实验四常规型微程序控制器组成实验.docx

1、实验四常规型微程序控制器组成实验实验四常规型微程序控制器组成实验一、 实验目的1.掌握时序发生器的组成原理。2.掌握微程序控制器的组成原理。二、 实验电路1.时序发生器本实验所用的时序电路见图。电路由一个 500KHZ晶振、2片GAL22V10 片74LS390组成，可产生两级等间隔时序信号 T1-T4、W1-W3其中一个 W由一轮T1-T4组成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍， 而一轮W1-W：可以执行硬连线控制器的一条机器指令。另外，供数字逻辑实验使用的时钟由 MF经一片74LS390分频后产生。图时序信号发生器本次实验不涉及硬连线控制器，因此时序发生器中产生 W1-W3的部分也

2、可根据需要放到硬连线控制器实验中介绍。产生时序信号T1-T4的功能集成在图中左边的一片 GAL22V10中，另外它还产生节拍信号W1-W3的控制时钟CLK1。该芯片的逻辑功能用 ABEL语言实现。其源程序如下：MODULE TIMER1TITLE CLOCK GENERATOR T1-T4CLK = C;INPUTMF, CLR, QD, DP, TJ, DB PIN 1.6; W3 PIN 7;OUTPUTT1, T2, T3, T4 PIN 15.18 ISTYPE REG;CLK1 PIN 14 ISTYPE COM;QD1, QD2, QDR PIN ISTYPE REG;ACT PI

3、N ISTYPE COM;S = T1, T2, T3, T4, QD1, QD2, QDR; EQUATIONSQD1 := QD;QD2 := QD1;ACT = QD1 & !QD2;QDR := CLR & QD # CLR & QDR;T1 := CLR & T4 & ACT # CLR & T4 & ! (DP # TJ # DB & W3) & QDR; T2 := CLR & T1;T3 := CLR & T2;T4 := !CLR # T3 # T4 & !ACT & (DP #TJ# DB& W3) # !QDR;CLK1 = T1 # !CLR & MF;=MF;ENDW

4、信号的功能集成在右边一片节拍电位信号 W1-W3只在硬连线控制器中使用，产生GAL22V1冲，用ABEL语言实现。其源程序如下：MODULE TIMER2 .;INPUTCLK1, CLR, SKIP PIN 1.3;OUTPUTW1, W2, W3 PIN 16.18 ISTYPE REG;2 1 # # # p U BR R 1 1# W l rMUBpRD A +#REEALsWDD D RC L C C R A R SL L A-PEQUATIONSW = W1, W2, W3;J| AruH1ftjiALIfLIL11111uMLiNU1J11判别字段H.丿后继微地址S3 S2 S1

5、 S0 M31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0RD用 A A A A A A TJ 备 P2 P1 P0 g g g g g g图3.5微指令格式S1SO“M#Wixj -ikdpl92X3 3 - 1+R1A 養 ACDJP2P1C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 COC7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 COC7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 COC7 C6C5 C4 C3 C2 C1 CoCM3CM2CM1CMOA12 A6A5A4A3A2

6、A1 AOA12 A6A5A4A3 A2A1 AOA12 A6A5A4A3A2A1AOA12A6A5A4A3A2A1A0口 口 口P2Q5Q4Q3Q2Q1 Q0| CLR#卩 AR(174)匸二 T1D5D4D3D2D1D0 11IR7 IR6 SWC IR5 SWB IR4 SWA图3.6微程序控制器电路图00KTSWC SWB SWC0F图3.7微程序流程图P1 1P2 备用 TJ . 1 . . 1 1 . 1 1 . 1 . 1 . 1 .LDIR . . . 1 . . . 1 1PC+1 LDPC# . 1 . . . 1 1 .AR+1 1 . . 1 . .LDAR# . 1

7、. . . 1 . . . 1 . . 1 . . . .LDDR1 LDDR2 LDRi 1 SW_BUS# . 1 1 . . 1 1 . 1 1 . . 1 1 . 1RS_BUS# . . . . 1 ALU_BUS# RAM_BUS# 1 CER#. . . 1 . . 1 . 1CEL# . 1 . . 1 . . 1 . 1 .LR/W#. . 0 . . 0 . . 1 . 0 .Cn# MS0S1S2S3注：后缀为#的信号都是低电平有效信号，为了在控存 ROM中用“1 ”表示有效，这些信号在控制器中经过反相后送往数据通路。表 微程序代码表 （ 续 ） 微指令 ADD SUB

8、AND STA LDA JC STP OUT当前微地址 10 18 11 19 12 1A 13 1B 14 1C 15 1F 16 17下一微地址 18 0F 19 0F 1A 0F 1B 0F 1C 0F 0F 0F 0F 0F P0 P1 P2 1 . . .备用 TJ 1 1LDIR PC+1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 1 . 1 1 LDPC# 1 . .AR+1 LDAR# 1 . 1 LDDR2LDRiSW_BUS#RS_BUS#ALU_BUS#CEL#. 11 . . .LR/W#. 01 . . .Cn#. 1M .0 .0 .1 .0 .S0. 1. 01.

