計算機(jī)組成原理實驗指導(dǎo)書DJ-CPTH

DJ-CPTH

計算機(jī)組成原理實驗系統(tǒng)

實驗指導(dǎo)

阜陽師范學(xué)院計算機(jī)與信息學(xué)琮

2008年3月

目錄

目錄........................................................1

實驗一認(rèn)識實驗裝置.........................................2

實驗二寄存器實驗..........................................10

實驗三運(yùn)算器實驗..........................................18

實驗四數(shù)據(jù)輸出和移位實驗..................................22

實驗五存儲器實驗..........................................26

實驗六uPC和PC實驗......................................32

實驗七微程序存儲器uM實驗.................................37

實驗八模型機(jī)綜合實驗一....................................39

實驗九模型機(jī)綜合實驗二....................................46

實驗十微程序設(shè)計實驗......................................55

實驗H擴(kuò)展實驗..........................................60

附錄1：CPTH集成開發(fā)環(huán)境使用..............................63

附錄2：指令/微指令表(insfllel.mic)..........................................................68

附錄3：實驗用芯片介紹......................................79

實驗一認(rèn)識實驗裝置

實驗?zāi)康模毫私鈱嶒瀮x的特點及組成；掌握實驗儀鍵盤的使用。

實驗器材：DJ-CPTH實驗儀

實驗要求：

1、認(rèn)真填寫預(yù)習(xí)報告，包括對實驗儀器組成的理解、實驗操作步驟等。

2、實驗之后寫出實驗報告，包括實驗過程中遇到的問題，解決方法，實驗后的心得體會及對

該次實驗的建議與意見。

實驗原理及步驟：

一、DJ-CPTH特點

1、采用總線結(jié)構(gòu)

總線結(jié)構(gòu)的計算機(jī)具有結(jié)構(gòu)清晰，擴(kuò)展方便等優(yōu)點。DJ-CPTH實驗系統(tǒng)使用三組總線即地

址總線ABUS、數(shù)據(jù)總線DBUS、指令總線IBUS和控制信號，CPU、主存、外設(shè)和管理單片機(jī)

等部件之間通過外部數(shù)據(jù)總線傳輸，CPU內(nèi)部則通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線傳輸信息。各部件之間，通

過三態(tài)緩沖器作接口連接，這樣一方面增強(qiáng)總線驅(qū)動能力，另一方面在模型機(jī)停機(jī)時，三態(tài)門輸

出浮空，能保證不管模型機(jī)的CPU工作是否正常，管理單片機(jī)總能讀/寫主存或控存。

2、計算機(jī)功能模塊化設(shè)計

DJ-CPTH為實驗者提供運(yùn)算器模塊ALU,眾多寄存器模塊（A,W,IA,ST,MAR,RO-

R3等），程序計數(shù)器模塊PC,指令部件模塊IR,主存模塊EM,微程序控制模塊〈控存〉uM,

微地址計數(shù)器模塊UPC,組合邏輯控制模塊及I/O等控制模塊。各模塊間的電源線、地線、地址

總線和數(shù)據(jù)總線等已分別連通，模塊內(nèi)各芯片間數(shù)據(jù)通路也已連好，各模塊的控制信號及必要的

輸出信號已被引出到主板插孔，供實驗者按自己的設(shè)計進(jìn)行連接。

3、智能化控制

系統(tǒng)在單片機(jī)監(jiān)控下，管理模型機(jī)運(yùn)行和讀寫，當(dāng)模型機(jī)停機(jī)時，實驗者可通過系統(tǒng)鍵盤,

讀寫生存或控存指定單元的內(nèi)容，使模型機(jī)實現(xiàn)在線開發(fā)。模型機(jī)運(yùn)行時，系統(tǒng)提供單步一條微

指令（微單步）、單步一條機(jī)器指令（程單步），連續(xù)運(yùn)行程序及無限止暫停等調(diào)試手段，能動態(tài)

跟蹤數(shù)據(jù)，流向、捕捉各種控制信息，實時反映模型機(jī)現(xiàn)場，使實驗者及時了解程序和微程序設(shè)

