第10章實(shí)訓(xùn)ppt課件

1、第第10章章 實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn) 實(shí)訓(xùn)一實(shí)訓(xùn)一 運(yùn)算器運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)二實(shí)訓(xùn)二 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器實(shí)訓(xùn)三實(shí)訓(xùn)三 微控制器實(shí)驗(yàn)微控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)四實(shí)訓(xùn)四 基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、實(shí)訓(xùn)目的1了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)。了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)。2掌握運(yùn)算器的工作原理。掌握運(yùn)算器的工作原理。3掌握簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸方式。掌握簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸方式。4驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器(74LS181)及進(jìn)位控制的組及進(jìn)位控制的組 合功能。合功能。二、實(shí)訓(xùn)要求 完成不帶進(jìn)位及帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算完成不帶進(jìn)位及帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算訓(xùn)練，了解算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的運(yùn)用。訓(xùn)練，了解算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的運(yùn)用。 三、

2、實(shí)訓(xùn)原理1運(yùn)算器的設(shè)計(jì)原理運(yùn)算器的設(shè)計(jì)原理（1使用基本的門電路構(gòu)成使用基本的門電路構(gòu)成1位全加器。位全加器。（2利用進(jìn)位傳遞邏輯將其構(gòu)成利用進(jìn)位傳遞邏輯將其構(gòu)成N位并行加法器。位并行加法器。（3利用多路選擇邏輯實(shí)現(xiàn)多種輸入輸出組合選利用多路選擇邏輯實(shí)現(xiàn)多種輸入輸出組合選 擇，使加法器擴(kuò)展為多功能的算術(shù)邏輯運(yùn)算。擇，使加法器擴(kuò)展為多功能的算術(shù)邏輯運(yùn)算。（4利用多路選擇邏輯實(shí)現(xiàn)移位功能。利用多路選擇邏輯實(shí)現(xiàn)移位功能。（5使用加法器與移位器組合構(gòu)成乘法器和除法使用加法器與移位器組合構(gòu)成乘法器和除法器。器。（6使用兩個(gè)定點(diǎn)運(yùn)算器部件的組合則可構(gòu)使用兩個(gè)定點(diǎn)運(yùn)算器部件的組合則可構(gòu)成成一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算器。一個(gè)

3、浮點(diǎn)運(yùn)算器。274LS181運(yùn)算器運(yùn)算器 74LS181是一個(gè)四位是一個(gè)四位ALU單元，它是由單元，它是由4個(gè)一位個(gè)一位全加器以及進(jìn)位電路構(gòu)成。下面給出了正邏輯全加器以及進(jìn)位電路構(gòu)成。下面給出了正邏輯74LS 181的邏輯圖如圖的邏輯圖如圖10-1所示，其功能表見表所示，其功能表見表10-1。圖10-1 正邏輯74LS181的邏輯圖S3 S2 S1 S0M=0(算術(shù)運(yùn)算)M=1(邏輯運(yùn)算)Cn1（無進(jìn)位）Cn0（有進(jìn)位）0 0 0 0F=AF=A+1F=A0 0 0 1F=A|BF= (A|B)+1F=A|B0 0 1 0F=A| BF=(A| B )+1F=A B0 0 1 1F=0-1F=

4、0F=00 1 0 0F=A+ A BF=A+ A B+1F=AB0 1 0 1F=A B +(A|B)F=A B +(A|B)+1F=B0 1 1 0F=A-B -1F=A-BF=AB0 1 1 1F=A B -1F=A BF=A B1 0 0 0F=A+ABF=A+AB+1F= A +B1 0 0 1F=A+BF=A+B+1F=A B1 0 1 0F=AB+(A|B)F=AB+(A| B )+1F=B1 0 1 1F=AB-1F=ABF=AB1 1 0 0F=A+AF=A+A+1F=11 1 0 1F=A+(A| B )F=A+(A| B )+1F=A+ B1 1 1 0F=A(A| B

5、)F=A+(A+ B )+1F=A+B1 1 1 1F=A-1F=AF=A 表10-1 74LS181邏輯功能表(注意：“”為算術(shù)加，“|”為邏輯或，“”為算術(shù)減。) 四、實(shí)訓(xùn)電路1. 基本運(yùn)算部件基本運(yùn)算部件 圖圖10-2所示的是由兩片所示的是由兩片74LS181芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成的的8位位字長的運(yùn)算器。右方為低字長的運(yùn)算器。右方為低4位運(yùn)算芯片，左方位運(yùn)算芯片，左方為高為高4位運(yùn)算芯片。低位芯片的進(jìn)位輸出端位運(yùn)算芯片。低位芯片的進(jìn)位輸出端Cn+4與與高位芯高位芯片的進(jìn)位輸入端片的進(jìn)位輸入端Cn相連，高位芯片的輸出端相連，高位芯片的輸出端Cn+4可連至進(jìn)位鎖存電路，以保存此進(jìn)位?？蛇B至進(jìn)位鎖存

6、電路，以保存此進(jìn)位。 兩個(gè)芯片的控制端兩個(gè)芯片的控制端S0S3和和M各自相連，各自相連，其控制其控制電平如表電平如表10-1。 為進(jìn)行雙操作數(shù)運(yùn)算，運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入為進(jìn)行雙操作數(shù)運(yùn)算，運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器端分別由兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器DR1、DR274LS273實(shí)實(shí)現(xiàn)來鎖存數(shù)據(jù)。要將內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到現(xiàn)來鎖存數(shù)據(jù)。要將內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到DR1或或DR2中，則鎖存器中，則鎖存器74LS273的控制端的控制端LDDR1或或LDDR2須為高電平。當(dāng)須為高電平。當(dāng)T4脈沖來到的時(shí)候，總線上脈沖來到的時(shí)候，總線上的數(shù)據(jù)就被鎖存進(jìn)的數(shù)據(jù)就被鎖存進(jìn)DR1或或DR2中了。中了。 為了控制

7、運(yùn)算器向內(nèi)總線上輸出運(yùn)算結(jié)果，在為了控制運(yùn)算器向內(nèi)總線上輸出運(yùn)算結(jié)果，在其輸出端連接了一個(gè)三態(tài)門其輸出端連接了一個(gè)三態(tài)門74LS245實(shí)現(xiàn)）。假實(shí)現(xiàn)）。假設(shè)設(shè)要將運(yùn)算結(jié)果輸出到總線上，則要將三態(tài)門要將運(yùn)算結(jié)果輸出到總線上，則要將三態(tài)門74LS245的控制端的控制端ALU-B置低電平。置低電平。2進(jìn)位控制運(yùn)算部件進(jìn)位控制運(yùn)算部件 在圖在圖10-2的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分,可可設(shè)計(jì)出設(shè)計(jì)出進(jìn)位控制運(yùn)算部件實(shí)訓(xùn)原理圖如圖進(jìn)位控制運(yùn)算部件實(shí)訓(xùn)原理圖如圖10-3所示。所示。其中其中181的進(jìn)位進(jìn)入一個(gè)的進(jìn)位進(jìn)入一個(gè)74LS74鎖存器，其寫入鎖存器，其寫入是由是由T4和和AR信號(hào)控

