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1、3.2 微程序控制器实验3.2.1 实验目的(1) 掌握微程序控制器的组成原理。(2) 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。3.2.2 实验设备PC 机一台， TD-CMA 实验系统一套。3.2.3 实验原理微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微指令。这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。微程序存储在一种专用的存储器中，称为控
2、制存储器,微程序控制器原理框图如图 3-2-1 所示。 OP 地 址 转 移 逻 辑P字 段指 令 寄 存 器 IR .状 态 条 件微 地 址 寄 存 器控 制 字 段 .控 制 存 储 器地 址 译 码 微 命 令 信 号图 3-2-1 微程序控制器组成原理框图控制器是严格按照系统时序来工作的，因而时序控制对于控制器的设计是非常重要的，从前面的实验可以很清楚地了解时序电路的工作原理，本实验所用的时序由时序单元来提供，分为四拍 TS1、TS2、TS3 、TS4 ，时序单元的介绍见附录 2。微程序控制器的组成见图 3-2-2，其中控制存储器采用 3 片 2816 的 E2PROM，具有掉电保护
3、功能，微命令寄存器 18 位，用两片 8D 触发器（273 ）和一片 4D（175）触发器组成。微地址寄存器 6 位，用三片正沿触发的双 D 触发器（ 74）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。G74LS24574LS273G74LS24574LS24574LS27374LS175MA5MA4MA3MA2MA1MA0SE12SE374LS245ALU_B4GRD_BSE5SSP_B0I138 译码PCP3LDC
4、STIRDWS3IOM2S01LDARM23LDALDRiBOSPCLRKCLRKCLRKCRA-DECGNDCLB-DECC-DECM6M8M9M14 MA5.MA0GSA5 . SA074LS245G. .SD07 . SD0SD17 . SD10SD27 . SD20. . . . . . . . . .M23-M0微代码显示RCMA5.MA0. . .138译码138 译码GND微地址显示灯MA5.MA0I1 Y7Y1Y1Y6Y7Y1. .CLRON单元P2.1P2.0单片机P2.D7 . D02816A5A0CSOEWED7 . D02816A5A0CSOEWED7 . D02816
5、A5A0CSOEWE 编程逻辑T2INTA图 3-2-2 微程序控制器原理图3.2.4 实验步骤1. 按图 3-2-10 所示连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。如果有滴报警声，说明总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。M C单元A L U _ BA L U _ BL D AL D BL D AL D BA L U & R E G单元S 3S 0S 3S 0.P P C P U内总线S E 5S E 0S E 5S E 0.I R 单元时序与操作台单元T S 1T S 2T 1T 2L D I RL D I R扩展单元控制总线W RI O MW RI O MR DR DX I
6、O RX I O WI N 单元数据总线L D R 0L D R iR 0 _ BR S _ BC O N 单元T S 3T S 4T 3T 4D 7D 0.I N 7I N 0.O U T 7O U T 0.D 7D 0. . . . . . .S D 2 7S D 2 0D 7D 0.O U T 单元R DW RI N _ BL E D _ BG N DX D 7X D 0.D 7D 0.D 7D 0. . . . .3 0 H ZC L K 0控制总线图 3-2-10 实验接线图2. 对微控器进行读写操作，分两种情况：手动读写和联机读写。1) 手动读写(1) 手动对微控器进行编程（写）
7、将时序与操作台单元的开关 KK1 置为停止档，KK3 置为编程档，KK4 置为控存档，KK5 置为置数档。 使用 CON 单元的 SD05SD00 给出微地址，IN 单元给出低 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的低 8 位。 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为加 1档。 IN 单元给出中 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的中 8 位。IN 单元给出高 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的高 8 位。 重复、四步，将表 3-2-
