微程序控制器实验

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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

2、为控制存储器,微程序控 制器原理框图如图 3-2-1 所示。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E2PR0M,具有掉电 保护功能，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

3、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。Ml 4d a an ? sr刖“ a liiii nai :卜 mi i aw汁 dHlI : F ywi :Ml : h ui i帖tiSai 11 4Uli1云【1尙。町I Q即0 3-2-2 栅序控別器鳳捶国在实验平台中设有一组编程控制开关KK3、KK4、KK5 （位于时序与操作台单元），可实现对 存储器（包括存储器和控制存储器）的三种操作：编程、校验、运行。考虑到对于存储器（包 括存储器和控制存储器）的操作大多集中在一个地址连续的

4、存储空间中，实验平台提供了便利的手动操作方式。以向 00H 单元中写入 332211 为例，对于控制存储器进行编辑的具体 操作步骤如下：首先将KK1拨至停止档、KK3拨至编程档、KK4拨至控存档、 KK5 拨至置数档，由 CON 单元的 SD05SD00 开关给出需要编辑的控存单元首地 址（000000）, IN单元开关给出该控存单元数据的低8位（00010001）,连续两次按动时序 与操作台单元的开关ST （第一次按动后MC单元低8位显示该单元以前存储的数据，第 二次按动后显示当前改动的数据），此时 MC 单元的指示灯 MA5MA0 显示当前地址（000000），M7M0显示当前数据（000

5、10001）。然后将KK5拨至加1档，IN单元 开关给出该控存单元数据的中8位（00100010），连续两次按动开关ST,完成对该控存单元 中 8 位数据的修改，此时 MC 单元的指示灯 MA5MA0 显示当前地址（000000）， M15 M8 显示当前数据（ 00100010）；再由 IN 单元开关给出该控存单元数据的高 8 位（00110011），连续两次按动开关ST，完成对该控存单元高8位数据的修改此时MC单元 的指示灯 MA5MA0 显示当前地址（000000）， M23M16 显示当前数据（00110011）。 此时被编辑的控存单元地址会自动加1（01H）,由IN单元开关依次给出该

6、控存单元数据的 低 8 位、中 8 位和高 8 位配合每次开关 ST 的两次按动，即可完成对后续单元的编辑。单元囂it*中OH(HI 10001C ) IHUHUHI Wl KKK1L棒止划程馳-Wnn /KK WitW! 划程 KM 控点 辟-.UliST H JI IHIIIWJLKKJ - WitW! 斗Ifi!KM 控拆険-.Hl刃 5 JI /编辑完成后需进行校验，以确保编辑的正确。以校验 00H 单元为例，对于控制存储器进行 校验的具体操作步骤如下：首先将 KK1 拨至停止档、 KK3 拨至校验档、 KK4 拨至 控存档、 KK5 拨至置数档。由 CON 单元的 SD05SD00

7、开关给出需要校验的 控存单元地址（000000），连续两次按动开关 ST，MC 单元指示灯 M7M0 显示该单元 低8位数据（00010001）； KK5拨至加1档，再连续两次按动开关ST，MC单元指示 灯 M15M8 显示该单元中 8 位数据（00100010）；再连续两次按动开关 ST， MC 单元 指示灯M23M16显示该单元高8位数据（00110011）。再连续两次按动开关ST,地 址加 1， MC 单元指示灯 M7M0 显示 01H 单元低 8 位数据。如校验的微指令出错， 则返回输入操作，修改该单元的数据后再进行校验，直至确认输入的微代码全部准确无误为 止，完成对微指令的输入。m也

8、元WMhl (rmmHHi :wrfl1 .biWWY(FKIIUXMO :(rmniXMi ；/XSlinn-KlirillIIIIIHI 川 1M|SW4 凹|5|工凹11制11KK WKK】 1止m - Wil；颂挖蛙KK3技验KK：-按共KKH J?KK1的KK-1 -側KK-UliKKE MlK 陆-WS!、HTn n. /X HT-n. .1/ 灯-n/位于实验平台 MC 单元左上角一列三个指示灯 MC2、MC1、MC0 用来指示当前操作的微 程序字段，分别对应M23M16、M15M8、M7M0。实验平台提供了比较灵活 的手动操作方式，比如在上述操作中在对地址置数后将开关 KK4

9、拨至减 1档，则每次 随着开关 ST 的两次拨动操作，字节数依次从高 8 位到低 8 位递减，减至低 8 位后，再 按动两次开关ST,微地址会自动减一，继续对下一个单元的操作。微指令字长共 24 位，控制位顺序如表 3-2-1：H林今梧式2321201918-151M211-98-65-01E31E2EDI0HS3-S0E.-l:字段HA5-HkO其中 MA5MA0 为 6 位的后续微地址， A、 B、 C 为三个译码字段，分别由三个控制位译 码出多位。C字段中的P为测试字位。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，从而实现完成对指令的识别，并实现微程序的分支

10、，本系 统上的指令译码原理如图 3-2-3 所示，图中 I7I2 为指令寄存器的第 72 位输出， SE5 SE0 为微控器单元微地址锁存器的强置端输出，指令译码逻辑在 IR 单元的 INS_DEC(GAL20V8)中实现。从图 3-2-2 中也可以看出，微控器产生的控制信号比表 3-2-1 中的要多，这是因为实验的 不同，所需的控制信号也不一样，本实验只用了部分的控制信号。本实验除了用到指令寄存器(IR)和通用寄存器R0夕卜，还要用到IN和OUT单元，从微 控器出来的信号中只有 IOM、 WR 和 RD 三个信号，所以对这两个单元的读写信号还应先 经过译码，其译码原理如图 3-2-4 所示。

11、 IR 单元的原理图如图 3-2-5 所示， R0 单元原理 如图 3-2-7 所示， IN 单元的原理图见图 2-1-3 所示， OUT 单元的原理图见图 3-2-6 所示。ieS7m:匸*CJ7.i jn叫 h =rIR：r- ira 3-2-3指孕译码原1国0 3-2-4读写控和超辑HKMJ1K3 3-2-7 IW 尿捶30 3-2-5 IH单元血理国匸K3 3-2-fi Oi l单元尿捶同3. JDtfifr 也“：MEK#环H5科电iftnj. .mH5科电ift rt?rmn?nn七E .-.RC!实验中机器指令由 CON 单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微程序控制

12、 器自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，见图 3-2-8 所示。几条机器指令对应的参考微程序流程图如图 3-2-9 所示。图中一个矩形方框表示一条微指 令，方框中的内容为该指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数 字是该条指令的后续微地址，所有微地址均用 16 进制表示。向下的箭头指出了下一条要执 行的指令。P为测试字，根据条件使微程序产生分支。将全部微程序按微指令格式变成二进制微代码，可得到表 3-2-2 的二进制代码表。3-2-2二进刑械世码去地址十六进和高五位S3-SU入宇段H手段c手段MA5-MAW0000 00 01000000000000000000000

13、0010100 70 70ooaoo00001110000011100000 100 2 1 05ooaoo0600010010OGG0001010501 B2 01000001001Oil0010660000013000 1 1 0 1ooaoo00000010100000001003218 30 01000110Q00OilQ00OQQ0000013328 0 1 010010100000000100000000013500 00 35ooaoo0600060GOOOGG1101013.2.4 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

14、 总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。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：锻折令榕式说明：a 工工昭且至I占进制宙址 邀折爭标志如$皿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】一【装载】”功能将该格式（*.TXT）文件装载入实验系统。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