9、0 .S1. 0. 11. 0 .S2. 0. 10. 0 .S3. 1. 01. 0 .RAM_BUS#1CER#注：后缀为#的信号都是低电平有效信号，为了在控存 ROM中用“1 ”表示有效，这些信号在控制器中经过反相后送往数据通路。为了向RAM和寄存器堆中装入程序和数据、检查写入是否正确，并能启动程序执行， 还设计了以下五个控制台操作微程序：在按复位按钮 CLR#后，TEC-5复位，根据 SWC SWB SWA犬态来选择工作方式。在控 制台工作方式，必须使 DP=0， DB=0。启动程序（PR）:按下复位按钮 CLR#后，微地址寄存器清零。这时，置 SWC= 0、SWB=0、SWA= 0,

10、用数据开关SWE SW（设置RAM中的程序首地址，按 QD按钮后，启动程序执行。写存储器（WRM：按下复位按钮 CLR#置 SWC= 0、SWB= 0、SWA= 1。在 SWQ SW0 中置好存储器地址，按 QD按钮将此地址打入 AF。在SWE SW0B好数据，按 QD将数据 写入AR指定的存储器单元，这时 AR加1。返回。依次进行下去，直到按复位键 CLR# 为止。这样就实现了对 RAM的连续手动写入。这个控制台操作的主要作用是向 RAM中写入自己编写的程序和数据。读存储器（RRM：按下复位按钮 CLR#置 SWC= 0、SWB= 1、SWA= 0。在 SWE SW0 中置好存储器地址，按Q

11、D按钮将此地址打入 AR RAM此地址单元的内容读至 DBUS显示。 按QD按钮，这时AR加1, RAM新地址单元的内容读至 DBUS显示。返回。依次进行下去， 直到按复位键 CLR#为止。这样就实现了对 RAM的连续读出显示。这个控制台操作的主要作 用是检查写入RAM的程序和数据是否正确。在程序执行后检查程序执行的结果 （在存储器中的部分）是否正确。寄存器写操作 （WRF：按下复位按钮 CLR#置SW& 0、SWB= 1、SWA= 1。首先在 SW7 SWC置好存储器地址，按QD按钮，则将此地址打入 AR寄存器和PC寄存器。在SW1 SW0 置好寄存器选择信号 WR1 WR0按QD按钮，通过

12、双端口存储器的右端口将 WR1 WR0（即SW1 SW0送到指令寄存器IR的低2位。在SWESW0中置好要写入寄存器的数据；按 QD按钮，将数据写入由WR1 WRC指定的寄存器。返回继续执行，直到按复位按钮 CLR# 这个控制台操作主要在程序运行前,向相关的通用寄存器中置入初始数据。寄存器读操作 （RRF :按下复位按钮 CLR#置SW& 1、SWB= 0、SWA= 0。首先在 SW7SWC置好存储器地址，按QD按钮，则将此地址打入 AR寄存器和PC寄存器。在SW3 SW2置好寄存器选择信号 RS1、RSO,按QD按钮，通过双端口存储器的右端口将 RS1、RSO （即SW3 SW2送到指令寄存

13、器IR的第3、2位。RS1、RS0选中的寄存器的数据读出到 DBUSk显示出来。返回继续下去，直到按复位键 CLR#为止。这个控制台操作的主要作用是在程序执行前检查写入寄存器堆中的数据是否正确， 在程序执行后检查程序执行的结果 （在寄存器堆中的部分）是否正确。四、实验设备1.TEC-5计算机组成原理实验系统 1台2.逻辑测试笔一支（在TEC-5实验台上）3.双踪示波器一台（公用）4.万用表一只（公用）五、实验任务1.按实验要求，连接实验台的电平开关 KO- K15、时钟信号源和微程序控制器。连接完成后应仔细检查一遍，然后才可以加上电源。注意：本次实验只做微程序控制器本身的实验，故微程序控制器输

