實驗四微程序控制器原理實驗

1、2015 年 5 月 24 日課程名稱： 計算機(jī)組成原理 實驗名稱：微程序控制器原理實驗班級： 學(xué)號： 姓名： 指導(dǎo)教師評定：_ 簽名：_1、 實驗?zāi)康模? 掌握微程序控制器的組成及工作過程；2通過用單步方式執(zhí)行若干條微指令的實驗，理解微程序控制器的工作原理。二、預(yù)習(xí)要求：1復(fù)習(xí)微程序控制器工作原理；2預(yù)習(xí)本電路中所用到的各種芯片的技術(shù)資料。三、實驗設(shè)備： EL-JY-II型計算機(jī)組成原理實驗系統(tǒng)一臺，連接線若干。四、電路組成： 微程序控制器的原理圖見圖4-1（a）、4-1（b）、4-1（c）。圖4-1（a） 控制存儲器電路圖4-1（b）微地址形成電路圖4-1（c） 微指令譯碼電路以上電路除一

2、片三態(tài)輸出8D觸發(fā)器74LS374、三片EFPROM2816和一片三態(tài)門74LS245，其余邏輯控制電路均集成于EP1K10內(nèi)部。28C16、74LS374、74LS245芯片的技術(shù)資料分別見圖4-2圖4-4. 圖4-2（a）28C16引腳 圖4-2（b） 28C16引腳說明工作方式/CE /OE /WE輸入/輸出讀后 備字 節(jié) 寫字節(jié)擦除寫 禁 止寫 禁 止輸出禁止L L HH L H LL 12V L H L H 數(shù)據(jù)輸出 高 阻 數(shù)據(jù)輸入 高 阻 高 阻 高 阻 高 阻 圖4-2（c）28C16工作方式選擇 圖4-5（a）74LS374引腳 圖4-5（b）74LS374功能 圖4-8（a

3、）74LS245引腳 圖4-8（b）74LS245功能五、工作原理：1寫入微指令在寫入狀態(tài)下，圖4-1（a）中K2須為高電平狀態(tài)，K3必須接至脈沖/T1端，否則無法寫入。MS1-MS24為24位寫入微代碼，由24位微代碼開關(guān)（此次實驗采用開關(guān)方式）。uA5-uA0為寫入微地址，采用開關(guān)方式則由微地址開關(guān)提供。K1須接低電平使74LS374有效，在脈沖T1時刻，uAJ1的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址（如圖4-1（b）所示），同時寫脈沖將24位微代碼寫入當(dāng)前微地址中（如圖4-1（a）所示）。2 讀出微指令在寫入狀態(tài)下，圖4-1（a）中K2須為低電平狀態(tài)，K3須接至高電平。K1須接低電平使74LS374有效

4、，在脈沖T1時刻，uAJ1的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址uA5-uA0（如圖4-1（b）所示），同時將當(dāng)前微地址的24位微代碼由MS1-MS24輸出。3 運(yùn)行微指令在運(yùn)行狀態(tài)下，K2接低電平，K3接高電平。K1接高電平。使控制存儲器2816處于讀出狀態(tài)，74LS374無效因而微地址由微程序內(nèi)部產(chǎn)生。在脈沖T1時刻，當(dāng)前地址的微代碼由MS1-MS24輸出；T2時刻將MS24-MS7打入18位寄存器中，然后譯碼輸出各種控制信號（如圖4-1（c）所示，控制信號功能見實驗五）；在同一時刻MS6-MS1被鎖存，然后在T3時刻，由指令譯碼器輸出的SA5-SA0將其中某幾個觸發(fā)器的輸出端強(qiáng)制置位，從而形成新的微地址

5、uA5-uA0，這就是將要運(yùn)行的下一條微代碼的地址。當(dāng)下一個脈沖T1來到時，又重新進(jìn)行上述操作。4脈沖源和時序電路：實驗所用的脈沖源和時序電路中“脈沖源輸出”為時鐘信號，f的頻率為500KHz，f/2的頻率為250KHz，f/4的頻率為125KHz，f/8的頻率為62.5KHz，共四種頻率的方波信號，可根據(jù)實驗自行選擇一種方波信號的頻率。每次實驗時，只需將“脈沖源輸出”的四個方波信號任選一種接至“信號輸入”的“fin”，時序電路即可產(chǎn)生4種相同頻率的等間隔的時序信號T1T4。電路提供了四個按鈕開關(guān)，以供對時序信號進(jìn)行控制。工作時，如按一下“單步” 按鈕，機(jī)器處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時只發(fā)送一個C