8、制，信號(hào)控制，T4是脈沖信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將是脈沖信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將T4連至連至“STATE UNIT的微動(dòng)開關(guān)的微動(dòng)開關(guān)KK2上。上。AR是是電平控制電平控制信號(hào)低電平有效），可用于實(shí)現(xiàn)帶進(jìn)位控信號(hào)低電平有效），可用于實(shí)現(xiàn)帶進(jìn)位控制實(shí)制實(shí)驗(yàn)，而驗(yàn)，而T4脈沖是將本次運(yùn)算的進(jìn)位結(jié)果鎖存脈沖是將本次運(yùn)算的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位到進(jìn)位鎖存器中。鎖存器中。 （下面兩個(gè)圖中（下面兩個(gè)圖中S0S0、S1S1、S2S2、S3S3只和兩片只和兩片181181連接，不連連接，不連245245） 圖10-2 運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)原理圖圖10-3 進(jìn)位控制實(shí)訓(xùn)原理圖五、實(shí)訓(xùn)步驟1算術(shù)邏輯運(yùn)算算術(shù)邏輯運(yùn)算（1實(shí)訓(xùn)說明實(shí)訓(xùn)說明 實(shí)訓(xùn)電路如圖

9、實(shí)訓(xùn)電路如圖10-2所示。其中運(yùn)算器由所示。其中運(yùn)算器由兩片兩片74LS181構(gòu)成構(gòu)成8位字長的位字長的ALU。運(yùn)算器的輸出。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門一個(gè)三態(tài)門74LS245到到AUJ3插座，再通插座，再通過連過連接排線連接到內(nèi)總線上。運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)接排線連接到內(nèi)總線上。運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端輸入端分別由兩個(gè)鎖存器分別由兩個(gè)鎖存器74LS373鎖存，鎖存鎖存，鎖存器的輸器的輸入端已經(jīng)連接到內(nèi)總線上了。入端已經(jīng)連接到內(nèi)總線上了。 數(shù)據(jù)輸入單元用以給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)輸入單元用以給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)。其中輸入開關(guān)經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門輸入開關(guān)經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門74LS245和內(nèi)總線相和內(nèi)總線相連

10、，該三態(tài)門的控制信號(hào)位連，該三態(tài)門的控制信號(hào)位SW-B，取低電平時(shí)，取低電平時(shí)，開關(guān)上的數(shù)據(jù)則通過三態(tài)門而送入內(nèi)總線中。開關(guān)上的數(shù)據(jù)則通過三態(tài)門而送入內(nèi)總線中。 總線顯示燈在總線顯示燈在BUS UNIT單元中已與內(nèi)總單元中已與內(nèi)總線相連，用來顯示內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)。線相連，用來顯示內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)。 控制信號(hào)中除控制信號(hào)中除T4為脈沖信號(hào)，其它信號(hào)均為電為脈沖信號(hào)，其它信號(hào)均為電平信號(hào)。平信號(hào)。 由于實(shí)訓(xùn)電路中的時(shí)序信號(hào)均已連至由于實(shí)訓(xùn)電路中的時(shí)序信號(hào)均已連至“JT UNIT單元中的相應(yīng)時(shí)序信號(hào)引出端，因而，需要單元中的相應(yīng)時(shí)序信號(hào)引出端，因而，需要將將“JT UNIT單元中的單元中的T4接至接至“

11、STATE UNIT單元單元中的微動(dòng)開關(guān)中的微動(dòng)開關(guān)KK2的輸出端。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，按動(dòng)的輸出端。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖，如圖微動(dòng)開關(guān)，即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖，如圖10-4所示。所示。 S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B，SW-B各電平控制信號(hào)則使用各電平控制信號(hào)則使用“SWTICH UNIT單元中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)來模單元中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)來模擬，擬，其中其中Cn、ALU-B、SW-B為低電平有效，為低電平有效，LDDR1、LDDR2為高電平有效。上述實(shí)訓(xùn)信號(hào)連接情況如圖為高電平有效。上述實(shí)訓(xùn)信號(hào)連接情況如圖10-4所示。所示。圖

12、10-4 運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)接線圖（2操作步驟操作步驟 按圖按圖10-4連接實(shí)訓(xùn)電路并檢查無誤后打開電連接實(shí)訓(xùn)電路并檢查無誤后打開電源開關(guān)。圖中將用戶需要連接的信號(hào)線用小圓圈標(biāo)源開關(guān)。圖中將用戶需要連接的信號(hào)線用小圓圈標(biāo)明。明。 用輸入開關(guān)向暫存器用輸入開關(guān)向暫存器DR1置數(shù)，操作流程如置數(shù)，操作流程如圖圖10-5所示。所示。 a. 撥動(dòng)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)撥動(dòng)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)01100101或或其它數(shù)值）。（數(shù)據(jù)顯示燈亮為其它數(shù)值）。（數(shù)據(jù)顯示燈亮為0，滅為，滅為1）。）。 b. 使使SWITCH UNIT單元中的開關(guān)單元中的開關(guān)SW-B=0（打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、（打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、ALU

13、-B=1關(guān)閉關(guān)閉ALU輸輸出三態(tài)門）、出三態(tài)門）、LDDR1=1為打開為打開DR1輸入準(zhǔn)備）、輸入準(zhǔn)備）、LDDR2=0關(guān)閉關(guān)閉DR2輸入）。輸入）。 c. 按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2產(chǎn)生產(chǎn)生T4脈沖信號(hào)），與脈沖信號(hào)），與LDDR1信號(hào)一起，將二進(jìn)制數(shù)信號(hào)一起，將二進(jìn)制數(shù)01100101置入置入DR1中。中。 輸入開關(guān)向暫存器輸入開關(guān)向暫存器DR2置數(shù)，操作流程如圖置數(shù)，操作流程如圖10-5所示。所示。 a. 撥動(dòng)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)撥動(dòng)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)10100111或或其它數(shù)值）。（數(shù)據(jù)顯示燈亮為其它數(shù)值）。（數(shù)據(jù)顯示燈亮為0，滅為，滅為1）。）。 b. 使使SWITCH UNI

14、T單元中的開關(guān)單元中的開關(guān)SW-B=0（打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、（打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、ALU-B=1關(guān)閉關(guān)閉ALU輸輸出三態(tài)門）、出三態(tài)門）、LDDR1=0關(guān)閉關(guān)閉DR1輸入）、輸入）、LDDR2=1為打開為打開DR2輸入準(zhǔn)備）。輸入準(zhǔn)備）。 c. 按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2產(chǎn)生產(chǎn)生T4脈沖信號(hào)），與脈沖信號(hào)），與LDDR2信號(hào)一起，將二進(jìn)制數(shù)信號(hào)一起，將二進(jìn)制數(shù)01100101置入置入DR2 中。中。 檢查檢查DR1和和DR2中存在的數(shù)是否正確。中存在的數(shù)是否正確。 a. 使使SWITCH UNIT單元中的開關(guān)單元中的開關(guān)SW-B=1（關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、（關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、ALU

