实验四：微控制器实验

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1、实验四微控制器实验一、实验目旳1.熟悉微控制器的的控制原理。2.掌握微控制器的实现方法。二、实验要求通过控制器实验，理解计算机内部工作过程，建立计算机整机工作概念。三、控制器组成控制器是计算机的指挥和控制中心，由它把计算机的运算器、存储器、I/O设备等联系成一个有机的系统，并根据程序所特定的微指令序列对各部件的具体要求，适时地发出各种命令，控制计算机各部件有条不紊的进行工作。如图4-1所示，本系统控制器由组合逻辑与存储逻辑集合组成。两者按独立控制器的规范与标准设计，既可单独控制，亦可交替互补（混合）控制，在国内率先把PLA控制理念融入微控制器的设计与实现

2、中。图4-1　控制器组成框图1.组合逻辑型如图2-4-13所示的PLD框为组合逻辑型控制器，由可编程器件XC9572独立组成，在器件编程环境的支撑下完成微操作控制信号的设计与下载。以取得最高操作速度为设计目标，它的缺点是繁锁、杂乱、缺乏规律性，且不易修改和扩充,缺乏灵活性。组合逻辑控制器实质上是一个组合逻辑电骆，它将一组输入逻辑信号转換成一组输出控制信号，可称为硬布线控制器。2.存储逻辑型如图4-1所示的CM框为存储逻辑型微程序控制器，它是采用存储逻辑来实现的，也就是把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序，存入控制存储器中，微操作控制信号由

3、微指令产生。微程序控制器的设计思想和组合逻辑的设计思想截然不同。它具有设计规整，调试、维修以及更改、扩充指令方便的优点，易于实现自动化设计，已成为当前控制器的主流。但是，由于它增加了一级控制存储器，所以指令的执行速度比组合逻辑控制器慢。1.组合逻辑与存储逻辑结型如图4-1所示，本系统控制器由组合逻辑与存储逻辑集合组成PLA控制器，它是吸收前两种的设计思想来实现的。PLA控制器实际上也是一种组合逻辑控制器，但它又与常规的组合逻辑控制器的硬联结构不同，它是程序可编的，某一微操作控制信号由存储逻辑控制器产生。2.关于组合逻辑控制器实验组合逻辑控制器由大规模可编

4、程器件的软逻辑设计定义，渉及器件的开发环境，我们在基于“RISC”（精简指令集）处理器构成的模型机实验中论证。这里以微程序控制器为例展开控制器的原理组成与顺序控制实验。四、微程序控制器微程序控制的实质是用程序设计的思想方法来组织微操作控制逻辑，用规整的存储逻辑代替繁杂的组合逻辑。把各条指令的微操作序列以二进制编码字的形式设计成微程序，存放在控制存储器中，通过读取并执行相应的微程序实现一条指令的功能。这就是微程序控制的基本概念。1.微程序控制器的组成结构1）控制存储器CM如图4-2所示的CM框为微程序控制器，由2片6264和1片6116共三片静态存储器平行

5、组成。它们的地址通路由微程序计数器μPC供给，其寻址范围为0~7FF.控制器设有段微址，2片6264的数据端在段微址的指示下分时输出下址与微控制信息，并和6116的数据端平行组成24个途经三态门隔离驱动的微控制位（M23~M0）。M23~M19M7~M0M18……M8直控字段目的字段运算字段源字段下续微地址字段识别字段保留段表4-1　微指令的重叠结构定义2）微程序计数器μPC图4-2所示的微地址计数器框由3片161构成按字方式寻址的uPC计数器，计数器的输入端通过微总线（ubus）从指令译码器ID、微控制器（CM）的下址段捕捉非因变分量，从运算标志PSW

6、、中断请求标志INQ等标志中捕捉因变分量。计数器的输出端组成12位微地址总线，控制微程序存储器的寻址。其中u0-u10为段微址，电路构造中与2片6264的地址端“A11”相连，它零状态输出微控制信息，“1”状态输出下续微地址。它的清零端由中央外理器单元直控，上电时uPC计数器自动淸零，实验中按【返回】键亦可实现计数器的手动淸零。操作控制字段下续微地址控制字段译码微命令u10……u0M23……M0M2M1M0CM②④⑤①③PCARE/M主存IRIDPSWINQ微地址形成电路uPC微程序计数器T3T2T1图4-2　微程序控制器原理图1.微程序的执行过程图4-

7、2所标示的字号表示微程序控制的全部工作过程。1）启动取指微指令或微程序，根据程序计数器PC所提供的指令地址，从EM主存中取出所要执行的机器指令，送入指令寄存器IR、指令译码器ID中，并且完成PC+1，指向机器指令的下址单元。2）根据ID译码器中的指令码，把微地址形成电路产生的机器指令起始微地址打入μPC。3）从μPC所指定的CM控制存储器单元分时输出微操作控制字段与下续微地址控制字段。4）微指令的操作控制字段经译码或直接产生一组微命令，控制有关功能部件完成微程序所规定的微操作。5）微指令的下址段及当前PSW、INQ等标志送往微地址形成电路，产生下条微指令

8、的地址，进入读取与执行下条微指令。如此循环，直到一条机器指令的微程序全部执行完毕