計的正確性，便以修改。

4、提供兩種實驗?zāi)Ｊ?/p>

①手動運(yùn)行"Hand……”：通過撥動開關(guān)和發(fā)光二極管二進(jìn)制電平顯示，支持最底層的手動

操作方式的輸入/輸出和機(jī)器調(diào)試。

②自動運(yùn)行：通過系統(tǒng)鍵盤及液晶顯示器或PC機(jī)，直接接輸入或編譯裝載用戶程序〈機(jī)器碼

程序和微程序＞，實現(xiàn)微程序控制運(yùn)行，運(yùn)用多種調(diào)試手段運(yùn)行用戶程序，使實驗者對計算機(jī)組

成原理一目了然。

5、開放性設(shè)計

運(yùn)算器采用了EDA技術(shù)設(shè)計，隨機(jī)出廠時，已提供一套已裝載的方案，能進(jìn)行加、減、與、

或、帶進(jìn)位加、帶進(jìn)位減、取反、直通八種運(yùn)算方式，若用戶不滿意該套方案，可自行重新設(shè)計

并通過JTAG口下載。邏輯控制器由CPLD實現(xiàn)，也可進(jìn)行重新設(shè)計并通過JTAG口下載。用戶

還可以設(shè)計自己的指令/微指令系統(tǒng)。系統(tǒng)中已帶三套指令/微程序系統(tǒng)，用戶可參照來設(shè)計新的

指令/微程序系統(tǒng)。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線均在總線接口區(qū)引出，并設(shè)計了40芯鎖進(jìn)插座，供用戶進(jìn)行

RAM、8251、8255、8253、8259等接口器件的擴(kuò)展實驗。

6、支持中斷實驗

采用最底層的器件設(shè)計，讓學(xué)生可以從微程序?qū)用嫔蠈W(xué)習(xí)中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷處理、

中斷入口地址的產(chǎn)生、中斷服務(wù)程序及中斷返回（RET1）整個過程。

7、支持兩種控制器實驗

系統(tǒng)提供兩種控制器方式，即微程序控制器和組合邏輯控制器。在微程序控制器中，系統(tǒng)能

提供在線編程，實時修改程序，顯示程序并進(jìn)行調(diào)試的操作環(huán)境。組合邏輯控制器，已下載有一

套完整的實驗方案，用戶也可使用CPLD工具在PC機(jī)上進(jìn)行自動化設(shè)計。

8、支持子程序調(diào)用、返回、指令流水線和RISC精簡指令系統(tǒng)實驗。

9、配備以Win98/2000/XP為操作平臺的集成調(diào)試軟件包

系統(tǒng)支持RS-232C串行通訊，借助PC資源形成了強(qiáng)大的在線文檔與圖形的動態(tài)管理系統(tǒng)，

自帶編譯器，支持匯編語言的編輯、編譯、調(diào)試，?次點擊即可完成程序和與其對應(yīng)微程序的鏈

接裝載并自動彈出調(diào)試窗口，在主界面中開辟了程序和與其對應(yīng)微程序的調(diào)試、模型機(jī)結(jié)構(gòu)示意

圖（點擊各模塊即可修改雙向模塊參數(shù)）、微程序等跟蹤顯示窗口，供用戶選擇，可動態(tài)顯示數(shù)

據(jù)流向、實時捕捉數(shù)據(jù)、地址、控制總線的各種信息，使調(diào)試過程極為生動形象。

二、實驗系統(tǒng)組成

CPTH由實驗平臺、開關(guān)電源、軟件三大部分組成。實驗平臺上有寄存器組R0-R3、運(yùn)算單

元、累加器A、暫存器W、直通/左移/右移單元、地址寄存器、程序計數(shù)器、堆棧、中斷源、輸

入/輸出單元、存儲器單元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、組合邏輯控制器、擴(kuò)展

單元、總線接口區(qū)、微動開關(guān)/指示燈、邏輯筆、脈沖源、管理單片機(jī)、24個按鍵、字符式LCD、

RS232。

CPTH計算機(jī)組成原理實驗系統(tǒng)模型機(jī)包括了一個標(biāo)準(zhǔn)CPU所具備所有部件，這些部件包

括：運(yùn)算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移門L、直通門D、右移門R、寄存器組R0-R3、

