甘肃学院
本科学生实验报告
（一）
姓名 何京宙 学院 计算机科学学院 专业 计算机科学与技术
班级 2011级计算机科学与技术专升本班 实验课程名称 计算机组成原理 试验时间 2011年 11月 21日 指导教师及职称 武光利 实验成绩
开课时间 2011 学年 一 学期
甘肃学院实验管理中心印制
实验题目 姓 名 微控制器实验 何京宙 小组合作 是○ 否○ 2011计算机班 级 专升本班 学 号 201181210106 一、实验目的： a) 掌握时序产生器的组成原理。 b) 掌握微程序控制器的组成原理。 c) 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。 二、实验环境： CCT-IV+计算机组成原理教学实验系统一台。 三、实验内容与步骤： 1. 实验原理： 实验所用的时序电路原理如图3—1所示，可产生4个等间隔的时序信号TS1—TS4 ，其中φ为时钟信号，由实验台右上方的方波信号源提供，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，时序电路发生器也设置了一个启停控制发生器Cr，使TS1—TS4 信号输出可控。图中STEP（单步）、STOP（停机）分别是来自实验板上方中部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。START键是来自实验板上方中部的一个微动开关START的按键信号。当STEP开关为0时（EXEC），一旦按下启动键，运行触发器Cr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STEP为1（STEP）时，一旦按下启动键，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，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的
执行结果。另外，当机器连续运行时，如果STOP开关置“1”（STOP），也会使机器停机。 由于时序电路的内部连线已经连好，所以只需将时序电路与方波信号源连接（即将时序电路的时钟脉冲输入端φ接至方波信号发生器输出端H23），时序电路的CLR已接至实验板右下方的CLR模拟开关上。 2. 微程序控制电路与微指令格式 ⑴微程序控制电路 微程序控制器的组成见图3-2，其中控制存储器采用3片2816的EPROM，具有掉电保护功能，微指令寄存器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。 在该实验电路中设有一个编程开关（位于实验板右上方），它具有三种状态：PROM（编程）、READ（校验）、RUN（运行）。当处于“编程状态”时，学生可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“校验状态”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，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。 (2) 微指令格式 微指令字长共24位，其控制位顺序如下： 2
图 3-2 微控制器实验原理图 其中UA5—UA0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（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， 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，其为零有效。B字段中的RS—B、R0—B、RI—B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，，LDRi为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。 图 3-3 图 3-4
3.实验步骤 （！）图3–5为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到表3-2的二进制代码表。 图 3-5 微程序流程图
表 3-2 二进制代码表 (2) 按图3-6连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。 图 3-6 实验接线图 (3)观测时序信号 用双踪示波器（或用PC示波器功能）观察方波信号源的输出，时序电路中的“STOP”开关置为“RUN”，“STEP”开关置为“EXEC”。按动START按键，从示波器上可观察到TS1、TS2、TS3、
TS4 各点的波形，比较它们的相互关系，画出其波形，并标注测量所得的脉冲宽度，见图3-7。 图 3-7 ⑷程序控制器的工作原理： ① 编程 A.将编程开关置为PROM（编程状态）。 B.将实验板上“STATE UNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态。 C.用二进制模拟开关置微地址MA5—MA0。 D.在MK24—MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。 E.启动时序电路（按动启动按钮“START”），既将微代码写入到 EPROM 2816的相应地址对应的单元中。 F.重复C—E步骤，将表3—2的微代码写入2816。 ② 校验 A.将编程开关设置为READ（校验）状态。 B.将实验板的“STEP”开关置为“STEP”状态。“STOP”开关置为“RUN”状态。 C.用二进制开关置好微地址MA5—MA0。 D.按动“START”键，启动时序电路，读出微代码，观察显示灯MD24—MD1的状态（灯亮为“0”，灭为“1”），检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行①即可。 ③ 单步运行 A.将编程开关置于“RUN”（运行）状态。 B.实验板上的“STEP”及“STOP”开关保持原状。 C.操作CLR开关（拨动开关在实验板右下角）使CLR信号1→0→1，微地址寄存器MA5—MA0清零，从而明确本机的运行入口微地址为000000（二进制）。 2
D.按动“START”键，启动时序电路，则每按动一次启动键，读出一条微指令后停机，此时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条指令。 注意：在当前条件下，可将“MICRO—CONTROLLER”单元的SE6—SE1接至“SWITCH UNIT”中的S3——Cn对应二进制开关上，可通过强置端SE1—SE6人为设置分支地址。将SE1—SE6对应二进制开关量为“1”，当需要人为设置分支地址时，将某个或几个二进制开关置“0”，相应的微地址位即被强置为“1”，从而改变下一条微指令的地址。（二进制开关置为“0”，相应的微地址位将被强置为“1”） ④连续运行 A.将编程开关置为“RUN”（运行）状态。 B.将实验板的单步开关“STEP”置为“EXEC”状态。 C.使CLR从1→0→1，此时微地址寄存器清“0”，从而给出取指微指令的入口地址为000000（二进制）。 D.启动时序电路，则可连续读出微指令。 4.实验结果 执行校验得到的显示结果与写入得微代码一致。当将编程开关置为“RUN”（运行）状态。使CLR从1→0→1，此时微地址寄存器清“0”，从而给出取指微指令的入口地址为000000（二进制）。按动START，启动时序电路，每按动一次启动键，读出一条微指令，同理把所用的各执行一遍。
四、实验过程与分析： 一．连接线路。 在接线过程中，要注意先接线后通电，不但安全，而且还能保护好实验仪；在保证接线正确的同时也要明白其工作原理以及数据在过程中的变化。 二．实验结果。 执行校验得到的显示结果与写入得微代码一致。当将编程开关置为“RUN”（运行）状态。使CLR从1→0→1，此时微地址寄存器清“0”，从而给出取指微指令的入口地址为000000（二进制）。按动START，启动时序电路，每按动一次启动键，读出一条微指令，同理把所用的各执行一遍。 三．实验效果。 初步完成了实验的各项内容，达到了实验的预期效果。 五、实验总结： 尽管在得到老师和同学的帮助下，在自己的努力下完成了本次实验，但由于自身知识水平有限，不能很好的理解实验原理。 随着计算机组成原理实验的不断深入，遇到的问题也越来越难，在以后的学习过程中，我还需要不断的查阅相关资料知识，努力学习，以更好的来充实自己。 六、指导教师评语及成绩： 实验过程与结果完整，分析总结得当。 教师签名 武光利 成绩 批阅日期 2011 年 11月21日
