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微程序控制器实验

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、写入方法。

3观察并掌握微程序的运行过程。

二．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。这样就可以用一个由多条微指令组成的序列表示

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，称为控制

存储器，微程序控制器原理框图如图3.25所示。

图3.25微程序控制器组成原理框图

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，

从时序发生器设计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，分为两拍TS1和TS2。

本实验所用的微程序控制器单元主要由编程部分和核心微控器组成，如图3.26所示。

其中，控制存储器采用3片2816的E2PROM构成，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触发器（175）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，通过一个74LS245输入

微地址，并通过MA5~MA0显示；微代码由CON单元的SD27~SD20、SD17~SD10、SD07~SD00

共24个二进制开关给出，通过3个74LS245输入并在M23~M0上显示；T1为微地址输出锁

存器（74LS74）、微代码输出锁存器（74LS273、74LS175）的时钟信号。在不判别测试的情

况下，T1时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T2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；

CLR为清零信号的引出端，实验平台中已接至CON单元中最右边的CLR按钮上，该二进制

按钮为CLR专用；SE3~SE0端挂接到CPU指令译码器的输出端，通过译码器确定相应机器指

令的微代码入口，也可人为手动模拟CPU指令译码器的输出，达到同样的目的。

编程部分通过编程开关的相应状态选择及由T1引入的节拍脉冲，来完成将预先定义的

微程序代码写入具有掉电保护功能的控制存储器中，并可以对控制存储器中的程序进行校验，

方便实现本机现场直接编程功能。

程序开关位于实验平台的左边中部，它具有三种状态：编程、校验、运行。

(1)处于“编程”状态时，微地址由ADDR单元给出，微代码输入三态门打开，后续微

地址三态门关闭，同时控制存储器2816写有效、读无效。此时若启动时序电路，即可根据

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，并在相应的显示灯上

显示。

(2)处于“校验”状态时，微地址由ADDR单元给出，微代码输入三态门关闭，后续微

地址三态门关闭，同时控制存储器2816读有效、写无效。可以读出相应微地址中的微代码

并在微代码显示灯（M23~M0）上显示，对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，判断

写入的二进制代码是否正确。

(3)处于“运行”状态时，微地址由微地址寄存器给出，微代码输入三态门关闭，后续

微地址三态门打开，同时2816读有效、写无效。此时若启动时序电路，即从微地址显示灯

（MA5~MA0）显示的微程序入口微地址开始，根据微程序流程图自动执行微程序。

编程和校验状态均需要按照接线图接线。

此外，图中的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。

核心微控器主要是接收机器指令译码器送来的代码，使控制转向相应机器指令对应的首

条微代码程序，对机器指令的功能进行解释或执行的工作。具体来讲，就是通过接收CPU

指令译码器发来的信号，找到该机器指令对应的首条微代码的入口微地址，再通过由T1引

入的时序节拍脉冲的控制，逐条读出微代码。然后，其中几位经过译码，一并产生实验平台

所需的控制信号，将它们加到数据通路中相应的控制位，可对该机器指令的功能进行解释和

执行。指令解释到最后，再继