程序計數(shù)器PC、地址寄存器MAR、堆棧寄存器ST、中斷向量寄存器IA、輸入端口IN、輸出端

口寄存器OUT、程序存儲器EM、指令寄存器IR、微程序計數(shù)器uPC、微程序存儲器uM,以及

中斷控制電路、跳轉(zhuǎn)控制電路。其中運(yùn)算器和中斷控制電路以及跳轉(zhuǎn)控制電路用CPLD來實現(xiàn)，

其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。微程序控制部分也可以用組合邏輯控制來代替。

模型機(jī)為8位機(jī)，數(shù)據(jù)總線、地址總線都為8位，但其工作原理與16位機(jī)相同。相比而言

8位機(jī)實驗減少了煩瑣的連線，但其原理卻更容易被學(xué)生理解、吸收。

模型機(jī)的指令碼為8位，根據(jù)指令類型的不同，可以有0到2個操作數(shù)。指令碼的最低兩

位用來選擇R0-R3寄存器，在微程序控制方式中，用指令碼做為微地址來尋址微程序存儲器，

找到執(zhí)行該指令的微程序。而在組合邏輯控制方式中，按時序用指令碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制位。在本

模型機(jī)中，一條指令最多分四個狀態(tài)周期，一個狀態(tài)周期為一個時鐘脈沖，每個狀態(tài)周期產(chǎn)生不

同的控制邏輯，實現(xiàn)模型機(jī)的各種功能。模型機(jī)有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出，選

擇運(yùn)算器的運(yùn)算功能，存儲器的讀寫。

24位控制位分別介紹如下：

XRD：外部設(shè)備讀信號，當(dāng)給出了外設(shè)的地址后，輸出此信號，從指定外設(shè)讀數(shù)據(jù)。

EMWR：程序存儲器EM寫信號。

EMRD：程序存儲器EM讀信號。

PCOE：將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。

EMEN：將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通，由EMWR和EMRD決定是將DBUS

數(shù)據(jù)寫到EM中，還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。

IREN：將程序存儲器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計數(shù)器uPC?

EINT：中斷返回時清除中斷響應(yīng)和中斷請求標(biāo)志，便于下次中斷。

ELP：PC打入允許，與指令寄存器的IR3、IR2位結(jié)合，控制程序跳轉(zhuǎn)。

MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。

MAROE：將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上。

OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里。

STEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。

RRD：讀寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。

RWR：寫寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。

CN：決定運(yùn)算器是否帶進(jìn)位移位，CN=1帶進(jìn)位，CN=0不帶進(jìn)位。

FEN：將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器。

X2、XI、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。見下表1。

表1：

X0XIX0輸出寄存存器

000IN_OE外部輸入門

001IA_OE中斷向量

010ST_OE堆棧寄存器

011PC_OEPC寄存器

100D_OE直通門

101R_OE右移門

110L_OE左移門

111沒有輸出

WEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄存器W中。

AEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。

S2、SI、SO三位組合決定ALU做何種運(yùn)算，見下表2。

表2：

S2S1so功能

000A+W加

001A-W減

010A|W或

011A&W與

100A+W+C帶進(jìn)位加

101A-W-C帶進(jìn)位減

110?AA取反

111A輸出A

三、實驗儀鍵盤使用

DJ-CPTH計算機(jī)組成原理實驗儀除了可以連在PC機(jī)上調(diào)試程序，也可以用實驗儀上自帶的

鍵盤輸入程序及微程序，并可以單步調(diào)試程序和微程序，在顯示屏上觀察、修改各內(nèi)部寄存器的

值，編輯修改程序和微程序存儲器。

顯示屏的顯示內(nèi)容分四個主菜單:

1、觀察和修改內(nèi)部寄存器；

2、觀察和修改程序存儲器；

3、觀察和修改微程序存儲器:

4、手動狀態(tài)。

四個主菜單用TV/ME鍵切換。如下圖:

1、觀察、修改內(nèi)部寄存器

內(nèi)部寄存器的內(nèi)容分五頁顯示，用LAST或NEXT鍵向前或向后翻頁，可以顯示所有內(nèi)部寄

存器值，輸入數(shù)字可修改非只讀寄存器值。見下圖：

2、觀察、修改程序存儲器內(nèi)容

顯示屏顯示如下圖，其中“Adr”表示程序存儲器地址，“DB”表示該地址中數(shù)據(jù)。光標(biāo)初

始停在“Adr”處，此時可以用數(shù)字鍵輸入想要修改的程序地址，也可以用NEXT和LAST鍵將

光標(biāo)移到“DB”處，輸入或修改此地址中的數(shù)據(jù)。再次按NEXT或LAST鍵可自動將地址+1或

將地址-1,并可用數(shù)字鍵修改數(shù)據(jù)。按MON鍵可以回到輸入地址00的狀態(tài)。見下圖。

3.觀察、修改微程序存儲器內(nèi)容

微程序存儲器數(shù)據(jù)的觀察、修改與上面程序存儲器的觀察修改方法相似，不同的是微程序要

輸入3個字節(jié)，而程序存儲器的修改只要輸入1個字節(jié)。微程序觀察修改的顯示屏顯示如下圖，

其中“Adr”表示微程序地址，“MH”表示微程序的高字節(jié)，“MM”表示微程序的中字節(jié)，“ML”

表示微程序的低字節(jié)。

使用實驗儀鍵盤可以用三種方法調(diào)試程序，程序單步、微程序單步、全速執(zhí)行。當(dāng)用鍵盤調(diào)

試程序時，顯示屏顯示寄存器第一頁的內(nèi)容。

[STEP]為微程序單步執(zhí)行鍵，每次按下此鍵，就執(zhí)行一個微程序指令，同時顯示屏顯示微

程序計數(shù)器、程序計數(shù)器、A寄存器、W寄存器的值。可以通過NX或LS鍵翻頁

觀察其它寄存器的值，觀察各個寄存器的輸出和輸入燈的狀態(tài)。

[SCAL]為程序單步執(zhí)行鍵，每次按下此鍵，就執(zhí)行一條程序指令，同時顯示屏顯示微程序計

數(shù)器、程序計數(shù)器、A寄存器、W寄存器的值。可以通過NX或LS鍵翻頁觀察其它寄存器的

值。

[EX]為全速執(zhí)行鍵，按下此鍵時，程序就會全速執(zhí)行，按鍵盤任鍵暫停程序執(zhí)行，并且顯

示當(dāng)前寄存器的值.

[RG]為中斷請求鍵，按下此鍵時，會產(chǎn)生一個中斷請求信號1NT.