15、-B=0關(guān)閉關(guān)閉ALU輸輸出三態(tài)門）、出三態(tài)門）、LDDR1=0關(guān)閉關(guān)閉DR1輸入）、輸入）、LDDR2=0關(guān)閉關(guān)閉DR2輸入）。輸入）。 b. 置置S3、S2、S1、S0、M為為11111，總線顯，總線顯示燈則顯示示燈則顯示DR1中的數(shù)。中的數(shù)。 c. 置置S3、S2、S1、S0、M為為10101，總線顯，總線顯示燈則顯示示燈則顯示DR2中的數(shù)。中的數(shù)。 改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出。改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出。 a. 保持保持SW-B、ALU-B=0保持不變。保持不變。 b. 按表按表1.1置置S3、S2、S1、S0、M、Cn的數(shù)的數(shù)值，并觀察總線顯示燈顯示的結(jié)果。值

16、，并觀察總線顯示燈顯示的結(jié)果。例如：例如：置置S3、S2、S1、S0、M、Cn為為100101，運(yùn)算器作，運(yùn)算器作加法運(yùn)算加法運(yùn)算置置S3、S2、S1、S0、M、Cn為為011000，運(yùn)算器作，運(yùn)算器作減法運(yùn)算。減法運(yùn)算。圖10-5 向DR1和DR2寄存器置數(shù)操作流程2. 進(jìn)位控制運(yùn)算進(jìn)位控制運(yùn)算 （1實(shí)訓(xùn)說明實(shí)訓(xùn)說明 進(jìn)位控制運(yùn)算器的實(shí)訓(xùn)原理如圖進(jìn)位控制運(yùn)算器的實(shí)訓(xùn)原理如圖10-3所所示，示，在算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制在算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，部分，使使ALU的進(jìn)位進(jìn)入到進(jìn)位鎖存器中。其寫入的進(jìn)位進(jìn)入到進(jìn)位鎖存器中。其寫入是由是由T4和和AR信號(hào)控制。信號(hào)控制。

17、T4為脈沖信號(hào)；為脈沖信號(hào)；AR是電平是電平控制信控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)號(hào)，低電平有效。當(dāng)T4脈沖來到時(shí)，則將本脈沖來到時(shí)，則將本次運(yùn)算次運(yùn)算的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位鎖存器中。的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位鎖存器中。圖106 進(jìn)位控制實(shí)訓(xùn)接線 （上圖方格內(nèi)豎線不需要） （2操作步驟操作步驟 按圖按圖10-6連接實(shí)驗(yàn)電路并檢查無誤。連接實(shí)驗(yàn)電路并檢查無誤。 打開電源開關(guān)。打開電源開關(guān)。 用輸入開關(guān)向暫存器用輸入開關(guān)向暫存器DR1和和DR2置數(shù)。操作置數(shù)。操作流程如圖流程如圖10-5所示。所示。 關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門SW-B=1），翻開），翻開ALU輸出三態(tài)門輸出三態(tài)門ALU-B=0），并使）

18、，并使LDDR1=0、LDDR2=0，關(guān)閉寄存器。，關(guān)閉寄存器。 對(duì)進(jìn)位標(biāo)志清零。對(duì)進(jìn)位標(biāo)志清零。 置置S3、S2、S1、S0、M的狀態(tài)為的狀態(tài)為0 0 0 0 0，置置AR的狀態(tài)為的狀態(tài)為0。（清零時(shí)。（清零時(shí)DR1中的數(shù)不應(yīng)等于中的數(shù)不應(yīng)等于FF）。按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)）。按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2。 注：進(jìn)位標(biāo)志指示燈注：進(jìn)位標(biāo)志指示燈CY亮?xí)r表示進(jìn)位標(biāo)志為亮?xí)r表示進(jìn)位標(biāo)志為“0”，無進(jìn)，無進(jìn)位；標(biāo)志指示燈位；標(biāo)志指示燈CY滅時(shí)表示進(jìn)位為滅時(shí)表示進(jìn)位為“1”，有進(jìn)位。，有進(jìn)位。 驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能。驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能。 使使Cn=1，AR=0，進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算。，進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算

19、。 例如，進(jìn)行加法運(yùn)算，使例如，進(jìn)行加法運(yùn)算，使ALU-B=0，S3 S2 S1 S0 M狀狀態(tài)為態(tài)為10010，此時(shí)數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)為，此時(shí)數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)為DR1加加DR2加當(dāng)加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志，這個(gè)結(jié)果是否有進(jìn)位產(chǎn)生，則要按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)前進(jìn)位標(biāo)志，這個(gè)結(jié)果是否有進(jìn)位產(chǎn)生，則要按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2，若進(jìn)位標(biāo)志燈亮，則無進(jìn)位，反之則有進(jìn)位。因?yàn)樽?，若進(jìn)位標(biāo)志燈亮，則無進(jìn)位，反之則有進(jìn)位。因?yàn)樽黾臃ㄟ\(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)總線一直顯示的數(shù)據(jù)為加法運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)總線一直顯示的數(shù)據(jù)為DR1+DR2+CY，所，所以當(dāng)有進(jìn)位輸入到進(jìn)位鎖存器后，總線顯示的數(shù)據(jù)為加上進(jìn)以當(dāng)有進(jìn)位輸入到進(jìn)位鎖存器后，總線顯示的數(shù)據(jù)為加上進(jìn)位

20、位的結(jié)果。位位的結(jié)果?？紤]：考慮： 在在8位運(yùn)算器的基礎(chǔ)上，如何設(shè)計(jì)位運(yùn)算器的基礎(chǔ)上，如何設(shè)計(jì)16位位運(yùn)算器？運(yùn)算器？ 六、練習(xí) 驗(yàn)證驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能：的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能： 在給定在給定DR1=65H、DR2=A7H的情況下，改變的情況下，改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，填入下表運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，填入下表中，并和理論分析進(jìn)行比較、驗(yàn)證。中，并和理論分析進(jìn)行比較、驗(yàn)證。DR1DR2S3 S2 S1 S0M=0（算術(shù)運(yùn)算）M=1（邏輯運(yùn)算）CN=1(無進(jìn)位)CN=0(有進(jìn)位)65A70 0 0 0F=( )F=( )F=( )65A70 0

21、 0 1F=( )F=( )F=( )65A70 0 1 0F=( )F=( )F=( )65A70 0 1 1F=( )F=( )F=( )65A70 1 0 0F=( )F=( )F=( )65A70 1 0 1F=( )F=( )F=( )65A70 1 1 0F=( )F=( )F=( )65A70 1 1 1F=( )F=( )F=( )65A71 0 0 0F=( )F=( )F=( )65A71 0 0 1F=( )F=( )F=( )65A71 0 1 0F=( )F=( )F=( )65A71 0 1 1F=( )F=( )F=( )65A71 1 0 0F=( )F=( )

