淮海工学院组成原理实验三微控制器实验

淮海工学院计算机工程学院实验报告书课程名《计算机组成原理》题目：微控制器实验班级：*****学号：*********姓名：******一、实验目的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、实验原理实验所用的时序电路原理如图2.6.1所示,可产生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，如果“运行方式”开关置“单步”位置，也会使实验机停机。⑴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E2PROM2816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。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。当处于“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制存储器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验证，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，只要给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。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门（U12），目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。⑵微指令格式微指令长共24位，其控制位顺序如下：其中UA5～UA0为6位的后续微地址，A、B、C三个译码字段，由三组译码控制电路译码产生各控制信号。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，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图2.6.3所示，图中I7～I2为指令寄存器的第7～2位输出，SE5～SE1为微控器单元微地址锁存器的强置端输出。AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，低电平有效。B字段中的RSB、RDB、RIB分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码，其原理如图2.6.4，图中I0－I4为指令寄存器的第0～4位，LDRI为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。三、实验电路1、实验接连图①跳线器J20、J21连上短路片；②跳线器J16上SP连H23；③UJ1连UJ2。2、实验原理图参见图2.6.1~图2.6.4。242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWEB1B0ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0C字段B字段151413选择000001LDRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR121110选择000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B987选择000001P(1)010P(2)011P(3)100P(4)101AR110LDPCA字段表2.6.1控制位顺序TRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U46NE555A1B2CLR3Q4Q13Cext14RCext15U47A74LS123VCCC90.22R71470R7210K22KGNDGNDVCC10KC110.1VCCNCH23H24C101uF/50V单脉冲R691KR701KVCCGND上中下8910U8C74LS00111213U8D74LS00D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414CLK9CLR1U4574LS17512456UN4A74LS20123UN2A74LS00456UN2B74LS008910UN2C74LS00111213UN2D74LS00CLK3D2SD4CD1Q5Q6UN1A74LS74CLK11D12SD10CD13Q9Q8UN1B74LS7412UN5A74LS0456UN5C74LS0489UN5D74LS04123UN3A74LS08456UN3B74LS088910UN3C74LS08111213UN3D74LS08VCC123UN6A74LS08456UN6B74LS088910UN6C74LS08111213UN6D74LS0834UN5B74LS04P1.7VCCTS3TS2TS1TS4CLR12J2212J2112J201234J23T3T2T1T4SPQT启动运行运行方式运行控制P2.7P2.6T4SDLXDBW1W2TS3`TS2`TS1`TS4`SQ123J16H23H24图3-6SD图2.6.1时序电路原理图A08A17A26A35A44A53A62A71A823A922A1019E/P18OE20VPP21D09D110D211D313D414D515D616D717U172816A08A17A26A35A44A53A62A71A823A922A1019E/P18OE20VPP21D09D110D211D313D414D515D616D717U182816A08A17A26A35A44A53A62A71A823A922A1019E/P18OE20VPP21D09D110D211D313D414D515D616D717U192816A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U2074LS245A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U2174LS245A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U2274LS245K245(19)GNDGNDGNDGNDGNDGND2816VPPA02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U274LS245A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U374LS245A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U474LS245D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1CLK11U1374LS374UA0UA1UA2UA3UA4UA5UA374(1)T1U1控制单片机P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P3.3P3.2P3.5图3-7123UN1A74LS00K245(19)P3.6D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CLR1U2374LS273D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819CLK11CLR1U2474LS273D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414CLK9CLR1U2774LS175A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U2874LS138A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U2674LS138IN0/CLK1IN12IN23IN34IN45IN56IN67IN78IN89IN9/OE11IO012IO113IO214IO315IO416IO517IO618IO719U25GAL16V8123456SJ1M24M19M20M21M22M23M13M14M15M16M10M11M12M7M8M9GNDGNDVCCVCC1234JP1CON4Y6MCARP1P2P3P4Y6GNDMCLDPCMCRSBMCRDBMCRIBMC299BMCALUBMCPCBMLDARMCLOADMCLDIRMLDDR2MLDDR1MLDRiP3.5`P3.2`P3.3`GNDA02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U1274LS245123456JSE1CON6SE1SE2SE3SE4SE5SE6MD1MD2MD3MD4MD5MD6T2CLRVCCR1910KUA245(19)U14AU14BU15AU15BU16AU16B234519101112131234591011121312345910111213LK0-LK5GNDUA5UA4UA3UA2UA1UA0LUA0-LUA5GNDMK7MK6MK5MK4MK1MK3MK8MK2MK15MK14MK13MK12MK9MK11MK16MK10MK23MK22MK21MK20MK17MK19MK24MK18LMD1-8LMD9-16LMD17-24CLRT2UA374(1)`UA245(19)`K245(19)`2816VPP`2816VPP``GNDPROG编程开关图2.6.2微程序控制电路原理图1Y071Y161Y251Y342Y092Y1102Y2112Y312A013A131C21G12G142C15UN174LS1551Y071Y161Y251Y342Y092Y1102Y2112Y312A013A131C21G12G142C15UN274LS15512UN3A74LS0434UN3B74LS0456UN3C74LS0489UN3D74LS04123UN4A74LS08456UN4B74LS088910UN4C74LS08111213UN4D74LS08I0I1MLDRII2I3MCRSBMCRDBMCRIBLDR0KLDR1KLDR2KLDR3KLR0BR1BR2BVCC8910UN5C74LS08111213UN5D74LS08123UN6A74LS08456UN6B74LS08123J13MLDRI123J14T4MCRSBR0BGND图3-9LDR0LLDR012UN2A74LS0434UN2B74LS0456UN2C74LS0489UN2D74LS04121312UN3A74LS103456UN3B74LS10910118UN3C74LS10121312UN4A74LS113456UN4B74LS11910118UN4C74LS11121312UN5A74LS113456