）觀察方波信號源的輸出。方法如下：將“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”、“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“連續(xù)”。按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，從示波器上可觀察到TS1（J20）、TS2（J21）、TS3（J22）、TS4（J23）各點(diǎn)的波形，比較它們的相互關(guān)系，畫出其波形，并標(biāo)注測量所

12、得的脈沖寬度，如圖2.6.6。 圖2.6.5 微程序流程圖圖2.6.6 方波信號源的時(shí)序圖 進(jìn)一步了解微程序控制器的工作原理 寫微程序 A. “編程開關(guān)”置為“寫入”狀態(tài)。 B. “運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。 C. 用二進(jìn)制模擬開關(guān)UA0UA5置6位微地址，UA0UA5的電平由LK0LK5顯示，高電平亮，低電平滅。 D. 用二進(jìn)制模擬開關(guān)MK1MK24置24位微代碼，24位微代碼由LMD1LMD24顯示燈顯示，高電平亮，低電平滅。 E. 按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，即可將微代碼寫入到E2PROM 2816的相應(yīng)地址單元中。 F . 重復(fù)CE步驟，將表

13、35的微代碼全部寫入E2PROM 2816中。 讀微程序 A. 將“編程開關(guān)”設(shè)置為“讀”狀態(tài)。 B. “運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。 C. 用二進(jìn)制模擬開關(guān)UA0UA5置6位微地址。 D. 按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，讀出微代碼，觀察顯示燈LMD1LMD24的狀態(tài)，檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同，如果不同，則將“編程開關(guān)”置為“寫入”狀態(tài)。重新執(zhí)行即可。 單步運(yùn)行 A. “編程開關(guān)”置于“運(yùn)行”狀態(tài)。 B. “運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。 C. 系統(tǒng)總清，即“總清”開關(guān)撥01。使微地址寄存器U14U16清零，從而明

14、確本機(jī)的運(yùn)行入口微地址為000000（二進(jìn)制）。 D. 按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，則每按動(dòng)一次，讀出一條微指令后停機(jī)，此時(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)上的微地址顯示燈和微程序顯示燈將顯示所讀出的一條指令。注意：在當(dāng)前條件下，可將6芯排座“JSE1”和“UJ2”相連，可通過強(qiáng)置端SE1SE6人為設(shè)置微地址，從而改變下一條微指令的地址。設(shè)置方法如下：先將微地址開關(guān)置“1”，再將UJ1上的排線換插到“JSE1”，然后將某個(gè)或幾個(gè)二進(jìn)制開關(guān)置為“0”，相應(yīng)的微地址位即被強(qiáng)置為“1”，從而改變下一條微指令的地址。 連續(xù)運(yùn)行 A. 將“編程開關(guān)”置為“運(yùn)行”狀態(tài)。 B. “運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)

15、置為“連續(xù)”狀態(tài)。 C. 系統(tǒng)總清，即“總清”開關(guān)撥01。使微地址寄存器U14U16清零，從而明確本機(jī)的運(yùn)行入口微地址為000000（二進(jìn)制）。 D. 按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，則可連續(xù)讀出微指令。 五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果：單步運(yùn)行結(jié)果 ： 010000 0 010010 20 010111 22 010000 27 010000 0 010010 20 010111 22 010000 27 連續(xù)運(yùn)行： 發(fā)現(xiàn)幾乎所有的LED都在不停地閃爍，無規(guī)律，說明輸入的程序轉(zhuǎn)化為指令正在被執(zhí)行。 六、實(shí)驗(yàn)體會本次實(shí)驗(yàn)難度較高，而且實(shí)驗(yàn)量大，所以首先預(yù)習(xí)工作要做好，否則很難按時(shí)按要求完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分兩部分進(jìn)行，前面部分是微程序的編制、寫入、觀察微程序的運(yùn)行，學(xué)習(xí)基本指令的執(zhí)行流程。在這過程中，難點(diǎn)就是要掌握如何通過強(qiáng)制端設(shè)置分支地址，在實(shí)驗(yàn)過程中，不知道是因?yàn)榻泳€的問題還是儀器的問題一度不能成功，錄入了數(shù)據(jù)但是跳轉(zhuǎn)不到要去的地方。我們以為是輸入數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)，重新輸了好多遍，但是都還是一樣的結(jié)果。經(jīng)過請教同學(xué)的幫助之后終于得出了正確