22、F=( )65A71 1 0 1F=( )F=( )F=( )65A71 1 1 0F=( )F=( )F=( )65A71 1 1 1F=( )F=( )F=( )實(shí)訓(xùn)二實(shí)訓(xùn)二 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 1熟悉存儲(chǔ)器和總線組成的硬件電路。熟悉存儲(chǔ)器和總線組成的硬件電路。 2掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法。寫方法。一、實(shí)訓(xùn)目的 按照實(shí)訓(xùn)步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，利用存儲(chǔ)器和按照實(shí)訓(xùn)步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，利用存儲(chǔ)器和總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?？偩€進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。二、實(shí)訓(xùn)要求三、實(shí)訓(xùn)原理 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片采用超大規(guī)模集成電路制造工半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片采用超大規(guī)模集成電路制造工藝，其結(jié)構(gòu)

23、如圖藝，其結(jié)構(gòu)如圖10-7所示。所示。圖10-7 半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)芯片通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與外部連接。地址線是單向輸入，數(shù)據(jù)線是雙向輸入輸出，數(shù)據(jù)線和地址的位數(shù)共同反映存儲(chǔ)芯片的容量。例如：地址線為10根，數(shù)據(jù)線為8根，則芯片容量為210840964KB。 控制線主要有讀控制線主要有讀/寫控制線寫控制線WE與片選線與片選線CE兩兩種。讀種。讀/寫控制線決定芯片進(jìn)行讀寫控制線決定芯片進(jìn)行讀/寫操作，片選線寫操作，片選線用用來選擇存儲(chǔ)芯片通常主存由多個(gè)存儲(chǔ)芯片構(gòu)來選擇存儲(chǔ)芯片通常主存由多個(gè)存儲(chǔ)芯片構(gòu)成）。成）。四、實(shí)訓(xùn)電路 所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器電路原理如圖所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)

24、器電路原理如圖10-8所示。所示。實(shí)訓(xùn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片實(shí)訓(xùn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片61162K8構(gòu)成，構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址總線由地址鎖存器其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址總線由地址鎖存器74LS273給出，地址燈給出，地址燈AD0AD7與地址線相與地址線相連 ， 顯 示 地 址 線 內(nèi) 容 。 數(shù) 據(jù) 開 關(guān) 經(jīng) 一 三 態(tài) 門連 ， 顯 示 地 址 線 內(nèi) 容 。 數(shù) 據(jù) 開 關(guān) 經(jīng) 一 三 態(tài) 門74LS245連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。 因?yàn)榈刂芳拇嫫鳛橐驗(yàn)榈刂芳拇嫫鳛?位，接入位，接入6116的地址的地址A7A0，而高三位，而高三位A8A1

25、0接地，所以其實(shí)際容量為接地，所以其實(shí)際容量為256字節(jié)。字節(jié)。6116有三個(gè)控制線：有三個(gè)控制線：CE片選線）、片選線）、OE讀線）、讀線）、WE寫線）。當(dāng)片選有效寫線）。當(dāng)片選有效CE=0）時(shí)，時(shí)，OE=0時(shí)進(jìn)行讀操作，時(shí)進(jìn)行讀操作，WE=0時(shí)進(jìn)行寫操作。本時(shí)進(jìn)行寫操作。本實(shí)驗(yàn)中將實(shí)驗(yàn)中將OE常接地，在此種情況下，當(dāng)常接地，在此種情況下，當(dāng)CE=0、WE=0時(shí)進(jìn)行讀操作，時(shí)進(jìn)行讀操作，CE=0、WE=1時(shí)進(jìn)行寫操時(shí)進(jìn)行寫操作，其寫時(shí)間與作，其寫時(shí)間與T3脈沖寬度一致。脈沖寬度一致。 操作時(shí)將操作時(shí)將T3脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時(shí)序電路模塊的脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時(shí)序電路模塊的TS3相應(yīng)插孔中，其脈沖寬度

26、可調(diào)，其它電平控制信相應(yīng)插孔中，其脈沖寬度可調(diào)，其它電平控制信號(hào)由號(hào)由“SWITCH UNIT單元的二進(jìn)制開關(guān)模擬，其單元的二進(jìn)制開關(guān)模擬，其中中SW-B為低電平有效，為低電平有效，LDAR為高電平有效。為高電平有效。圖10-8 存儲(chǔ)器實(shí)訓(xùn)電路圖 1形成時(shí)鐘脈沖信號(hào)形成時(shí)鐘脈沖信號(hào)T3，其連線方法和操作步驟如下：，其連線方法和操作步驟如下： （1接通電源，用示波器接入方波信號(hào)源的輸出插孔接通電源，用示波器接入方波信號(hào)源的輸出插孔H24,調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)電位器W1，使，使H24端輸出實(shí)驗(yàn)所期望頻率的方波。端輸出實(shí)驗(yàn)所期望頻率的方波。 （2時(shí)序電路模塊中的時(shí)序電路模塊中的和和H23排針相連。排針相連

27、。 （3在時(shí)序電路模塊中有兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān)在時(shí)序電路模塊中有兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān)“STOP和和“STEP”。將。將“STOP開關(guān)置為開關(guān)置為“RUN狀態(tài)、狀態(tài)、“STEP開關(guān)置開關(guān)置為為“EXEC狀態(tài)時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)狀態(tài)時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)“START”，則，則T3輸出為輸出為連連續(xù)的方波信號(hào)，此時(shí)調(diào)節(jié)電位器續(xù)的方波信號(hào)，此時(shí)調(diào)節(jié)電位器W1，用示波器觀察，使，用示波器觀察，使T3輸輸出實(shí)驗(yàn)要求的脈沖信號(hào)。當(dāng)出實(shí)驗(yàn)要求的脈沖信號(hào)。當(dāng)“STOP開關(guān)置為開關(guān)置為“RUN狀狀態(tài)、態(tài)、“STEP開關(guān)置為開關(guān)置為“STEP狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次微動(dòng)開關(guān)狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次微動(dòng)開關(guān)“START”，則，則T3輸出一個(gè)單脈沖，其

28、脈沖寬度與連續(xù)方式輸出一個(gè)單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相相同。同。五、實(shí)訓(xùn)步驟2按圖按圖10-9連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查線路無誤后連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查線路無誤后接通電源。由于存儲(chǔ)器模塊內(nèi)部的連線已經(jīng)連接接通電源。由于存儲(chǔ)器模塊內(nèi)部的連線已經(jīng)連接好，因此只需要完成實(shí)驗(yàn)電路的形成、控制信號(hào)好，因此只需要完成實(shí)驗(yàn)電路的形成、控制信號(hào)模擬開關(guān)、時(shí)鐘脈沖信號(hào)模擬開關(guān)、時(shí)鐘脈沖信號(hào)T3與外部存儲(chǔ)模塊的外與外部存儲(chǔ)模塊的外部連接。部連接。圖10-9 實(shí)訓(xùn)接線圖 3給存儲(chǔ)器的給存儲(chǔ)器的00、01、02、03、04地址單元地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)中分別寫入數(shù)據(jù)11、12、13、14、15，具體操作步，具體操作步驟