[RST]復(fù)位鍵，按下此鍵，程序中止運(yùn)行，所有寄存器清零（IR除外），程序指針回到0地

址。

舉例：用鍵盤輸入以下程序代碼：

1.按TV鍵，直到顯示屏顯示內(nèi)容為

2.按NX鍵，光標(biāo)移到“DB”下，顯示屏為

3.按1,2兩個數(shù)字鍵，顯示屏為

EMAdrDB

00咆

4.按NX鍵，地址+1,顯示屏為

EMAdrDB

01

5.按3,4兩個數(shù)字鍵，顯示屏為

EMAdrDB

013n

重復(fù)4、5兩步，直到輸入所有的程序代碼。

在第1步時，光標(biāo)停在“Adr”處，可以按數(shù)字鍵0--F輸入要修改的程序存儲器的地址，

然后再按NEXT鍵輸入程序代碼。如果光標(biāo)移到“DB”下.，而此時又想改變地址，可以按MON

鍵，將光標(biāo)移回到“Adr”處，按數(shù)字鍵輸入地址。輸入微程序代碼的方法與此相似，不同的是

程序只需輸入兩個數(shù)字，即一個字節(jié)，而微程序要輸入6個數(shù)字，即三個字節(jié)。如果多于6個

數(shù)字會自動從右向左移動光標(biāo)。如果輸入不足6個數(shù)字就用NEXT或LAST翻頁，則只有被改動

的幾個數(shù)字有效，其它數(shù)字不變。

4.用小鍵盤調(diào)試實驗一

程序地址機(jī)器碼反匯編指令指令說明

007C12MOVA,#12立即數(shù)12H送到累加器A

0270MOVA,RO寄存器RD送到累加器A

0374MOVA,@R￡)間址的存儲器內(nèi)容送到累加器A

047801MOVA,01存儲器01單元內(nèi)容送到累加器A

06C0IN端口IN內(nèi)容輸入到累加器A

07C4OUT累加器A內(nèi)容輸出到端口OUT

-：輸入機(jī)器碼

按TV鍵選擇EM

順序輸入機(jī)器碼：7cl270747801COC4

輸完機(jī)器碼后按RST復(fù)位

二：單步執(zhí)行微程序

按RST復(fù)位鍵后，PC=O,uPC=O

uM輸出24位微程序：CBFFFF此微指令為取指指令

第一條微指令

按一次STEP鍵，完成一個時鐘，此時：

PC值為01（時鐘上升沿PC+1）

1R值為7C,uPC值為7c（指令碼）

uM輸出為：C7FFF7（EM值送A）

第二條微指令

按一次STEP鍵，完成一個時鐘，此時：

PC值為02（時鐘上升沿PC+1）

A值為12

uPC值為7D（時鐘上升沿uPC+1）

uM輸出為：CBFFFF（取指指令）

第三條微指令

按一次STEP鍵，完成一個時鐘，此時：

PC值為03（時鐘上升沿PC+1）

1R值為70,uPC值為70（指令碼）

uM輸出為：FFF7F7（R?值送A）

第四條微指令

按一次STEP鍵，完成一個時鐘，此時：

PC值為03（時鐘上升沿PC+1）

A值為00

uPC值為71（時鐘上升沿uPC+1）

uM輸出為：CBFFFF（取指指令）

第五條微指令

按一次STEP鍵，完成一個時鐘，此時：

PC值為04（時鐘上升沿PC+1）

IR值為74,uPC值為74（指令碼）

uM輸出為：FF77FF（R?值送MAR）

第六條微指令

按一次STEP鍵，完成一個時鐘，此時：

MAR值為00

uPC值為75（時鐘上升沿uPC+1）

uM輸出為：D7BFF7（EM值送A）

第七條微指令

按一次STEP鍵，完成一個時鐘，此時：

A值為7C

uPC值為76

uM輸出為：CBFFFF（取指）

用同樣的方法執(zhí)行余下的指令。也可以用SCAL或EX鍵執(zhí)行指令。

在做分部模塊實驗時，實驗儀鍵盤0...HNX,LS不起作用，顯示屏顯示內(nèi)容為8芯電

纜的連接方式。例如顯示屏顯示內(nèi)容如下：表示手動方式，J1通過8芯電纜接到J3,或J2通

過8芯電纜接到J3。

Hand...

J1<=>J3ORJ2<=>J3

實驗二寄存器實驗

實驗?zāi)康模毫私饽Ｐ蜋C(jī)中各種寄存器結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制方法。

實驗器材：DJ-CPTH實驗儀

實驗要求：1、認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)相關(guān)內(nèi)容，填寫預(yù)習(xí)報告，包括實驗用的全部數(shù)據(jù)、實驗操作

步驟等。

2、實驗之后認(rèn)真填寫實驗報告，包括畫出實驗接線圖，記錄和整理實驗過程、結(jié)果

及現(xiàn)象，并對結(jié)果進(jìn)行分析和討論，記錄實驗過程中遇到的問題及其解決方法，總結(jié)

本次實驗的收獲和體會以及對該次實驗的建議。

實驗原理及步驟：利用CPTH實驗儀上的K16..K23開關(guān)做為DBUS的數(shù)據(jù)，其它開關(guān)做為控

制信號，將數(shù)據(jù)寫入寄存器，這些寄存器包括累加器A,工作寄存器W,數(shù)據(jù)寄存器組R0..R3,

地址寄存器MAR,堆棧寄存器ST,輸出寄存器OUT。

寄存器的作用是用于保存數(shù)據(jù)的，因為我們的模型機(jī)是8位的，因此在本模型機(jī)中大部寄存

器是8位的，標(biāo)志位寄存器(Cy,Z)是二位的。

CPTH用74HC574來構(gòu)成寄存器。74HC574的功能如下：

74HC574

-oc

>CLK

IQ

/rn\inin

3

2D2Q

——c_4]7年--?