8、2 的微代码写入 2816 芯片中。(2) 手动对微控器进行校验（读） 将时序与操作台单元的开关 KK1 置为停止档，KK3 置为校验档，KK4 置为控存档，KK5 置为置数档。 使用 CON 单元的 SD05SD00 给出微地址，连续两次按动时序与操作台的开关ST，MC 单元的指数据指示灯 M7M0 显示该单元的低 8 位。 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为加 1档。 连续两次按动时序与操作台的开关 ST，MC 单元的指数据指示灯 M15M8 显示该单元的中 8 位，MC 单元的指数据指示灯 M23M16 显示该单元的高 8 位。 重复、四步，完成对微代码的校验。如果校验出微代码写入错
9、误，重新写入、校验，直至确认微指令的输入无误为止。2) 联机读写(1) 将微程序写入文件联机软件提供了微程序下载功能，以代替手动读写微控器，但微程序得以指定的格式写入到以 TXT 为后缀的文件中，微程序的格式如下： 微 指 令 格 式 说 明 :微 指 令 代 码十 六 进 制 地 址微 指 令 标 志$MXXX如$M 1F 112233，表示微指令的地址为 1FH，微指令值为 11H（高） 、22H （中） 、33H（低） ，本次实验的微程序如下，其中分号 ；为注释符，分号后面的内容在下载时将被忽略掉。(2) 写入微程序用联机软件的“【转储】【装载】 ”功能将该格式（*.TXT）文件装载入实
10、验系统。装入过程中，在软件的输出区的结果栏会显示装载信息，如当前正在装载的是机器指令还是微指令，还剩多少条指令等。(3) 校验微程序选择联机软件的“【转储】【刷新指令区】 ”可以读出下位机所有的机器指令和微指令，并在指令区显示。检查微控器相应地址单元的数据是否和表 3-2-2 中的十六进制数据相同，如果不同，则说明写入操作失败，应重新写入，可以通过联机软件单独修改某个单元的微指令，先用鼠标左键单击指令区的微存TAB 按钮，然后再单击需修改单元的数据，此时该单元变为编辑框，输入 6 位数据并回车，编辑框消失，并以红色显示写入的数据。; /*/; / /; / 微控器实验指令文件 /; / /;
11、/ By TangDu CO.,LTD /; / /; /*/; /* Start Of MicroController Data */$M 00 000001 ; NOP$M 01 007070 ; CON(INS)-IR, P$M 04 002405 ; R0-B$M 05 04B201 ; A加 B-R0$M 30 001404 ; R0-A$M 32 183001 ; IN-R0$M 33 280401 ; R0-OUT$M 35 000035 ; NOP; /* End Of MicroController Data */3. 运行微程序运行时也分两种情况：本机运行和联机运行。1)
12、本机运行 将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3 置为运行 档，按动 CON 单元的 CLR按钮，将微地址寄存器（MAR）清零，同时也将指令寄存器（IR） 、ALU 单元的暂存器 A和暂存器 B 清零。 将时序与操作台单元的开关 KK2 置为单拍档，然后按动 ST 按钮，体会系统在 T1、 T2、T3、T4 节拍中各做的工作。T2 节拍微控器将后续微地址（下条执行的微指令的地址）打入微地址寄存器，当前微指令打入微指令寄存器，并产生执行部件相应的控制信号；T3、T4 节拍根据 T2 节拍产生的控制信号做出相应的执行动作，如果测试位有效，还要根据机器指令及当前微地址寄存器中的内容进行译码，使微程
13、序转入相应的微地址入口，实现微程序的分支。 按动 CON 单元的 CLR 按钮，清微地址寄存器（MAR ）等，并将时序与单元的开关 KK2 置为单步档。 置 IN 单元数据为 00100011，按动 ST 按钮，当 MC 单元后续微地址显示为 000001时，在 CON 单元的 SD27SD20 模拟给出 IN 指令 00100000 并继续单步执行，当 MC 单元后续微地址显示为 000001 时，说明当前指令已执行完；在 CON 单元的 SD27SD20 给出 ADD 指令 00000000，该指令将会在下个 T3 被打入指令寄存器（IR） ，它将 R0 中的数据和其自身相加后送 R0；接
14、下来在 CON 单元的 SD27SD20 给出 OUT 指令 00110000 并继续单步执行，在 MC 单元后续微地址显示为 000001 时，观查 OUT 单元的显示值是否为01000110。2) 联机运行联机运行时，进入软件界面，在菜单上选择【实验】【微控器实验】 ，打开本实验的数据通路图，也可以通过工具栏上的下拉框打开数据通路图，数据通路图如图 3-2-8 所示。将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3 置为运行档，按动 CON 单元的总清开关后，按动软件中单节拍按钮，当后续微地址（通路图中的 MAR）为 000001 时，置 CON单元 SD27SD20，产生相应的机器指令，该指令将会在下个 T3 被打入指令寄存器（IR） ，在后面的节拍中将执行这条机器指令。仔细观察每条机器指令的执行过程，体会后续微地址被强置转换的过程，这是计算机识别和执行指令的根基。也可以打开微程序流程图，跟踪显示每条机器指令的执行过程。按本机运行的顺序给出数据和指令，观查最后的运算结果是否正确。
