微控制器实验

1、南京晓庄学院信息工程学院计算机组成原理课程实 验 报 告实验名称：微控制器实验年级专业班级：14 级 计算机 专业专本1 班 班级学号： 14131521 姓名：殷宇翔学号：姓名：时间： 2016年 12月 3 日实验目的、要求： TOC o 1-5 h z 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、实验仪器设备、器件及环境：仪器设备名称规格型号编号备注计算机组成原理系统DWCC-C8JH20112055 TOC o 1-5 h z 三、实验方法、原理：实验 所用的时序电路原理如图2.6.1 所示 ,可 产生

2、 4 个等间 隔的时 序 信号 TS1 TS4 ，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 TS1 TS4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 “ 运 行 控 制 ” 开 关 置为 “ 运 行 ”， “ 运 行 方 式 ” 开 关 置

3、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 TS1 TS4 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

4、，如果“运行方 式”开 关置“单 步”位置，也会使实 验机停 机。（ 1 ） 微程序控制电路微程 序控制 器的组 成如图 2.6.2， 其中控制存储器采用3 片 E2PROM 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 （ U14 U16 ）组 成，它们带有清“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T424232

5、221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEB1B0ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0A 字段151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR121110选择000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-BB 字段987选择000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPCC 字段刻 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

6、置 端将 某 一 触 发“1 ”状 态，完成地址修改。在该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。当于 “ 写 ” 状 态 时 ， 学生根 据 微 地 址 和 微 指 令格式 将 微 指 令 二 进 制 代码写 入 到 控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证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行” 状态时，只要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，增加抗干扰用来驱动微地址显示灯。2）微指令格式微指令长共24 位 ，其控制位顺序如下

7、：表 2.6.1 控制位顺序 TOC o 1-5 h z 其中UA5UA0为 6 位的后续微地址 ， A、 B、 C 三个译 码字段 ，由 三 组译码控制产生各 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 现顺序、分支、循环运行，其原理如 图 2.6.3 所示，图中I7 I2 为指令寄存72位输出，SE5SE1为微器单 元 微地址锁存器的强置 端输。AR 为算术运算是否 影响 进位判零标志控制位，低电平有效。B 字段中的RSB、 RD

8、B、 RIB分别为 源存器选通信号、目的寄存器选通号及变址寄存器选通信号，其功是根据机器指令来进行三个工作R0、 R1及 R2 的 选通译码，其原 理如 图 2.6.4，图中 I0 I4 为 指 令寄存器的0 4 位，LDRI 为 打 入工作寄存器信 号的译 码器使能控制位2.6.5 微程序流程图2.6.6。根 据机器指令画出对应的微程序流 程图， 如 图 2.6.5 所 示 ；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2.6.2 所示。表 2.6.2 二进制微代码 表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0ABCUA5 UA0000 0 0 0 0 1

9、0 110 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 1 0 111 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 1 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 1 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 1 0 110 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0 1 0 110 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1070

10、 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1080 0 0 0 0 1 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1090 0 0 0 0 1 0 111 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 10 A0 0 0 0 0 1 0 111 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 10B0 0 0 0 0 1 0 111 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 00C0 0 0 0 0 1 0 111 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 00D0 0 0 0 0 1 0 0 10 0 00 0 10 0 00

11、0 0 0 0 10E0 0 0 0 0 1 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 10F0 0 0 0 0 1 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1100 0 0 0 0 1 0 111 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0110 0 0 0 0 1 0 111 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0120 0 0 0 0 1 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1130 0 0 0 0 1 0 110 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1140 0 0 0 0 1 0 0 00 1 0

12、0 0 00 0 00 1 1 0 0 0150 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1160 0 0 0 0 1 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 11 70 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0180 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1连 接实验 线路， 仔细查线无误后 接通电 源。观 测时序 信号用双 踪示波器（或用PC 示波器功能）观 察方波信号源的 输出。 方法如下：将“运行控 制”开关 置为“运行”、 “运 行方式”开关

13、置为“连续” 。按动“启动运行 ”开关，从示波器 上可观 察到 TS1 （ J20） 、 TS2（ J21 ） 、 TS3（ J22） 、 TS4 （ J23）各点 的 波 形 ， 比 较 它 们 的相 互 关 系 ， 画 出 其 波 形， 并 标 注 测 量 所 得 的 脉冲 宽 度 ， 如2.6.6 方波信号源的 时序图进 一步了解微程序控制器的工作 原理写微程序“编程开关”置为“写入 ”状态 。“运行控制”开关置为“运行” ， “运行 方式”开 关置为 “单步 ” 状态。用二进 制模拟 开 关 UA0 UA5 置 6 位微地址，UA0 UA5 的电平由LK0 LK5 显示， 高电平 亮，

14、 低电平灭。用二进 制模拟 开 关 MK1 MK24 置 24 位微代码， 24 位 微代码 由 LMD1 LMD24 显示 灯显示 ，高 电平亮，低电平 灭。按动“启动运行”开关，启动 时序电 路，即可将微代码写 入到E 2PROM 2816的相应地址单元 中。F . 重复C E 步 骤 ，将表 3 5 的 微代码 全部写入E2PROM 2816 中。读微程序将“编程开关”设置为“读”状 态。“运行控制”开关置为“运行” ， “运行 方式”开 关置为 “单步 ”状态。用二进制模拟开关UA0 UA5 置 6 位微地址。按动“启动运行”开关，启动 时序电 路 ，读出 微代码 ，观 察显 示灯 L

15、MD1 LMD24 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 。重新执行即 可。单步 运行“编程开关”置于“运行 ”状态 。“运行控制”开关置为“运行” ， “运行 方式”开 关置为 “单步 ”状态。系统总 清，即“总清”开 关拨0 1 。使 微地址寄存器 U14 U16 清零，从而明确本机的运 行入口 微地址为000000 （ 二进 制） 。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

16、的一 条 指 令 。 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 SE1 SE6 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。连续运行将“编程开关”置为“运 行”状 态。“运行控制”开关置为“运行” ， “运行 方式”开 关置为 “连续 ”状态。系统总 清，即“总清”开 关拨0 1 。使 微地址寄存器 U14 U16 清零，

17、从而明确本机的运 行入口微地址为000000 （ 二进 制） 。按 动“启动运行”开关，启动 时序电 路 ，则可连续读出 微指令 。五、实验现象、结果： TOC o 1-5 h z 单步运行结果：01000000100102001011122010000270100000010010200101112201000027连续运行：发现几乎所有的 LED 都在不停地闪烁 ，无规 律 ，说明 输入的 程序转 化 为指令正在被执行。六、实验体会本次实验难度较高，而且实验量大，所以首先预习工作要做好，否则很难按 时按要求完成实验。实验分两部分进行，前面部分是微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程。在这过程中，难点就是要掌握如何通过强制端设置分支地址，在实验过程中，不知道是因为接线的问题还是仪器的问题一度不能成功，录入了数据但是跳转不到要去的地方。我们以为是输入数据时 出 错 ， 重 新 输 了 好 多 遍， 但 是 都 还 是 一 样 的 结果 。 经 过 请 教 同 学 的 帮助 之 后 终 于得出了正确的 结果。后半部 分 就是