14、出的微命令信号与 执行部件（数据通路）的连线不连接。2.观察时序信号。用双踪示波器观测时序发生器的输入、输出信号： MF T1- T4、W- W3比较相位关系，画出其波形图，并标注出测量所得的脉冲宽度。观察时须将 DB DP开关置为0状态,然后按QD按钮。熟悉启停控制按钮的功能，并熟练使用这些控制按钮或开关。3.熟悉微指令格式的定义，按此定义将图所示的全部微程序变换成二进制代码，并 列表登记。此表请在预习时完成。4.控制台操作的功能由 SWC SWB SWA三个二进制开关的状态配合 P0判断来决定。 用单拍（DP方式执行控制台操作微程序，观察判别字段和微地址指示灯的显示， 跟踪微指令的执行情况

15、，并与上表数据对照。5.深刻理解0FH微指令的功能和 P1测试的状态条件（IR7 IR4 ），用二进制开关设 置IR7 IR4的不同状态，观察ADD至 OUT八条机器指令对应微程序的微命令信号， 特别是微地址转移的实现，并与上面表格进行对照。六、实验要求1.做好实验预习，掌握微程序控制器和时序发生器的工作原理。2.根据实验任务所提的要求，在预习时完成表格填写、数据和理论分析值。3.写出实验报告，内容是：（1） 实验目的。（2） 实验任务2的时序波形图和测量值。（3） 实验任务3的表格。七、实验步骤和实验结果（1）接线控制器CIR4IR5IR6IR7模拟开关K0K1K2K3K4时序电路TJSKI

16、P固定电平地地注意：接线表中的 TJ是时序电路中的TJ,不是控制器中的 TJ （该TJ由控制器产生， 不能接输入信号），千万不要接错。（2） 观察时序信号的波形置DP=0 DB=0先按CLR#按钮复位，再 QD按钮。则时序部分开始不停止地运行，直到按CLR#$钮为止。用双踪示波器观察 MF T1、T2、T3、T4、W1 W2 W3信号。观察的方法是同时观察两路信号，以便于比较相位。可按下述顺序进行观察： MF和T1，T1和T2，T2和T3，T3和T4，T1和W1, W1和W2 W2和W3根据观察的结果，可绘出波形图。mf JWWWWWWWLT1 T2 _j_| 口 ri 厂T3 门 T4 i

17、ri 厂 W1 J I W2 I W3 J | 图3.8 基本时序图MF的周期为2000毫秒，占空比为 50%（3） 控存代码表表 控存代码表微地址CM3CM2CM1CM00000000048010000000002034004030300004002040108000505000044040600800807070010041E080008200F09000884040A000880020B0008A41D0C0008A41E0D00800C0E0E000C041D0F0080089010000300181100030019120003001A130011801B140010801C1500

18、00110F160000140F170010140F189024100F196424100F1AB824100F1B0120100F1C0344100F1D0108000D1E010800061F0010200F(4)控制台操作微指令编码测试控制台微代码在 58C65的D0- D7输出，DO是最低位，D7是最高位，CMC是最低字节， CM3是最高字节。 DC D7对应于28C64的引脚11、12、13、15、16、17、18、19。对于控 存的输出，有相应的 32个指示灯指示。置DP = 1，DB =0,使实验系统处于单拍状态。置 SWC = 0、SWB = 0、SWA = 1,实验系统处于写

19、存储器 WRM工作模式。按 CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地址为 00H,测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为 09H,测得的微码是 00H 08H 84H 04H。按一次QD按钮，微地址为 04H,测得的微码是 01H 08H 00H 05H。按一次QD按钮，微 地址为05H,测得的微码是 00H 00H 44H 04H。按一次QD按钮，微地址为 04H。由于微地址 又返回04H,停止测试。置DP = 1，DB =0,使实验系统处于单拍状态。置 SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0,实验系统处于读存储器 RRMT作模式。按CLR#按钮，使实

20、验系统处于初始状态，微地址为 00H,测得的微码是00H 00H 00H 48H。按一次 QD按钮，微地址为 0AH,测得的微码是 00H 08H 80H 02H。按一次QD按钮，微地址为 02H,测得的微码是 03H 40H 04H 03H。按一次QD按钮，微 地址为03H,测得的微码是 00H 00H 40H 02H。按一次QD按钮，微地址为 02H。由于微地址 又返回02H,停止测试。置DP = 1，DB =0,使实验系统处于单拍状态。置 SWC = 0、SWB = 1、SWA = 1，实验系统处于写寄存器 WRF工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态， 微地址为00H,测 得

21、的微码是00H 00H 00H 48H。按一次 QD按钮，微地址为 0BH,测得的微码是 00H 08H 0A4H 1DH按一次QD按钮，微地址为1DH测得的微码是 01H 08H 00H 0DH按一次QD按钮，微 地址为0DH测得的微码是 00H 80H 0CH 0EH按一次QD按钮，微地址为0EH,测得的微 码是00H 0CH04H 1DH按一次QD按钮，微地址为1DH=由于微地址又返回 1DH停止测试。置DP = 1，DB =0,使实验系统处于单拍状态。置 SWC = 1、SWB = 0、SWA = 0,实验 系统处于读寄存器工作模式。 按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态， 微地址为

