七微程序控制器的实现

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1、实验七 微程序控制器的实现实验一、实验目的和要求1、掌握时序信号发生电路组成原理。2、掌握微程序控制器的设计思想和组成原理。3、掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。二、实验内容1、实验原理实验所用的时序电路原理如图 7-1 所示，可产生 4 个等间隔的时序信号 TS1TS4,其中SP为时钟信号，由实验机上时钟源提供，可产生频率及脉宽 可调的方波信号。学生可根据实验要求自行选择方波信号的频率及脉宽。为 了便于控制程序的运行，时序电路发生器设计了一个启停控制触发器 UN1B， 使 TS1TS4 信号输出可控。图中“运行方式”、“运行控制”、“启动运行” 三个信号分别是来自实验机上三个开关.当

2、“运行控制开关置为“运行，“运 行方式”开关置为“连续”时，一旦按下“启动运行”开关，运行触发器 UN1B的输出QT 一直处于“1”状态，因此时序信号TS1TS4将周而复始 地发送出去；当“运行控制”开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“单 步”时，一旦按下“启动运行”开关，机器便处于单步运行状态，即此时只发 送一个 CPU 周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只运行一条微指 令，停机后可以观察微指令的代码和当前微指令的执行结果。另外，当实验 机连续运行时，如果“运行方式”开关置“单步”位置，也会使实验机停机。 2、 微程序控制电路与微指令格式 微程序控制电路微程序控制器的组成见图72,

3、其中控制存储器采用3片E2PR0M 2816 芯片，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器74LS273 (U23、U24)和一片4D触发器74LS175 (U27)组成。微地址寄存器6位， 用三片正沿触发的双D触发器74LS74 (U14U16)组成，它们带有清“0” 端和预置端。在不进行判别测试的情况下， T2 时刻打入微地址寄存器的内 容即为下一条微指令地址。当 T4 时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件 后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改.在本实验电路中设有一个编程开关，它具有三种状态：写入、读出、运行. 当处于“写”状态时，学生可根据微地

4、址和微指令格式将微指令二进制代码 写入到控制存储器2816中.当处于“读”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行 状态时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微 程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门(U12),目的是隔离触发 器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。 微指令格式微指令长共 24 位，其控制位顺序如下：151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDARA字段121110选择000001RSB010RDB011RIB100299

5、B101ALUB110PCBB字段121110选择000001P (1)010p011P(3)100P(4)101AR110LDPCC字段表 7-1 微指令控制位顺序24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCNWEBlB0ABCUA5UA4UIA3UA2UA1UA0其中UA5UA0为6位的后续微地址，A、B、C三个译码字段，分别由 三组译码控制电路译码产生各控制信号。C字段中的P (1)P (4)是四个 测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码,使微程序转入相应 的微地址入口,从而实现微程序的顺序、分支、循环运行,其

6、原理如图7-3所示, 图中1712为指令寄存器的第72位输出，SE5SE1为微控器单元微地址 锁存器的强置端输出。 AR 为算术运算是否影响进位及判零标志控制位,低电 平有效。B字段中的RSB、RDB、RIB分别为源寄存器选通信号、目的寄存 器选通信号及变址寄存器选通信号 ,其功能是根据机器指令来进行三个工作 寄存器RO、R1及R2的选通译码，其原理如图7-4，图中1014为指令寄存 器的第04 位, LDRI为 打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。(3) 机器指令的微程序设计 设计五条机器指令：外设输入指令IN;二进制加法指令ADD ADDR；存数指令STA ADDR ；输出到外设指令OU

7、T ADDR；无条件转移指令JMP ADDR。 根据机器指令画出对应的微程序流程图，如图75所示：图 7-5 微程序流程图 根据微程序流程图设计微指令，并按微指令格式转换成二进制代码， 如表72所示。(4) 实验步骤实验接线跳线器J20、J21连上短路片；跳线器J16上SP连H23； UJ1 连 UJ2. 仔细查线无误后接通电源 读写微程序写微程序A. “编程开关”置为“写入”状态。B. “运行控制开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“单步”状态。C. 用二进制模拟开关UA0UA5置6位微地址，UA0UA5的电平由LK0LK5 显示,高电平点亮，低电平熄灭。D. 用二进制模拟开关MK1MK2

