微程序控制器实验

微程序控制器实验一、实验目的．掌握时序发生器的构成原理。．掌握微程序控制器的构成原理。二、实验内容．实验电路（1）时序发生器电路本实验所用的时序电路见图4.1。电路由一个500KHz晶振、2片GAL22V10、一片74LS390构成，可产生两级等间隔时序信号T1-T4、W1-W3，此中一个W由一轮T1-T4构成，相当于一个微指令周期或硬连线控制器的一拍，而一轮W1-W3能够履行硬连线控制器的一条机器指令。此外，供数字逻辑实验使用的时钟由MF经一片74LS390分频后产生。图4.1时序信号发生器（2）微程序控制器电路图4.2微程序控制器电路微地点转移逻辑表达式:A5＝D5＝μA5；A4＝D4＝C?P2+μA4；A3＝D3＝IR7?P1+μA3；A2＝D2＝IR6?P1+SWC?P0+μA2；A1＝D1＝IR5?P1+SWB?P0+μA1；A0＝D0＝IR4?P1+SWA?P0+μA0。．一些重点技术（1）微指令格式图4.3微指令格式（2）指令功能与格式名称助记符加法ADDRd,Rs减法SUBRd,Rs逻辑ANDRd,Rs与存数STARd,[Rs]取数LDARd,[Rs]条件JCR3转移停机STP输出OUTRs

表4－1指令功能与格式功能指令格式IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0Rd+Rs→Rd0000Rs1Rs0Rd1Rd0Rd-Rs→Rd0001Rs1Rs0Rd1Rd0Rd&Rs→Rd0010Rs1Rs0Rd1Rd0Rd→[Rs]0011Rs1Rs0Rd1Rd0[Rs]→Rd0100Rs1Rs0Rd1Rd0若C＝1，则010111××R3→PC暂停履行0110××××Rs→DBUS0111Rs1Rs0××（3）上述8条指令的微程序流程图如图4.4所示图4.4微程序流程图（4）微程序代码表表4-2微程序代码表微指令KTRRFWRFRRMWRMPR目前微地点000C1E06070B1D0D0E0A0203090405080F下一微地点081E06071E1D0D0E1D0203020405040F10P01................P1................1P2.................备用.................TJ.1...1..LDIR...1...1........1PC+1.................LDPC#.1...1.........1AR+1...........1..1..LDAR#.1...1...1..1....LDDR1.................LDDR2.................LDRi........1........SW_BUS#.11..11.11..11.1.RS_BUS#....1............ALU_BUS#.................RAM_BUS#..........1......CER#...1...1........1CEL#..1...1...1..1...LR/W#..0...0...1..0...Cn#.................M.................S0.................S1.................S2.................S3.................表4-2微程序代码表(续)微指令ADDSUBANDSTALDAJCSTPOUT目前微地点17下一微地点180F190F1A0F1B0F1C0F0F0F0F0FP0..............P1..............P2..........1...备用..............TJ............11LDIR..............PC+.1.11.11LDPC#...........1..AR+1..............LDAR#.....1.1.....LDDR.......LDDR21.1.1.........LDRi.1.1.1...1....SW_BUS#..............RS_BUS#......1.1..1.1ALU_BUS#.......RAM_BUS#.........1....CER#..............CEL#.......1.1....LR/W#......0.1....Cn#...1..........M.......S.0......S.0......S.0......S.0......注：后缀为＃的信号都是低电平有效信号，为了在控存ROM顶用“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。．实验任务1）按实验要求，连结实验台的电平开关K0－K15、时钟信号源和微程序控制器。连结达成后应认真检查一遍，而后才能够加上电源。注意：本次实验只做微程序控制器自己的实验，故微程序控制器输出的微命令信号与履行零件（数据通路）的连线不连结。（2）察看时序信号用双踪示波器观察时序发生器的输入、输出信号：MF、T1－T4、W1－W3。比较相位关系，画出其波形图，并标明出丈量所得的脉冲频次（f）、周期(T)及脉宽tp）。察看时须将DB、DP开关置为0状态。先按CLR#，而后按QD按钮，则时序电路不断地在运转，直到按CLR#按钮为止。3）熟习微指令格式的定义，按此定义将图4.4所示的所有微程序变换成二进制代码，并列表登记。此表请在预习时达成。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）方式履行控制台操作微程序，察看鉴别字段和微地点指示灯的显示，追踪微指令的履行状况，并与上表数据比较。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的不一样状态，察看ADD至OUT八条机器指令对应微程序的微命令信号，特别是微地点转移的实现，并与上边表格进行比较。三、实验环境软件：WINXP、串口调试助手软件硬件：1．微机1台2．ＴＥＣ－５实验系统1台3．数字双踪示波器1台4．逻辑测试笔1支5．编程器公用四、实验步骤和实验结果．察看时序信号波形（1）接线表时序电路TJSKIP固定电平川地注意：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，不可以接输入信号），牢记勿接错。（2）时序信号的波形以下所示：按次序挨次是M,T1：T2，T3：T4，W1：W2，W3：．控制台操作微指令编码测试接线表以下：控制器CIR4IR5IR6IR7模拟开K0K1K2K3K4关时序电路TJSKIP固定电平川地控制台微代码在58C65的D0—D7输出，D0是最低位，D7是最高位，CM0是最低字节，CM3是最高字节。D0—D7对应于58C65的引脚11、12、13、15、16、17、18、19。关于控存的输出，有相应的32个指示灯指示。（1）写储存器WRM工作模式置DP=1，DB=0，使实验系统处于单拍状态。置SWC=0、SWB=0、SWA=1，实验系统处于写储存器WRM工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地点为00H，测得的微码是00H00H00H48H。按一次QD按钮，微地点为09H，测得的微码是00H08H84H04H。按一次QD按钮，微地点为04H，测得的微码是01H08H00H05H。按一次QD按钮，微地点为05H，测得的微码是00H00H44H04H。按一次QD按钮，微地点为04H。因为微地点又返回04H，停止测试。（2）读储存器RRM工作模式置DP=1，DB=0，使实验系统处于单拍状态。置SWC=0、SWB=1、SWA=0，实验系统处于读储存器RRM工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地点为00H,测得的微码是00H00H00H48H。按一次QD按钮，微地点为0AH，测得的微码是00H08H80H02H。按一次QD按钮，微地点为02H，测得的微码是03H40H04H03H。按一次QD按钮，微地点为03H，测得的微码是00H00H40H02H。按一次QD按钮，微地点为02H。因为微地点又返回02H，停止测试。（3）写存放器WRF工作模式置DP=1，DB=0，使实验系统处于单拍状态。置SWC=0SWA=1，实验系统处于写存放器WRF工作模式。按CLR#初始状态，微地点为00H,测得的微码是00H00H00H48H

