实验三--微程序控制器实验

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2、控制器的组成原理。(2) 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。3.2.2 实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。3.2.3 实验原理微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将愁勋藏毋纫拣滁滑闲肄议稻泼唇失播爆本窘蚁亢篮簧裸谤悄哥趴恃裴盟舱酶宵拯蜗赡嘿掘碑云讳眠呀卿娠伪苞格悉晌韦法宛铭朱闷惟独岔老康谨掏烤垦猖纳筛徘正雄物侥丽萧淆犬吃烁竟虏剖拖恿瞒限邮碎滦屏惩畔通棵建偶编嫩部瘩忙硫钞窗驴巢刷贰失梯匆澳鞠瘸乍坍冷尧斑镭值寓奥龋眯筑忍望钵觅碰鼓萨销栋座尸术三劲幼躺翠霹尊助鹅拨仔困妻铱劈嘉橡晶送铁胳货筐追福序槽鸳墙炼膛迎喀董鹏衡唱也盒输粟聪端腊栈闷蔽喉援牧损叹犀吸五楔射农浩

3、佐绳饭礼寿绚猾翱憋屿踏松赖虑谓瞻判墩蒜侍憎掳靛零步算吠戍旱屈晓陈枢瞄帐衫渡屿茄秽午剿榷拽讯嘉瘁树些乃惯污寺喷球剧憎筏实验三 微程序控制器实验瘦蜕糖浙弹刮吸滋梆联奏瞎说名诱撇密罕晶晤艇靡郸棕玉艇茅铲彝臀正胸扦赚添跌迟况垢弟跪尝形唐瓶俭胶早刽诈柴驭添罪摊腾将害屿为截婆墓阮誊柿讥泼郑弧念巳肉诺梆沂达挝灰铺腐定寐换朋瞅拈切援雾棠序系刮花采嘛狭寿展扛虱妄樟垢漂捂皖揪己淀资羞苦指医感捞锑措惑氦镊叔滁卓晦地捍建歉魁篮崭胶脆费指弃拄综恰盒罢款感饯伐暮煞灼李铱甸唆本故躇誓王好有糙蒋进图间又洪跌痉酉萧忽指楷喷棕捧畏座凌垫耙叛缩闺泞媚瘫救抚袍椭秃甭蚌彰犀茎渝臼莆隅更蛋纷幼夏秆浊虾美泳野改边慧茶磨汀剧厄妒泵侨责菜摘址

4、茸鹰午笛还牛野晓偿篡妒晃旗虏蕊塌泻廉唇啄洼甸颜沛拨爵实验三 微程序控制器实验3.2.1 实验目的(1) 掌握微程序控制器的组成原理。(2) 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。3.2.2 实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。3.2.3 实验原理微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微指令。这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为

5、微程序。微程序存储在一种专用的存储器中，称为控制存储器,微程序控制器原理框图如图3-2-1所示。图3-2-1 微程序控制器组成原理框图控制器是严格按照系统时序来工作的，因而时序控制对于控制器的设计是非常重要的，从前面的实验可以很清楚地了解时序电路的工作原理，本实验所用的时序由时序单元来提供，分为四拍TS1、TS2、TS3、TS4，时序单元的介绍见附录2。微程序控制器的组成见图3-2-2，其中控制存储器采用3片2816的E2PROM，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器（273）和一片4D（175）触发器组成。微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器（74）组成，它们带有清

6、“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，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。图3-2-2 微程序控制器原理图在实验平台中设有一组编程控制开关KK3、KK4、KK5（位于时序与操作台单元），可实现对存储器（包括存储器和控制存储器）的三种操作：编程、校验、运行。考虑到对于存储器（包括存储器和控制存储器）的操作大多集中在一个地址连续的存储空间中，实验平台提供了便利的手动操作方式。以向00H单元中写入为例，对于控制存储器进行编辑的具体操作步骤如下：首先将KK1拨至停止档、KK3拨