6、PU周期的時序信號就停機(jī)，波形見圖4-8。利用單步運(yùn)行方式，每次只讀一條微指令，可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。如按一下“啟動”按鈕，機(jī)器連續(xù)運(yùn)行，時序電路連續(xù)產(chǎn)生如圖4-9的波形。此時，按一下“停止” 按鈕，機(jī)器停機(jī)。圖4-8 單步運(yùn)行波形圖 圖4-9 全速運(yùn)行波形圖 按動“單脈沖”按鈕，“ T+”和“T-”輸出圖410的波形： T+ T 圖410 單脈沖輸出波形各個實驗電路所需的時序信號端均已分別連至“讀寫控制電路”的“T1、T2、T3、T4”，實驗時只需將“脈沖源及時序電路”模塊的“T1、T2、T3、T4” 端與“讀寫控制電路”的“T1、T2、T3、T4” 端相連，即可給電路

7、提供時序信號。 2微程序控制器電路： 三片EEPROM2816構(gòu)成24位控制存儲器，兩片8D觸發(fā)器74LS273和一片4D觸發(fā)器74LS175構(gòu)成18位微命令寄存器，三片3線-8線譯碼器74LS138對微命令進(jìn)行譯碼。三片2D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成6位微地址寄存器，它們帶有清“0”端和預(yù)置端。在不判別測試的情況下，T2時刻打入微地址器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時刻進(jìn)行測試判別時，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。SA5SA0為微控器電路微地址鎖存器的強(qiáng)置端輸出。 在該電路中有一組開關(guān)K1、K2、K3、K4（注意：K4在基板上的“24位微代

8、碼輸入及顯示電路”中），它們可以設(shè)為三種狀態(tài)：寫入、讀出和運(yùn)行。當(dāng)處于“寫入”狀態(tài)時，可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到2816中。當(dāng)處于“讀出”狀態(tài)時，可以將寫入的二進(jìn)制代碼讀出，從而可以對寫入控存的二進(jìn)制代碼的正確性進(jìn)行驗證。當(dāng)處于“運(yùn)行”狀態(tài)時，只要給出微程序的入囗微地址，則可根據(jù)微程序流程圖自動執(zhí)行微程序。六、實驗內(nèi)容：往EEPROM里任意寫24位微代碼，并讀出驗證其正確性。七、實驗步驟（本實驗采用開關(guān)控制操作方式實驗） 、開關(guān)控制操作方式實驗本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)

9、撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對應(yīng)的指示燈亮。連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。1按圖412接線圖接線：讀寫控制電路T1T2T3T4微程序控制器電路UAJ1UA5UA0控制開關(guān)電路T1T2T3T4脈沖源及時序電路fin f/4圖412 開關(guān)控制電路接線 2實驗步驟：觀測時序信號：用雙蹤示波器觀察脈沖源及時序電路的“f/4”、“T1、T2、T3、T4”端，按動【啟動】按鈕，觀察“f/4”、“T1、T2、T3、T4”各點(diǎn)的波形，比較它們的相互關(guān)系，畫出其波形，并與圖49比較。寫微代碼 (以寫表4-1的微代碼為例

10、) ：首先將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到寫入狀態(tài)，即K1 off、K2 on、K3 off，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到on狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 置24位微代碼開關(guān)MS24-MS1為：“00000000 00000000 00000001”，輸入24位二進(jìn)制微代碼，按脈沖源及時序電路的【單步】，黃色微地址燈顯示“000 000”，寫入微代碼。保持K1K2K3K4狀態(tài)不變，寫入表41的所有微代碼。讀微代碼并驗證結(jié)果：將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到讀出狀態(tài)，即K1 off、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 UA0=