8、4置24位微代码，24位微代码由 LMD1LMD24显示灯显示，高电平亮，低电平灭。E. 按动“启动运行”开关，启动时序电路，即可将微代码写入到E2PROM 2816 的相应地址单元中。F. 重复C-E步骤，将表7 8的微代码全部写入E2PROM 2816中。表 7-2 二进制微代码表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0ABCUA5UA00 00 0 0 0 0 1 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 00 20 0 0 0 0 1 0 0 11 0 00 0

9、 00 0 10 0 1 0 0 00 30 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 40 0 0 0 0 1 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10 50 0 0 0 0 1 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 610 0 10 10 110 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 10 70 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 10 80000010000 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 10 90 0 0 0 0 1 0 1

10、 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 10 A0 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 10 B0 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 00 C0 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 00 D0 0 0 0 0 1 0 0 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 10 E0 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 10 F0 0 0 0 0 1 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1

11、 0 11 00 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 01 10 0 0 0 0 1 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 01 20 0 0 0 0 1 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 11 30 0 0 0 0 1 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 11 40 0 0 0 0 1 0 0 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0读微程序A。将“编程开关”设置为“读状态。B。 “运行控制开关置为“运行”，“运行方式”开关置为“单步”状态。C。用二进制模拟开关

12、UA0UA5 置 6 位微地址。D。按动“启动运行”开关，启动时序电路，读出微代码 ，观察显示灯LMD1LMD24的状态，检查读出的微代码是否与写入的相同，如果不同， 则将“编程开关”置为“写入”状态。重新执行写微程序即可。单步运行A. “编程开关”置于“运行状态。B. “运行控制”开关置为“运行，“运行方式开关置为“单步状态。C. 系统总清，即“总清开关拨0-1。使微地址寄存器U14U16清 零，从而明确本机的运行入口微地址为000000（二进制）。D. 按动“启动运行”开关启动时序电路，则每按动一次,读出一条微指 令后停机，此时实验机上的微地址显示灯和微程序显示灯将显示所读出的一 条指令。

13、注意：在当前条件下，可将6芯排座“JSE1”和“UJ2”相连，可通过 强置端SE1SE6人为设置微地址，从而改变下一条微指令的地址。设置方 法如下：先将微地址开关置“ 1”，再将UJ1上的排线换插到“JSE1”，然后 将某个或几个二进制开关置为“0”，相应的微地址位即被强置为“1，从而改 变下一条微指令的地址。连续运行A. 将“编程开关置为“运行”状态。B. “运行控制”开关置为“运行”，“运行方式开关置为“连续”状态。C. 系统总清，即“总清”开关拨0-1。使微地址寄存器U14U16清 零，从而明确本机的运行入口微地址为000000（二进制）。D. 按动“启动运行”开关，启动时序电路，则可连

14、续读出微指令.3、思考题（1）根据图 72的微程序控制器组成图，分析其工作原理。（2）根据实验 中所设计的微指令格式，指出哪几位是操作控制字段和顺 序控制字段？微指令采用的是什么编码方式和后继地址形成方法？（3）根据微程序流程图，写出这 5 条机器指令实现的功能.（4）分析加法指令的微程序。（5）根据微指令格式设计一段减法指令 SUB ADDR 的微程序，减法指 令的功能是R0 ADDR R0 。4、实验电路图71 5SHWkl_s .LL:區nyi”.丄创-林i.-a：3ISsid yi 乂一UM斗肓*1巧“Qr：.*/rWhE w hTPUIIKElQiK Da* 申l cei 欣fitr

15、x車 apCIXlUSTm0：PiEM7TAR1JIini1.3 二半睥s-i-加Ylc 和nTJ-nTIAveEIC1E1图7-2微程序控制器组成图74LS04V410瓦14UN74Lii55SE5SE4SEiI.1.AOIY0Al1Y21C1G1Y32Y0英212C2Y22Y3MLDRJ 2 J，图7-3逻辑译码电路J1374LSO4UN3/MLLR1LDKOLLDROri* TMCRSRUN6A74108UN5C741 .SO?S LDROK6 LUK3K45LDRIK5674LS0474L504RIB121074L50SI Ad* 74LSO0XJ4L5O4UN3E-UN4C 826T+卿2oP-H)汀P AOl0AlIY1 IY21CIY31G2Y0M2Y1xr2Y2t2Y3LN2 74LSI55X5：.7:wiLL.-.nT13.DR2K图7-4逻辑译码电路JULK加KUB .MCSSBR2B