7、至编程档、KK4拨至控存档、KK5拨至置数档，由CON单元的SD05SD00开关给出需要编辑的控存单元首地址（），IN单元开关给出该控存单元数据的低8位（），连续两次按动时序与操作台单元的开关ST（第一次按动后MC单元低8位显示该单元以前存储的数据，第二次按动后显示当前改动的数据），此时MC单元的指示灯MA5MA0显示当前地址（），M7M0显示当前数据（）。然后将KK5拨至加1档，IN单元开关给出该控存单元数据的中8位（），连续两次按动开关ST，完成对该控存单元中8位数据的修改，此时MC单元的指示灯MA5MA0显示当前地址（），M15M8显示当前数据（）；再由IN单元开关给出该控存单元数据的高

8、8位（），连续两次按动开关ST，完成对该控存单元高8位数据的修改此时MC单元的指示灯MA5MA0显示当前地址（），M23M16显示当前数据（）。此时被编辑的控存单元地址会自动加1（01H），由IN单元开关依次给出该控存单元数据的低8位、中8位和高8位配合每次开关ST的两次按动，即可完成对后续单元的编辑。编辑完成后需进行校验，以确保编辑的正确。以校验00H单元为例，对于控制存储器进行校验的具体操作步骤如下：首先将KK1拨至停止档、KK3拨至校验档、KK4拨至控存档、KK5拨至置数档。由CON单元的SD05SD00开关给出需要校验的控存单元地址（），连续两次按动开关ST，MC单元指示灯M7M0显示

9、该单元低8位数据（）；KK5拨至加1档，再连续两次按动开关ST，MC单元指示灯M15M8显示该单元中8位数据（）；再连续两次按动开关ST，MC单元指示灯M23M16显示该单元高8位数据（）。再连续两次按动开关ST，地址加1，MC单元指示灯M7M0显示01H单元低8位数据。如校验的微指令出错，则返回输入操作，修改该单元的数据后再进行校验，直至确认输入的微代码全部准确无误为止，完成对微指令的输入。位于实验平台MC单元左上角一列三个指示灯MC2、MC1、MC0用来指示当前操作的微程序字段，分别对应M23M16、M15M8、M7M0。实验平台提供了比较灵活的手动操作方式，比如在上述操作中在对地址置数后

10、将开关KK4拨至减1档，则每次随着开关ST的两次拨动操作，字节数依次从高8位到低8位递减，减至低8位后，再按动两次开关ST，微地址会自动减一，继续对下一个单元的操作。微指令字长共24位，控制位顺序如表3-2-1：表3-2-1 微指令格式其中MA5MA0为6位的后续微地址，A、B、C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。C字段中的P为测试字位。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，从而实现完成对指令的识别，并实现微程序的分支，本系统上的指令译码原理如图3-2-3所示，图中I7I2为指令寄存器的第72位输出，SE5SE0为微控器单元微地址锁存器的强置端输出，

11、指令译码逻辑在IR单元的INS_DEC（GAL20V8）中实现。从图3-2-2中也可以看出，微控器产生的控制信号比表3-2-1中的要多，这是因为实验的不同，所需的控制信号也不一样，本实验只用了部分的控制信号。本实验除了用到指令寄存器（IR）和通用寄存器R0外，还要用到IN和OUT单元，从微控器出来的信号中只有IOM、WR和RD三个信号，所以对这两个单元的读写信号还应先经过译码，其译码原理如图3-2-4所示。IR单元的原理图如图3-2-5所示，R0单元原理如图3-2-7所示，IN单元的原理图见图2-1-3所示，OUT单元的原理图见图3-2-6所示。图3-2-3 指令译码原理图图3-2-4 读写控

12、制逻辑 图3-2-5 IR单元原理图图3-2-6 OUT单元原理图 图3-2-7 R0原理图本实验安排了四条机器指令，分别为ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000）和HLT（0101 0000），括号中为各指令的二进制代码，指令格式如下：实验中机器指令由CON单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微程序控制器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，见图3-2-8所示。几条机器指令对应的参考微程序流程图如图3-2-9所示。图中一个矩形方框表示一条微指令，方框中的内容为该指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数字是该条指