29、如圖驟如圖10-10所示以向所示以向0號(hào)單元寫入數(shù)據(jù)號(hào)單元寫入數(shù)據(jù)11為為例）：例）：圖10-10 寫入數(shù)據(jù)流程圖 依次讀出第依次讀出第00、01、02、03、04號(hào)單元中的號(hào)單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。具體操作步驟如圖一致。具體操作步驟如圖10-11所示以向所示以向0號(hào)單元號(hào)單元讀出數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)11為例）：為例）：圖10-11 讀出數(shù)據(jù)流程圖考慮： 假如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要64KB容量的內(nèi)存，存儲(chǔ)電路該如 何設(shè)計(jì)？ 給存儲(chǔ)器的給存儲(chǔ)器的111A地址單元中分別寫入數(shù)地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)，并依次讀出據(jù)，并依次讀出10個(gè)單元中的

30、數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)燈，個(gè)單元中的數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)燈，檢測顯示結(jié)果。檢測顯示結(jié)果。六、練習(xí)實(shí)訓(xùn)三實(shí)訓(xùn)三 微控制器實(shí)驗(yàn)微控制器實(shí)驗(yàn)1. 掌握時(shí)序產(chǎn)生器的組成原理。掌握時(shí)序產(chǎn)生器的組成原理。2. 掌握微程序控制器的組成原理。掌握微程序控制器的組成原理。3. 掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn) 行。行。一、實(shí)訓(xùn)目的二、實(shí)訓(xùn)要求 按照實(shí)訓(xùn)步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，熟悉微程序的按照實(shí)訓(xùn)步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，熟悉微程序的編碼、寫入、觀察運(yùn)行狀態(tài)。編碼、寫入、觀察運(yùn)行狀態(tài)。 微程序控制器的基本任務(wù)是完成當(dāng)前指令的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

31、可以控制翻譯和執(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)傳送和各種控制操作。它的執(zhí)行方法就是將控制各部件和各種控制操作。它的執(zhí)行方法就是將控制各部件動(dòng)作的微命令的集合進(jìn)行編碼，即將微命令的集合動(dòng)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(gè)微指令序列表表示稱為微指令。這樣就可以用一個(gè)微指令序列表示一條機(jī)器指令，這種指令序列稱為微程序。微程示一條機(jī)器指令，這種指令序列稱為微程序。微程序存儲(chǔ)在一種專用的存

32、儲(chǔ)器中，稱為控制存儲(chǔ)器。序存儲(chǔ)在一種專用的存儲(chǔ)器中，稱為控制存儲(chǔ)器。微程序控制器原理框圖如圖微程序控制器原理框圖如圖10-12所示。所示。三、實(shí)訓(xùn)原理圖1012 微控器原理圖1時(shí)序邏輯原理時(shí)序邏輯原理 實(shí)訓(xùn)所用的時(shí)序控制電路框圖如圖實(shí)訓(xùn)所用的時(shí)序控制電路框圖如圖10-13所示，可產(chǎn)所示，可產(chǎn)生生4個(gè)等個(gè)等間隔的時(shí)序信號(hào)間隔的時(shí)序信號(hào)TS1TS4，其中，其中為時(shí)鐘信號(hào)，由方波為時(shí)鐘信號(hào)，由方波信號(hào)源信號(hào)源（SIGNAL UNIT單元提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的單元提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的方波信方波信號(hào)。讀者在練習(xí)中可根據(jù)實(shí)訓(xùn)需要自行選擇方波信號(hào)的號(hào)。讀者在練習(xí)中可根據(jù)實(shí)訓(xùn)需要自行選擇方波信號(hào)

33、的頻率及脈頻率及脈寬。圖中寬。圖中STEP和和START由設(shè)計(jì)的時(shí)序控制單元由設(shè)計(jì)的時(shí)序控制單元STATE UNIT）中的二進(jìn)制開關(guān)中的二進(jìn)制開關(guān)STEP和和START模擬產(chǎn)生。當(dāng)模擬產(chǎn)生。當(dāng)STEP開關(guān)開關(guān)為為0時(shí)，系時(shí)，系統(tǒng)處于連續(xù)統(tǒng)處于連續(xù)EXEC執(zhí)行狀態(tài)，此時(shí)按下執(zhí)行狀態(tài)，此時(shí)按下START鍵后，鍵后，時(shí)序信號(hào)時(shí)序信號(hào)TS1TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)STEP為為1STEP時(shí)，此時(shí)，此時(shí)按下時(shí)按下START鍵后，時(shí)序信號(hào)鍵后，時(shí)序信號(hào)TS1TS4只產(chǎn)生一個(gè)周只產(chǎn)生一個(gè)周期，機(jī)器便期，機(jī)器便處于單步處于單步STEP運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)只發(fā)送一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)只發(fā)送

34、一個(gè)CPU周周期的時(shí)序期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。利用單步方式，每次只讀取一條微指令，信號(hào)就停機(jī)。利用單步方式，每次只讀取一條微指令，可以觀察微可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)機(jī)器連指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)機(jī)器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，續(xù)運(yùn)行時(shí)，如果如果STEP開關(guān)置開關(guān)置“1”，也會(huì)使機(jī)器停機(jī)，或使，也會(huì)使機(jī)器停機(jī)，或使CLR開關(guān)開關(guān)撥至零也撥至零也可以使時(shí)序清零。可以使時(shí)序清零。 四、實(shí)訓(xùn)電路 由于時(shí)序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好，所以只由于時(shí)序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好，所以只需要將時(shí)序電路和方波信號(hào)源連接，即將時(shí)序電路需要將時(shí)序電路和方波信號(hào)源連接，即將時(shí)序電路的時(shí)鐘輸入端的時(shí)鐘

35、輸入端接至方波信號(hào)發(fā)生器輸入端接至方波信號(hào)發(fā)生器輸入端H23上，上，按動(dòng)啟動(dòng)鍵按動(dòng)啟動(dòng)鍵START后，就可以產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)后，就可以產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)TS1TS4。時(shí)序電路的。時(shí)序電路的CLR已接至實(shí)驗(yàn)板左下方的已接至實(shí)驗(yàn)板左下方的CLR模擬開關(guān)上。模擬開關(guān)上。圖10-13 時(shí)序控制電路框圖2微程序控制實(shí)訓(xùn)電路微程序控制實(shí)訓(xùn)電路 實(shí)訓(xùn)微程序控制器的組成如圖實(shí)訓(xùn)微程序控制器的組成如圖10-14所示，所示，其中其中控制存儲(chǔ)器可以采用控制存儲(chǔ)器可以采用3片片2816的的E2PROM構(gòu)構(gòu)成；微成；微命令寄存器命令寄存器18位，用兩片位，用兩片8D觸發(fā)器觸發(fā)器273和一片和一片4D175觸發(fā)器組成；微地址寄存器

