微程序控制器实验

Thedocumentwasfinallyrevisedon2021微程序控制器实验评语:课中检查完成的题号及题数：课后完成的题号与题数：成绩:自评成绩:实验实验名称：微程序控制器实验日期：班级：学号：姓名：一、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。二、实验内容：1.了解如何将微码加载到微控存中，了解指令并运行。2.通过微程序控制器实验能得简单运算结果。3.设计并修改电路，编写用微程序实现存储器中两个单字节十六进制数的加法运算，结果输出至OUT单元。三、项目要求及分析：要求：操作数由IN单元输入至MEM，在由MEM中读出操作数并在ALU中运算。四、具体实现：1.按图1-3-10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。图1-3-10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)手动读写进行手动读或是写，都需要手动给出地址，系统专门安排了一个ADDR单元，做为地址输入。ADDR单元原理如图1-3-11所示，可以看出本单元实为一个加减计数器。当开关为‘加1’档时，在T2的下沿计数器进行加1计数，当开关为‘减1’档时，在T2的下沿计数器进行减1计数，当开关置为‘置数’档时，计数器置初值，其作用相当于直通，SA7…SA0的输出值就是二进制开关组的值。在实验中选择什么档位，取决于写入数据的地址是否连续，如果是连续地址，选择‘加1’或是‘减1’档会方便一些。如果是离散地址，选择‘置数’档会方便一些。图1-3-11ADDR单元原理图(1)手动对微控器进行编程（写）①按图1-3-12接好线（部分实验接线被改变，手动读写微控器完成后应予恢复）。图1-3-12手动读写微控器接线图②将MC单元编程开关置为‘编程’档，时序单元状态开关置为‘单步’档，ADDR单元状态开关置为‘置数’档。③使用ADDR单元的低6位SA5…SA0给出微地址MA5…MA0，微地址可以通过MC单元的MA5…MA0微地址灯显示。④CON单元SD27…SD20、SD17…SD10、SD07…SD00开关上置24位微代码，待写入值由MC单元的M23…M0二十四位LED灯显示。⑤启动时序电路（按动一次TS按钮），即将微代码写入到EPROM2816的相应地址对应的单元中。⑥重复③、④、⑤三步，将表1-3-2的微代码写入2816芯片中。(2)手动对微控器进行校验（读）①接线方法和编程一样。②将MC单元编程开关置为‘校验’档，时序单元状态开关置为‘单步’档，ADDR单元状态开关置为‘置数’档。③使用ADDR单元的低6位SA5…SA0给出微地址MA5…MA0，微地址可以通过MC单元的MA5…MA0微地址灯显示。相应地址单元的数据将会被读出，并在MC单元的M23…M0二十四位LED灯显示。重复本步，检查2816芯片中相应地址单元的数据是否和表1-3-2中的二进制数据相同，如果不同，则说明写入操作失败，应重新写入。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：注意，$MXXXXXXXX之间间隔必须为四个空格，不能用TAB键如$M1F112233，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。；XT）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1-3-2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。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)本机运行①将MC单元的编程开关置为‘运行’档，MEM单元的编程开关也置为‘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。②将时序单元的状态开关置为‘单拍’档，然后按动TS按钮，体会系统在T1和T2节拍中各做的工作。T1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；T2节拍根据T1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，使微程序转入相应的微地址入口，实现微程序的分支。③按动CON单元的CLR按钮，清零微地址寄存器（MAR）等，并将时序单元的状态开关置为‘单步’档。④置IN单元数据为00100011，按动TS按钮，当MC单元后续微地址显示为000001时，在CON单元的SD27…SD20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SD27…SD20给出ADD指令00000000，该指令将会在下个T2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；接下来在CON单元的SD27…SD20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1-3-8所示。将MC单元的编程开关置为‘运行’档，MEM单元的编程开关也置为‘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SD27…SD20，产生相应的机器指令，该指令将会在下个T2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。思考题：1、画出指令系统修改后微程序流程图2.编写微程序，指令如下：$M00000001;NOP$M01007070;CON(INS)->IR,P<1>$M30186004;IN->AR$M04103005;MEM->R0$M05001406;R0->A$M06186007;IN->AR$M07103008;MEM->R0$M08002409;RO->B$M0904B201;A+B->R0$M3218600A;IN->AR$M0A18300B;IN->R0$M0B200401;R0->MEM$M35000035;NOP$M33280401;RO->OUT3．机器指令验证程序$P0000$P0110$P0220$P03FF$P04FF$P05DF$P06FF$P07FF$P08BF$P09FF$P0A5F$P0BFF$P0CFF$P0DFF$P0EFF$P0FFF$P10104.联机装入调试五、调试运行结果：我们所给MEM中数据为00100011，R0中数据为00100011，最终结果正确，为01000110。六、所遇问题及解决方法：1.连线中出现问题，通过请教老师、同学得以解决。2.实验中，实验箱接触不良，通过排查解决。3.对实验中所用软件不是十分熟悉，通过请教同学才得以解决。七、实验总结：1.通过本次实验我掌握了微程序控制器的功能、组成知识，掌握了指令格式和各字段功能，掌握了微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习了基本指令的执行流程。2.通过实验，我对控制器有了更为深刻的认识，加深了其工作中数据流的去向认识。3.做实验前应该适当预习一下，这样子会知其所以然，顺利很多，同时，做实验需要持之以恒的恒心、信心与耐心，一定要认真、细心，特别微小的错误都有可能导致实验的失败，并且必须弄清楚每一步实验的原理和所需要的知识点。4.遇到问题，要寻找解决问题的方法，做事情一定要懂原理才行，这样才可以有速度完成实验。八、建议：1.实验之前尽可能带领我们熟悉本次试验的基本流程，不仅仅是理论知识的讲解；2.实验之前向大家讲解本次试验的注意事项，以免我们犯不必要的错误；3.如果可能，尽量带领我们熟悉实验操作，避免我们做实验时不知如何下手。