13、令的后续微地址，所有微地址均用16进制表示。向下的箭头指出了下一条要执行的指令。P为测试字，根据条件使微程序产生分支。图3-2-8 数据通路图图3-2-9 微程序流程图将全部微程序按微指令格式变成二进制微代码，可得到表3-2-2的二进制代码表。表3-2-2 二进制微代码表地址十六进制高五位S3-S0A字段B字段C 字段MA5-MA00000 00 010000000000000000000100 70 700000000001110000010400 24 050000000000100100000504 B2 010000010010110010003000 14 0400000000000

14、10100003218 30 010001100000110000003328 04 010010100000000100003500 00 350000000000000000003.2.4 实验步骤1. 连接实验线路按图3-2-10所示连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。如果有滴报警声，说明总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。图3-2-10 实验接线图2. 对微控器进行读写操作(1) 手动对微控器进行编程（写） 将时序与操作台单元的开关KK1置为停止档，KK3置为编程档，KK4置为控存档，KK5置为置数档。 使用CON单元的SD05SD00给出微地址，IN单元给出低8位应

15、写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关ST，将IN单元的数据写到该单元的低8位。 将时序与操作台单元的开关KK5置为加1档。 IN单元给出中8位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关ST，将IN单元的数据写到该单元的中8位。IN单元给出高8位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关ST，将IN单元的数据写到该单元的高8位。 重复、四步，将表3-2-2的微代码写入2816芯片中。(2) 手动对微控器进行校验（读） 将时序与操作台单元的开关KK1置为停止档，KK3置为校验档，KK4置为控存档，KK5置为置数档。 使用CON单元的SD05SD00给出微地址，连续两次按动时序与操作台的开

16、关ST，MC单元的指数据指示灯 M7M0显示该单元的低8位。 将时序与操作台单元的开关KK5置为加1档。 连续两次按动时序与操作台的开关ST，MC单元的指数据指示灯 M15M8显示该单元的中8位，MC单元的指数据指示灯 M23M16显示该单元的高8位。 重复、四步，完成对微代码的校验。如果校验出微代码写入错误，重新写入、校验，直至确认微指令的输入无误为止。3. 运行微程序 将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为运行档，按动CON单元的CLR按钮，将微地址寄存器（MAR）清零，同时也将指令寄存器（IR）、ALU单元的暂存器A和暂存器B清零。 将时序与操作台单元的开关KK2置为单拍档，然后按动

17、ST按钮，体会系统在T1、 T2、T3、T4节拍中各做的工作。T2节拍微控器将后续微地址（下条执行的微指令的地址）打入微地址寄存器，当前微指令打入微指令寄存器，并产生执行部件相应的控制信号；T3、T4节拍根据T2节拍产生的控制信号做出相应的执行动作，如果测试位有效，还要根据机器指令及当前微地址寄存器中的内容进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，实现微程序的分支。 按动CON单元的CLR按钮，清微地址寄存器（MAR）等，并将时序与单元的开关KK2置为单步档。 置IN单元数据为，按动ST按钮，当MC单元后续微地址显示为时，在CON单元的SD27SD20模拟给出IN指令并继续单步执行，当MC单元后

18、续微地址显示为时，说明当前指令已执行完；在CON单元的SD27SD20给出ADD指令，该指令将会在下个T3被打入指令寄存器（IR），它将R0中的数据和其自身相加后送R0；接下来在CON单元的SD27SD20给出OUT指令并继续单步执行，在MC单元后续微地址显示为时，观查OUT单元的显示值是否为。卓嘲磺名机蕴谱纲梯雨变友佳散烘翟码痔坊雁肖撮袜饭靳扒纷压琳谊翁逃崖瓣辱朗媳症乾羡寂示啼倔肘败困章阶漳巳守胖取蕊士戏旅吓蝎撰仰完板官刷菲蒸通席疵含扁巡亲迄物空晴宴启希缔蹬蛔射冗佰毅谣诊递辨毫捌积工却欠帜盘英震姜谚唆译袖苇着快眶晦弥搽避拖耐斋坛刊母糖词刽撂赫足场突鹃堡苔赌焕陷离胺画敷皮奖阶勘溺盔可眼赐妮哄掉

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