36、觸發(fā)器組成；微地址寄存器6位，位，用三片用三片正沿觸發(fā)的雙正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器觸發(fā)器74組成，它們帶組成，它們帶有清有清“0”端和預(yù)置端；在不判別測試的情況下，端和預(yù)置端；在不判別測試的情況下，T2時(shí)時(shí)刻打入刻打入微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)當(dāng)T4時(shí)刻測試判別時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出時(shí)刻測試判別時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈的負(fù)脈沖通過強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器置為沖通過強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器置為“1狀態(tài)，狀態(tài)，完成地址完成地址修改。修改。 在該實(shí)訓(xùn)電路中可以設(shè)計(jì)具有三種狀態(tài)的編程在該實(shí)訓(xùn)電路中可以設(shè)計(jì)具有三種狀態(tài)的編程開關(guān)：開關(guān)：PROM編程）、

37、編程）、READ校驗(yàn)）、校驗(yàn)）、RUN（運(yùn)行）。當(dāng)處于（運(yùn)行）。當(dāng)處于“編程狀態(tài)時(shí)，讀者可根據(jù)微編程狀態(tài)時(shí)，讀者可根據(jù)微地地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器儲(chǔ)器2816中。當(dāng)處于中。當(dāng)處于“校驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，可以對(duì)寫入校驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，可以對(duì)寫入控控制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而可以判斷制存儲(chǔ)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)處于寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)”時(shí)，只需要給出微程序的入口地址，則可根據(jù)微程時(shí)，只需要給出微程序的入口地址，則可根據(jù)微程序流程圖自動(dòng)執(zhí)行微程序。序流程圖自動(dòng)執(zhí)行微

38、程序。3指令格式指令格式 微指令字長共微指令字長共24位，其控制位順序如下：位，其控制位順序如下： 24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWECELDPCABCA5A0 ALU控制字段：S3、S2、S1、S0、M、Cn，它們的二進(jìn)制組合用于控制ALU的工作模式，具體含義參見運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)中關(guān)于ALU的介紹。 存儲(chǔ)器讀寫控制字段：WE，用于控制存儲(chǔ)器的讀寫控制，詳細(xì)的介紹參見存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)。片選字段：CE，LDPC的組合將會(huì)對(duì)存儲(chǔ)器、輸入、輸出設(shè)備進(jìn)行片選。 A、B、C字段分別是3位二進(jìn)制的組合，它們分別作為譯碼器的輸入，然后輸出

39、各種控制信號(hào)，其含義將在基本模型機(jī)實(shí)訓(xùn)中做詳細(xì)介紹，A、B、C字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表見10-2，10-3，10-4所示。表10-2 A字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表151413選擇000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR與圖10-14中不一致，圖中是LDR1，是否按表中？按表中 表10-3 B字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表121110選擇000001RSB010RDB011RIB100299B101ALUB110SWB111PCB表10-4 C字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表987選擇000001P（1）010P（2）011P（3）100P（4）101AR1

40、10LDPC與圖10-14中不一致，圖中是PC(1) ，是否按表中？按表中 微指令字長種微指令字長種UA5UA0為為6位的后續(xù)微地址，位的后續(xù)微地址，A、B、C為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。C字段字段中的中的P1）P4是四個(gè)測試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器是四個(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10-15所示，圖中所示，圖中I7I2為指令寄存器的

41、第為指令寄存器的第72位輸出，位輸出，SE5SE1為微控制器單元微地址鎖存器的輸出端。為微控制器單元微地址鎖存器的輸出端。AR為算為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，其為零有效。術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，其為零有效。B字字段中的段中的RS-B、R0-B、RI-B分別為源寄存器選通信號(hào)、目的分別為源寄存器選通信號(hào)、目的寄存器選通信號(hào)及變址寄存器選通信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器寄存器選通信號(hào)及變址寄存器選通信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器R0、R1及及R2的選通譯碼，其原的選通譯碼，其原理如圖理如圖10-16所示，圖中所示，圖中I0I4為指令寄存器的第

42、為指令寄存器的第04位，位，LDRi為打入工作寄存器信號(hào)的譯碼器使能控制位。為打入工作寄存器信號(hào)的譯碼器使能控制位。 圖10-14 微控制器實(shí)訓(xùn)電路圖圖10-15 微程序執(zhí)行分支選擇原理圖 圖10-16 寄存器控制原理圖1實(shí)訓(xùn)說明實(shí)訓(xùn)說明 圖圖10-17為幾條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的參考微程為幾條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的參考微程序流程序流程圖，將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制圖，將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制代碼，代碼，可得到表可得到表10-5的二進(jìn)制代碼表。的二進(jìn)制代碼表。五、實(shí)訓(xùn)步驟2觀察時(shí)序信號(hào)觀察時(shí)序信號(hào) 用雙蹤示波器或用用雙蹤示波器或用PC示波器功能示波器功能觀察方波觀察方波信號(hào)源的輸出，時(shí)序電路

43、中的信號(hào)源的輸出，時(shí)序電路中的“STOP開關(guān)置為開關(guān)置為“RUN”，“STEP開關(guān)置為開關(guān)置為“EXEC”。按動(dòng)按動(dòng)START按鍵，從示波器上可觀察到按鍵，從示波器上可觀察到TS1、TS2、TS3、TS4各點(diǎn)的波形，比較它們的相互關(guān)系，畫各點(diǎn)的波形，比較它們的相互關(guān)系，畫出其波形，出其波形，并標(biāo)注測量所得的脈沖寬度，見圖并標(biāo)注測量所得的脈沖寬度，見圖10-18。圖10-17 微程序流程圖圖10-18 時(shí)序信號(hào)圖表10-5 二進(jìn)制代碼表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE CE LDPCABCUA5-UA000000000011101110100010000010000000111101

44、110000000100200000000010000000100100003000000000110000000000100040000000000110000000001010500000001001000100000011006100101010001101000000001070000000101100000000011011000000001100111000000000111000000011110111000000011120000000111101110000001111300000001111011100000111014000000011110111000010101150

45、000001000000010000000011600000000011000000000111117000000000000000000000001250000000011010000000000013操作步驟：操作步驟： （1編程編程 將微程序控制器編程開關(guān)置為將微程序控制器編程開關(guān)置為PROM編程狀態(tài)。編程狀態(tài)。 將時(shí)序產(chǎn)生單元將時(shí)序產(chǎn)生單元STATE UNIT中中的的“STEP置為置為“STEP”，“STOP置為置為“RUN狀態(tài)。狀態(tài)。 用二進(jìn)制模擬開關(guān)置微地址用二進(jìn)制模擬開關(guān)置微地址MA5MA0。 在微程序編程開關(guān)在微程序編程開關(guān)MK23MK0上置上置微代碼，微代碼，24位開位開關(guān)對(duì)