3D3Q

516涯--〈

?w?—A4D4Q~is------------?Q42

「D3)144Q3/

Q\)UGQ

q7D7Q17\Qi/

/?\_____

oDBQQ0_____/

1.在CLK的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)打入到8個觸發(fā)器中

2.當(dāng)OC=1時觸發(fā)器的輸出被關(guān)閉，當(dāng)OC=0時觸發(fā)器的輸出數(shù)據(jù)

0CCLKQ7..Q0注釋

1XZZZZZZZZ0C為1時觸發(fā)器的輸出被關(guān)閉

00Q7..Q0當(dāng)oc=o時觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出

01Q7..Q0當(dāng)時鐘為高時，觸發(fā)器保持?jǐn)?shù)據(jù)不變

XtD7..D0在CLK的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)打入到觸發(fā)器中

oc

寄存器R原理圖

DBUS[7：0]UH?22Hx33HX44H

R0[7:0]XXXUH

RI[7:0]XXX22H

R2[7^J]XX乂33H

R3[7^J]XXX44H

CKIIIIIIII

SB|

SA|II

RRD

RWR~|廠

寄存器R寫工作波形圖

連接線表：

連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明

1J1座J3座將K23-K16接入DBUS[7:0]實驗?zāi)Ｊ剑菏謩?/p>

2RRDKll寄存器組讀使能低電平有效

3RWRK10寄存器組寫使能低電平有效

4SBKI寄存器選擇B

5SAKO寄存器選擇A

6CK已連寄存器工作脈沖上升沿打入

7D7..D0L7..L0觀察寄存器數(shù)據(jù)輸出

系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定：K23-K16開關(guān)置零，按［RST］鈕，按［TV/ME］鍵三次，進(jìn)入

"Hand......”手動狀態(tài)。

在后面實驗中實驗?zāi)Ｊ綖槭謩拥牟僮鞣椒ú辉僭斒?

將11H寫入R0寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS［7:0］的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)11H

K23K22K21K20K19K18K17K16

00010001

置控制信號為:

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

1000

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器RO的黃色選擇指示燈亮，表明選擇RO寄存

器。放開STEP鍵，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)11H被寫入RO寄存器。

將22H寫入R1寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS|7:0|的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)22H

K23K22K21K20K19K18K17K16

00100010

置控制信號為:

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

1001

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器R1的黃色選擇指示燈亮，表明選擇R1寄存

器。放開STEP鍵，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)22H被寫入R1寄存器。

將33H寫入R2寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)33H

K23K22K21K20K19K18K17K16

00110011

置控制信號為:

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

1010

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器R2的黃色選擇指示燈亮，表明選擇R2寄存

器。放開STEP鍵，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)33H被寫入R2寄存器。

將44H寫入R3寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)44H

K23K22K21K20K19K18K17K16

01000100

置控制信號為:

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

1011

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器R3的黃色選擇指示燈亮，表明選擇R3寄

存器。放開STEP鍵，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)44H被寫入R3寄存器。

注意觀察：

1.數(shù)據(jù)是在放開STEP鍵后改變的，也就是CK的上升沿數(shù)據(jù)被打入。

2.Kl(SB),KO(SA)用于選擇寄存器。

KI(SB)KO(SA)選擇

00RO

01RI

10R2

11R3

DBUS[7:0]五1IH22H~zz

ROp：O]11H

RI[7:0]22H

R2p：0]33H

R3p：O]44H

SB|

SA|II

RRDIIIIIIIl~

RWR

寄存器R讀工作波形圖

讀RO寄存器

置控制信號為：

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

0100

這時寄存器R0的紅色輸出指示燈亮，R0寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈

L7...L0為:00010001,將Kll(RRD)置為1,關(guān)閉R0寄存器輸出。

讀R1寄存器

置控制信號為:

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

0101

這時寄存器R1的紅色輸出指示燈亮，R1寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示

燈L7...L0為：00100010.將Kll(RRD)置為1,關(guān)閉R1寄存器輸出。

讀R2寄存器

置控制信號為:

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

011U

這時寄存器R2的紅色輸出指示燈亮，R2寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示

燈L7...L0為：00110011—各出11%1＜口)置為1,關(guān)閉R2寄存器輸出。

讀R3寄存器

置控制信號為:

Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)

0111

這時寄存器R3的紅色輸出指示燈亮，R3寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示

燈L7...L0為：01000100.將Kll(RRD)置為1,關(guān)閉R3寄存器輸出。

注意觀察：

數(shù)據(jù)在Kll(RRD)為。時輸出，不是沿觸發(fā)，與數(shù)據(jù)打入不同。

任務(wù)2：MAR地址寄存器，ST堆棧寄存器，OUT輸出寄存器

J>

OC

CLK

1D1Q

2D2QABUS5〉

3D3KQ

4D~(ABUy)

■5D5Q

6D6Q~CABUS2>

-7D~(ABUS1>

I7Q

SD?Q-_(ABUSfl>

寄存器MAR原理圖

<STOE>

<STCN尸一^X3

<DBUS7

(DBUS6

<DBUS5

<DBUS4

<DBUS3

<DBUS2

<DBUB1

74HC574

寄存器ST原理圖

DBUS8O1>

DBUS2>

74HC574

DBU53>

DBUS974>lD1QOUT7>

DBU36>ZD2QOUT6>

DBUS5>3D3QOUTS、

4D4QOUT4>

5D5QOUT3>

￡Dm6QOUT2>

7QOUT1>

8D8QOUTO>

1寄存器OUT原理圖

DBUS[7;0]12HX34H二X56H

MAR[7:0]XX又12HX-ZZ

ST[7;0]XX乂34H

OUT[7:0]XX乂56H

MAREN~||

STEN||

OUTEN||~

CK||IIII

MAROE|

寄存器MAR,ST,OUT寫工作波形圖

連接線:

連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明

1J2座J3座將K23-16接入DBUpO]實驗?zāi)Ｊ?手動

2MAROEK14MA隨址輸出使能低電平有效

3MARENK15MAR寄存器寫使能低電平有效

4STENK12S1W存器寫使能低電平有效

5OUTENK13OUT寄存器寫使能低電平有效

6CK已連寄存器工作脈沖上升沿打入

系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定：K23-K16開關(guān)置零，按［RST］鈕，按［TV/ME］鍵三次，進(jìn)入

"Hand……”手動狀態(tài)，即實驗?zāi)Ｊ綖槭謩拥牟僮鞣椒ā?/p>

將12H寫入MAR寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS［7:0］的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)12H

K23K22K21K20K19K18K17K16

0001001U

置控制信號為:

K15(MAREN)K14(MAR0E)K13(OUTEN)K12(STEN)

0011

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器MAR的黃色選擇指示燈亮，表明選擇MAR

寄存器。放開STEP健，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)12H被寫入MAR寄存器。

K14(MAR0E)為0,MAR寄存器中的地址輸出，MAR紅色輸出指示燈亮。

將K14(MAROE)置為1,關(guān)閉MAR輸出。

將34H寫入ST寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)34H

K23K22K21K20K19K18K17K16

00110100

置控制信號為:

K15(MAREN)K14(MAR0E)K13(OUTEN)K12(STEN)

1110

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器ST的黃色選擇指示燈亮，表明選擇ST寄

存器。放開STEP鍵，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)34H被寫入ST寄存器。

將56H寫入OUT寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)56H

K23K22K21K20K19K18K17K16

01010110

置控制信號為:

K15(MAREN)K14(MAR0E)K13(OUTEN)K12(STEN)