、SWB=1、按钮，使实验系统处于。按一次QD按钮，微地点为

0BH，测得的微码是

00H08HA4H1DH

。按一次

QD

按钮，微地点为1DH，测得的微码是01H08H00H0DH。按一次QD按钮，微地点为0DH，测得的微码是00H80H0CH0EH。按一次QD按钮，微地点为0EH，测得的微码是00H0CH04H1DH。按一次QD按钮，微地点为1DH。因为微地点又返回1DH，停止测试。（4）读存放器RRF工作模式置DP=1，DB=0，使实验系统处于单拍状态。置SWC=1、SWB=0、SWA=0，实验系统处于读存放器工作模式。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，微地点为00H,测得的微码是00H00H00H48H。按一次QD按钮，微地点为0CH，测得的微码是00H08HA4H1EH。按一次QD按钮，微地点为1EH，测得的微码是01H08H00H06H。按一次QD按钮，微地点为06H，测得的微码是00H80H08H07H。按一次QD按钮，微地点为07H，测得的微码是00H10H04H1EH。按一次QD按钮，微地点为1EH。因为微地点又返回1EH，停止测试。（5）实验系统处于PR工作模式置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状态，微地点μA5－μA0为00H。按一次QD按钮，微地点为08H，测得的微码是00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点为0FH，测得的微码是00H80H08H90H。因为此后的微码与机器指令相关，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的不一样状态，察看ADD至OUT八条机器指令对应微程序的微命令信号，特别是微地点转移的实现。0FH微指令的功能是依据程序计数器PC从储存器取指令，送往指令存放器IR。0FH微指令的下一微指令地点是10H。可是，10H不过一个表面的下一微地点，因为该微指令中

P1=1

，所以实质的微指令地点的低

4位要依据

IR7

—IR4

确立，实质微地址为

10H+IR7IR6IR5IR4

。①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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。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，微地点变成10H，微代码是(00H03H00H18H)。按一次QD按钮，微地点变成18H，微代码是(90H24H10H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到0FH。②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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。令K4（IR7）=0，K3（IR6）=0，K2（IR5）=0，K1（IR4）=1，相当于SUB指令的操作码。按一次QD按钮，微地点变成11H，微代码是(00H03H00H19H)。按一次QD按钮，微地点变成19H，微代码是(04H24H10H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到0FH。③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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。令K4（IR7）=0，K3（IR6）=0，K2（IR5）=1，K1（IR4）=0，相当于AND指令的操作码。按一次QD按钮，微地点变成12H，微代码是(00H03H00H1AH)。按一次QD按钮，微地点变成1AH，微代码是(B8H24H10H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。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，微地点变成13H，微代码是(00H11H80H1BH)。按一次QD按钮，微地点变成1BH，微代码是(01H20H10H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到0FH。⑤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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。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，微地点变成14H，微代码是(00H10H80H1CH)。按一次QD按钮，微地点变成1CH，微代码是(00H44H10H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到0FH。⑥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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。令K4（IR7）=0，K3（IR6）=1，K2（IR5）=0，K1（IR4）=1，相当于JC指令的操作码。按一次QD按钮，微地址变成15H，微代码是(00H00H11H0FH)。令K0（C）＝0。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。按一次QD按钮，微地点变成15H。令K0（C）＝1，按一次QD按钮，微地点变成1FH，微代码是(00H10H20H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到0FH。⑦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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。令K4（IR7）=0，K3（IR6）=1，K2（IR5）=1，K1（IR4）=0，相当于STP指令的操作码。按一次QD按钮，微地点变成16H，微代码是(00H00H14H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到0FH。⑧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，微地点是00H。按一次QD按钮，微地点变成08H，微代码为00H08H20H0FH。按一次QD按钮，微地点变成0FH，微代码为00H80H08H90H。令K4（IR7）=0，K3（IR6）=1，K2（IR5）=1，K1（IR4）=1，相当于OUT指令的操作码。按一次QD按钮，微地点变成17H，微代码是(00H10H14H0FH)。按一次QD按钮，微地点回到0FH。五、实验结果与议论1）实验任务(２)结果议论：实验得出的波形图以下所示：结论：丈量结果与理论值符合。（2）实验任务中的（4）和（5）所测的控制储存器代码以下表：微地点CM3CM2CM1CM000000000480100000000020340040303000040020401080005050000440406008008070