46、應(yīng)關(guān)對(duì)應(yīng)24位顯示燈，開關(guān)量置為位顯示燈，開關(guān)量置為“0時(shí)燈亮，時(shí)燈亮，開關(guān)量為開關(guān)量為“1時(shí)時(shí)燈滅。燈滅。 啟動(dòng)時(shí)序電路按動(dòng)啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)時(shí)序電路按動(dòng)啟動(dòng)按鈕“START”），即將微），即將微代碼寫入到代碼寫入到2816的相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的單元中。的相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的單元中。 反復(fù)反復(fù)步驟，將表步驟，將表10-2的微代碼的微代碼寫入寫入2816中。中。 （2校驗(yàn)微指令校驗(yàn)微指令 將微程序控制器編程開關(guān)置為將微程序控制器編程開關(guān)置為READ校驗(yàn)狀態(tài)。校驗(yàn)狀態(tài)。 將時(shí)序產(chǎn)生單元將時(shí)序產(chǎn)生單元STATE UNIT中的中的“STEP置為置為“STEP”，“STOP置為置為“RUN狀態(tài)。狀態(tài)。 用二進(jìn)制模擬開關(guān)

47、置微地址用二進(jìn)制模擬開關(guān)置微地址MA5MA0。 啟動(dòng)時(shí)序電路按動(dòng)啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)時(shí)序電路按動(dòng)啟動(dòng)按鈕“START”），讀出微），讀出微代代碼。觀察顯示燈碼。觀察顯示燈MD23MD0的狀態(tài)燈亮為的狀態(tài)燈亮為“0”，滅為，滅為“1”），檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。如果不同，），檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。如果不同，則將開關(guān)置于則將開關(guān)置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行編程狀態(tài)，重新執(zhí)行1）（編程即可）（編程即可運(yùn)行并觀察結(jié)果。運(yùn)行并觀察結(jié)果。 運(yùn)行的過程中著重觀察微地址顯示燈、微命令顯示運(yùn)行的過程中著重觀察微地址顯示燈、微命令顯示燈。運(yùn)行的方式有單步和連續(xù)兩種方式。燈。運(yùn)行的方式有單步和連續(xù)兩

48、種方式。 （3單步運(yùn)行單步運(yùn)行 將微程序控制器編程開關(guān)置于將微程序控制器編程開關(guān)置于“RUN運(yùn)運(yùn)行）行）”狀態(tài)。狀態(tài)。 將時(shí)序產(chǎn)生單元將時(shí)序產(chǎn)生單元STATE UNIT中的中的“STEP置為置為“STEP”，“STOP置為置為“RUN狀態(tài)。狀態(tài)。 撥動(dòng)微地址清零撥動(dòng)微地址清零CLR開關(guān)，將開關(guān)，將CLR的狀態(tài)按的狀態(tài)按101變化。從而將微地址寄存器變化。從而將微地址寄存器MA5MA0清零，微程清零，微程序運(yùn)行的序運(yùn)行的入口微地址置為入口微地址置為000000二進(jìn)制）。二進(jìn)制）。 連續(xù)按動(dòng)連續(xù)按動(dòng)“START鍵，啟動(dòng)時(shí)序電路。每鍵，啟動(dòng)時(shí)序電路。每按動(dòng)一次按動(dòng)一次“START鍵，將順序讀出一條微

49、指令并執(zhí)行后停鍵，將順序讀出一條微指令并執(zhí)行后停機(jī)。此時(shí)，機(jī)。此時(shí)，微地址顯示燈顯示的是下一條將要運(yùn)行的微指令地微地址顯示燈顯示的是下一條將要運(yùn)行的微指令地址，微命址，微命令顯示燈顯示的是正讀出并執(zhí)行的微指令。令顯示燈顯示的是正讀出并執(zhí)行的微指令。 （4連續(xù)運(yùn)行：連續(xù)運(yùn)行： 將微程序控制器編程開關(guān)置于將微程序控制器編程開關(guān)置于“RUN運(yùn)運(yùn)行）行）”狀態(tài)。狀態(tài)。 將時(shí)序產(chǎn)生單元將時(shí)序產(chǎn)生單元STATE UNIT中的中的“STEP置為置為“EXEC”，“STOP置為置為“RUN狀態(tài)。狀態(tài)。 撥動(dòng)微地址清零撥動(dòng)微地址清零CLR開關(guān)，將開關(guān)，將CLR的狀態(tài)按的狀態(tài)按101變化。從而將微地址寄存器變化。

50、從而將微地址寄存器MA5MA0清零，微程清零，微程序運(yùn)行的序運(yùn)行的入口微地址置為入口微地址置為000000二進(jìn)制）。二進(jìn)制）。 按動(dòng)按動(dòng)“START鍵一次，啟動(dòng)時(shí)序電路，控鍵一次，啟動(dòng)時(shí)序電路，控制器將自制器將自動(dòng)的順序讀出每條微指令并執(zhí)行，直到結(jié)束。此時(shí)，動(dòng)的順序讀出每條微指令并執(zhí)行，直到結(jié)束。此時(shí)，微地址微地址顯示燈顯示的是下一條將要運(yùn)行的微指令地址，微顯示燈顯示的是下一條將要運(yùn)行的微指令地址，微命令顯示命令顯示燈顯示的是當(dāng)前讀出并執(zhí)行的微指令。燈顯示的是當(dāng)前讀出并執(zhí)行的微指令?？紤]：觀察圖10-17微程序流程圖，請(qǐng)總結(jié)設(shè)計(jì)微程序有 那些規(guī)律？ 寫出下圖中微地址為寫出下圖中微地址為20、2

51、1、22、24四條微四條微指令的二進(jìn)制微代碼。指令的二進(jìn)制微代碼。 六、練習(xí) 實(shí)訓(xùn)四實(shí)訓(xùn)四 基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1掌握前面部件單元電路訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握前面部件單元電路訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)構(gòu) 造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。2掌握微程序執(zhí)順序強(qiáng)制改變的原理掌握微程序執(zhí)順序強(qiáng)制改變的原理3掌握機(jī)器指令與微程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系。掌握機(jī)器指令與微程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系。4掌握機(jī)器指令的執(zhí)行流程。掌握機(jī)器指令的執(zhí)行流程。5掌握機(jī)器指令的微程序的編制、寫入。掌握機(jī)器指令的微程序的編制、寫入。一、實(shí)訓(xùn)目的 在常規(guī)微程序控制器訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，定義五在常規(guī)微程序控制器訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，定義

52、五條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，設(shè)計(jì)一臺(tái)微程條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，設(shè)計(jì)一臺(tái)微程序控制的指令級(jí)模型計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、掌握整序控制的指令級(jí)模型計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、掌握整機(jī)概念。機(jī)概念。 二、實(shí)訓(xùn)要求三、實(shí)訓(xùn)原理 在實(shí)訓(xùn)一至三部件實(shí)訓(xùn)過程中，各部件單元在實(shí)訓(xùn)一至三部件實(shí)訓(xùn)過程中，各部件單元的控制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，如運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)中對(duì)的控制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，如運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)中對(duì)74LS-181芯片的控制，存儲(chǔ)器實(shí)訓(xùn)中對(duì)存儲(chǔ)器芯片芯片的控制，存儲(chǔ)器實(shí)訓(xùn)中對(duì)存儲(chǔ)器芯片的控制信號(hào)。而本次訓(xùn)練主要是設(shè)計(jì)在微程序控制的控制信號(hào)。而本次訓(xùn)練主要是設(shè)計(jì)在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特