1101

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低,這時寄存器OUT的黃色選擇指示燈亮，表明選擇OUT

寄存器。放開STEP鍵，CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)56H被寫入OUT寄存器。

實驗三運(yùn)算器實驗

實驗?zāi)康模豪斫鈱?shù)據(jù)寫累加器A和工作寄存器W,掌握模型機(jī)中算術(shù)、邏輯運(yùn)算單元的控制

方法。

實驗要求：1、認(rèn)真填寫預(yù)習(xí)報告，包括實驗用的全部數(shù)據(jù)、實驗操作步驟等。

2、實驗之后認(rèn)真填寫實驗報告，包括畫出實驗接線圖，記錄和整理實驗過程、結(jié)果

及現(xiàn)象，并對結(jié)果進(jìn)行分析和討論，記錄實驗過程中遇到的問題及其解決方法，總結(jié)

本次實驗的收獲和體會以及對該次實驗的建議。

實驗器材：DJ-CPTH實驗儀

實驗原理及步驟：利用CPTH實驗儀的K16..K23開關(guān)做為DBUS數(shù)據(jù)，其它開關(guān)做為控制信

號，將數(shù)據(jù)寫累加器A和工作寄存器W,并用開關(guān)控制ALU的運(yùn)算方式，實現(xiàn)運(yùn)算器的功能。

任務(wù)1：A,W寄存器實驗

<APf'4HC5'4

74HC32OC

CLK

<DBUS7>

1DlQ

<DBU?>2D2Q

<DBUS5>3D3gQ

<DBUS4>4D

<DBUS3>5D5Q

(DBUS26D6Q

<DBUS1>7D7Q

<DBUSO>SD8Q

寄存器A原理圖1

Q

2

Q

3

Q

OC4

CLKQ

<DBUS7>1D?

<DBUS6>2DJ

<DBUSS；-3D

<DBUS4>4D6

JDQR

<DBUS3>器

<1?US2>

<DBVS1y8

《DBUSO，8DQ

寄存器W原理圖

AEN

WEN

DBUS[7:0]55H乂66H

A[7:0]XX*55H

W[7:0]XXX66H

CLK|_||_|

寄存器A,W寫工作波形圖

連接線表：

連接信號孔接入孔作用狀態(tài)說明

1J1座J3座將K23-K16接入DBUS[7:0]實驗?zāi)Ｊ剑菏謩?/p>

2AENK3選通A低電平有效

3WENK4選通W低電平有效

4CK已連ALU工作脈沖上升沿打入

系統(tǒng)清零和手動狀態(tài)設(shè)定：K23-K16開關(guān)置零，按［RST］鈕，按［TV/ME］鍵三次，進(jìn)入

"Hand......”手動狀態(tài)。

將55H寫入A寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS［7:0］的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)55H

K23K22K21K20K19K18K17K16

01010101

置控制信號為:

K4(WEN)K3(AEN)

10

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器A的黃色選擇指示燈亮，表明選擇A寄存器。

放開STEP鍵，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)55H被寫入A寄存器。

將66H寫入W寄存器

二進(jìn)制開關(guān)K23-K16用于DBUS［7:0］的數(shù)據(jù)輸入，置數(shù)據(jù)66H

K23K22K21K20K19K18K17K16

01100110

置控制信號為:

K4(WEN)K3(AEN)

01

按住STEP脈沖鍵，CK由高變低，這時寄存器W的黃色選擇指示燈亮，表明選擇W寄存

器。放開STEP鍵，CK由低變高，產(chǎn)生一個上升沿，數(shù)據(jù)66H被寫入W寄存器。

注意觀察：

1.數(shù)據(jù)是在放開STEP鍵后改變的，也就是CK的上升沿數(shù)據(jù)被打入。

2.WEN,AEN為高時，即使CK有上升沿，寄存器的數(shù)據(jù)也不會改變。

任務(wù)2：CPTH中的運(yùn)算器由一片CPLD實現(xiàn)，有8種運(yùn)算，通過S2,SI,SO來選擇，運(yùn)算數(shù)

據(jù)由寄存器A及寄存器W給出，運(yùn)算結(jié)果輸出到直通門D。

S2SIso功能

000A+W加

001A-W減

010A|W或

011A&W與

100A+W+C帶進(jìn)位加

101A-W-C帶進(jìn)位減

110?AA取反

111