22、00H,测得 的微码是00H 00H 00H 48H。按一次QD按钮，微地址为0CH,测得的微码是 00H 08H 0A4H1EHo 按一次QD按钮，微地址为1EH,测得的微码是 01H 08H 00H 06H。按一次QD按钮，微地址 为06H,测得的微码是 OOH 80H 08H 07H。按一次QD按钮，微地址为 07H,测得的微码是 00H 10H 04H 1EH。按一次QD按钮，微地址为1EHo由于微地址又返回 1EH停止测试。置DP = 1，DB =0,使实验系统处于单拍状态。置 SWC=0 SWB = 0、SWA = 0,实验系统处于PR工作模式。按 CLR#按钮，使实验系统处于初始

23、状态，微地址为 00耳按一次 QD按钮，微地址为 08H,测得的微码是 00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址为 0FH测 得的微码是00H 80H 08H 90H。由于以后的微码与机器指令有关，停止测试。 深刻理解0FH微指令的功能和 P1测试的状态条件(IR7 IR4)，用二进制开关设置IR7 -IR4的不同状态，观察 ADD至 OUT八条机器指令对应微程序的微命令信号，特别是微地址 转移的实现。0FH微指令的功能是根据程序计数器 PC从存储器取指令，送往指令寄存器IRo 0FH微指 令的下一微指令地址是 10H。不过，10H只是一个表面的下一微地址，由于该微指令中 P1

24、=1，因此实际的微指令地址的低 4位要根据 IR7IR4 确定，实际微地址为 10H + IR7 IR6 IR5 IR4o1. 置DP = 1，DB =0,使实验系统处于单拍状态。选择 SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0,按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态， 微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H,微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH,微代码为00H 80H 08H 90H。 令 K4 (IR7) = 0，K3 (IR6) =0，K2 (IR5 ) = 0，K1 (IR4) = 0，相当于 ADD指令的操 作码。按一次 QD按钮，微

25、地址变为 10H,微代码是00H 03H 00H 18H。按一次QD按钮， 微地址变为18H,微代码是90H 24H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到 0FHo2. 置DP = 1，DB =0,使实验系统处于单拍状态。选择 SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0,按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态， 微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H,微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH,微代码为00H 80H 08H 90H。 令 K4 (IR7) = 0, K3 (IR6) =0, K2 (IR5 ) = 0, K1 (IR4) =

26、1,相当于 SUB指令的操 作码。按一次 QD按钮，微地址变为 11H,微代码是00H 03H 00H 19H。按一次QD按钮， 微地址变为19H,微代码是64H 24H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到 0FHo3. 置DP = 1 , DB =0,使实验系统处于单拍状态。选择 SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0,按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态， 微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H,微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH,微代码为00H 80H 08H 90H。 令 K4 (IR7) = 0, K3 (IR6) =

27、0, K2 (IR5 ) = 1, K1 (IR4) = 0,相当于 AND指令的操 作码。按一次 QD按钮，微地址变为 12H,微代码是00H 03H 00H 1AH。按一次QD按钮， 微地址变为1AH,微代码是0B8H 24H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到 0FH。4. 置DP = 1 , DB =0,使实验系统处于单拍状态。选择 SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0,按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态， 微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H,微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH,微代码为00H 80H 08H 9

28、0H。 令 K4 (IR7) = 0, K3 (IR6) =0, K2 (IR5 ) = 1, K1 (IR4) = 1,相当于 STA指令的操 作码。按一次 QD按钮，微地址变为 13H,微代码是00H 11H 80H 1BH。按一次QD按钮， 微地址变为1BH,微代码是01H 20H 10H 0FH。按一次QD按钮，微地址回到 0FHo5. 置DP = 1 , DB =0,使实验系统处于单拍状态。选择 SWC = 0、SWB = 0、SWA = 0,按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态， 微地址是00H。按一次QD按钮，微地址变为08H,微代码为00H 08H 20H 0FH。按一次QD按钮，微地址变为0FH,微代码为00H 80H 08H 90H。 令 K4 (IR7) = 0, K3 (IR6) =1, K2 (IR5 ) = 0, K1 (IR4) = 0,相当于 LDA指令的操 作码。按一次 QD按钮，微地址变为 14H,微代码是00H 10H 80H 1CH。按一次QD按钮，微地址变为1CH微代码是03H 44H 10H 0FH。按一次QD按