53、定指令下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。這里，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序的功能。這里，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指令組成的指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微程序。序列來完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微程序。 1模型機(jī)機(jī)器指令模型機(jī)機(jī)器指令 本實(shí)訓(xùn)采用五條機(jī)器指令：本實(shí)訓(xùn)采用五條機(jī)器指令：IN輸入）、輸入）、ADD（二進(jìn)制加法）、（二進(jìn)制加法）、STA存數(shù)）、存數(shù)）、OUT輸輸出）、出）、JMP無條件轉(zhuǎn)移），

54、其指令格式如下前無條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如下前4位為操位為操作碼）：作碼）：助記符助記符 機(jī)器指令機(jī)器指令 說明說明 IN 0000 0000 “DATA UNIT重的開關(guān)狀態(tài)重的開關(guān)狀態(tài)R0ADD add 0001 0000 XXXXXXXX R0addrR0STA addr 0010 0000 XXXXXXXX R0addrOUT addr 0011 0000 XXXXXXXX addrBUSJMP addr 0100 0000 XXXXXXXX addrPC 其中其中IN為單字長為單字長8位），其余為雙字長指令，位），其余為雙字長指令，XXXXXXXX為為addr對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。對(duì)應(yīng)

55、的二進(jìn)制地址碼。2裝入機(jī)器程序裝入機(jī)器程序 為了向?yàn)榱讼騌AM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，還必須設(shè)計(jì)三個(gè)正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，還必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制臺(tái)控制臺(tái)操作微程序。操作微程序。 存儲(chǔ)器讀操作存儲(chǔ)器讀操作KRD）：微地址清零）：微地址清零CLR開開關(guān)，控制臺(tái)開關(guān)關(guān)，控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA為為“00時(shí)，按時(shí)，按START微動(dòng)開關(guān)，可對(duì)微動(dòng)開關(guān)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作。連續(xù)手動(dòng)讀操作。 存儲(chǔ)器寫操作存儲(chǔ)器寫操作KWE）：撥動(dòng)微地址清）：撥動(dòng)微地址清零零CLR開關(guān)，控制臺(tái)開關(guān)開關(guān)，控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA為為“01時(shí)，時(shí)，按按START微動(dòng)

56、開關(guān)，可對(duì)微動(dòng)開關(guān)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)寫入。連續(xù)手動(dòng)寫入。 啟動(dòng)程序：微地址清零啟動(dòng)程序：微地址清零CLR開關(guān)，控制臺(tái)開關(guān)開關(guān)，控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA為為“11時(shí)，按時(shí)，按START微動(dòng)開關(guān)，即微動(dòng)開關(guān)，即可可轉(zhuǎn)入到第轉(zhuǎn)入到第01號(hào)號(hào)“取址微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。取址微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。 上述三條控制臺(tái)指令用兩個(gè)開關(guān)上述三條控制臺(tái)指令用兩個(gè)開關(guān)SWB、SWA的狀態(tài)來設(shè)置，其定義見表的狀態(tài)來設(shè)置，其定義見表10-4?？刂圃韴D見實(shí)?？刂圃韴D見實(shí)訓(xùn)三圖訓(xùn)三圖10-15 微程序執(zhí)行分支選擇原理圖所微程序執(zhí)行分支選擇原理圖所示。示。SWBSWA控制臺(tái)指令001011讀內(nèi)存（KRD）寫內(nèi)存（KWE）

57、啟動(dòng)程序（RP）表10-4 SWB、SWA的狀態(tài)3系統(tǒng)微指令格式系統(tǒng)微指令格式 系統(tǒng)執(zhí)行五條機(jī)器指令的微代碼定義見表系統(tǒng)執(zhí)行五條機(jī)器指令的微代碼定義見表10-5。A、B、C字段對(duì)應(yīng)的譯碼信號(hào)見實(shí)訓(xùn)三表字段對(duì)應(yīng)的譯碼信號(hào)見實(shí)訓(xùn)三表10-2。24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWECELDPCABCA5A0表10-5 微指令格式4機(jī)器指令與微程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系機(jī)器指令與微程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系 每條機(jī)器指令由多條微指令按一定的順序每條機(jī)器指令由多條微指令按一定的順序完成，完成，以以MOV指令從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器為例，完指令從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器

58、為例，完成成MOV指令的執(zhí)行需要執(zhí)行指令的執(zhí)行需要執(zhí)行6條微指令才能完成，其條微指令才能完成，其執(zhí)行流執(zhí)行流程為：程為：5系統(tǒng)微程序系統(tǒng)微程序 系統(tǒng)涉及到的微程序流程見實(shí)訓(xùn)三圖系統(tǒng)涉及到的微程序流程見實(shí)訓(xùn)三圖10-17）所示，當(dāng)執(zhí)行所示，當(dāng)執(zhí)行“取指微指令時(shí)，該微指令取指微指令時(shí)，該微指令的判別測的判別測試字段為試字段為P(1)測試。由于測試。由于“取指微指令是取指微指令是所有為程所有為程序都使用的公用微指令，因此序都使用的公用微指令，因此P(1)的測試結(jié)的測試結(jié)果出現(xiàn)果出現(xiàn)多路分支。本級(jí)用指令寄存器的前多路分支。本級(jí)用指令寄存器的前4位位IR7-IR4）作為測試條件，出現(xiàn)作為測試條件，出現(xiàn)5

59、路分支，占用路分支，占用5個(gè)固定個(gè)固定微地址微地址單元。單元。PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-ARRAM-BUSBUS-DR1PC-ARPC+1RAM-BUSBUS-ARDR1-BUS 控制臺(tái)操作為控制臺(tái)操作為P(4)測試，如圖測試，如圖10-19所示，它所示，它以控制臺(tái)開關(guān)以控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA作為測試條件，出現(xiàn)了作為測試條件，出現(xiàn)了3路分支，占用路分支，占用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支微地址個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單單元固定后，控制存儲(chǔ)器剩下的其它地址就可以一條元固定后，控制存儲(chǔ)器剩下的其它地址就可以一條微指令占用一個(gè)單元地址，而且地址可以隨意使微指令占用一個(gè)單元地址，而且

60、地址可以隨意使用。用。P(1) 和和P(4)對(duì)微程序執(zhí)行分支選擇情況如實(shí)訓(xùn)對(duì)微程序執(zhí)行分支選擇情況如實(shí)訓(xùn)三圖三圖10-15 微程序執(zhí)行分支選擇原理圖所示。微程序執(zhí)行分支選擇原理圖所示。 當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)將每條微指令代當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表碼化，表10-6即為將實(shí)訓(xùn)三圖即為將實(shí)訓(xùn)三圖10-17和圖和圖10-19的微的微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進(jìn)制微代二進(jìn)制微代碼碼表表”。 圖10-19 微程序流程圖微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE CE LDPCABCUA5-UA000000000011101110100