嵌入式的8位cisc模型机设计 课程设计

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1、嵌入式的8位CISC模型机设计目录一、设计目的-2-二、设计题目及要求-2-三、设计方案-2-1.模型机的总体设计-2-3.模型机机器指令格式和指令系统-3-4．时序产生器的设计原理及时序波形图-3-5.微程序流程图-4-6、微程序控制器单元-5-8、机器语言的源程序-6-四、设计的过程与步骤-6-1、设计各单元电路-6-ALU单元-6-状态条件寄存器单元-6-暂存寄存器、通用寄存器、地址寄存器、指令寄存器单元-7-1：2分配器单元-7-3选1数据选择器单元-7-4选1数据选择器单元-7-程序计数器单元-7-主存储器单元-7-时序产生

2、器单元-7-微程序控制器单元-7-2、设计CISC模型机的顶层电路图-8-五、模型机的各单元VHDL源程序-8---ALU的VHDL源程序ALU.vhd-8---状态条件寄存器的VHDL源程序LS74.vhd-9---8位数据寄存器的VHDL源程序LS273.vhd-10---1：2分配器的VHDL源程序FEN2.vhd-10---3选1数据选择器单元VHDL源程序MUX3.vhd-11---4选1数据选择器单元VHDL源程序MUX4.vhd-11---程序计数器单元VHDL源程序PC.vhd-12---主存储器单元VHDL源程序RO

3、M16.vhd-13---时序产生器单元的VHDL源程序COUNTER.vhd-13---控制存储器CONTROM的VHDL源程序CONTROM.vhd-15---微命令寄存器MCOMMAND的VHDL源程序MCOMMAND.vhd-16---微地址转换器F2的VHDL源程序F2.vhd-17---微地址转换器F3的VHDL源程序F3.vhd-18-六、模型机的单元电路图及系统顶层电路图-18-七、模型机的功能仿真和硬件验证-24-1、功能仿真波形图-24-2、硬件验证-25--24-八、设计总结-25-九、参考文献-25-课程设计题

4、目：组成原理课程设计嵌入式的8位CISC模型机设计一、设计目的通过课程设计加深对计算机各功能部件的理解；掌握数据信息流和控制信息流的流动和实现过程，建立起整机概念；培养设计、开发和调试计算机的能力。提高使用EDA工具软件和可编程器件芯片的基本技能。培养科学研究的独立工作能力，取得工程设计与组装调试的实践和经验。二、设计题目及要求设计一台8位的CISC模型机，要求具有以下验证程序所要求的功能：求出1到任意一个整数N之间的所有奇数之和并输出显示，和为单字长。说明：N从开关输入，和从数码管输出，然后输出显示停止。要求学生掌握CISC模型机的

5、组成和工作原理，学会QuertusEDA软件的使用，能用VHDL硬件描述语言设计一个能完成一定功能的模型计算机，并通过仿真一个程序的执行来验证模型机设计的正确性。三、设计方案1.模型机的总体设计模型机的总体设计的内容包括确定各种部件的设置以及它们之间的数据通路结构。CISC模型机由CISC微处理器、地址寄存器AR、ROM和RAM存储器等组成。微处理器由算术逻辑运算单元ALU、状态条件寄存器、累加器AC、数据暂存器DR、通用寄存器R0～R2、程序计数器PC、指令寄存器IR、操作控制器和时序产生器组成。CISC模型机的操作控制器采用微程序

6、控制器。根据模型机功能要求，画出如图1所示模型机数据通路框图。-24-图1模型机数据通路框图2.微程序控制器的组成原理框图微程序控制器组成原理框图如图2。它主要由控制器、微指令寄存器和地址转移逻辑电路三大部分组成，其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。图2微程序控制器组成原理框图3.模型机机器指令格式和指令系统CISC模型机的指令系统采用复杂的指令格式、多种指令字长度和多种寻址方式，但指令功能强大，单条指令的执行速度较慢。根据所要求的功能，模型机的指令系统共设计了8条不同的功能指令。指令字长度有单字长（1个字节）和双字

7、长（2个字节）两种；寻址方式有三种，分别是寄存器寻址、直接寻址和立即寻址。这8条指令是IN1（输入），MOV（将一个数送入寄存器），CMP（比较），JB（小于跳转），ADD（两数相加），INC（自增1），JMP（无条件跳转），OUT1（输出）。模型机的指令系统中共有8条基本指令，表1出每条指令的助记符号、指令格式和功能。表18条机器指令的助记符号、指令格式和功能4．时序产生器的设计原理及时序波形图-24-CISC微处理器的时钟信号Q和清除信号CLR由外部输入，节拍脉冲信号Ti由时序产生器产生。图3述了节拍脉冲信号与外部时钟信号、清除信

8、号的时序关系。图3T1、T2、T3、T4与CLR、Q之间的时序关系图由图3看出，节拍脉冲信号T1、T2、T3、T4实际上是以Q为时钟输入信号的计数状态经过译码器译码后生成的，因此可写出节拍脉冲信号的逻辑表达式，并用VHD