扩展8255并行口实验(组成与结构实验)

南京晓庄学院

信息与技术学院

计算机组成原理与结构课题

实

验

报

告

实验名称：扩展8255并行口实验

年级专业班级：级专业班级

学号：姓名：

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时间：2013 年11 月23 日

一、实验目的、要求：

1）在构成一台完整的模型机的基础上，控制真实的外围接口芯片，进行基本的8255并行口实验。

2）熟悉用微过程控制模型机的数据通路，使学生掌握系统各功能模块的基本工作原理

3）培养学生单片机应用系统的设计能力；

4）使学生较熟练地应用电子线路CAD工具完成单片机系统的硬件设计任务

5）学习设计与调试计算机的基本步骤及方法。

6）将预习时编写的五条机器指令的微程序上机调试，通过执行机器指令，掌握各部联机运行情况，进一步建立整机概念。

二、实验仪器设备、器件及环境：

仪器设备名称规格型号编号备注

DVCC-C8J

20112037 计算器组成原理实验系统

H20110598

PC00112E42

三、实验方法、原理：

实验模型机CPU结构

[1] 运算器单元（ALU UINT）

运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并－串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。ALU的S0～S3为运算控制端，Cn 为最低进位输入，M为状态控制端。ALU的输出通过三态门74LS245连到数据总线上，由ALU-B控制该三态门。

[2] 寄存器堆单元（REG UNIT）

该部分由3片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数用中间运算结构等。三个寄存器的输入输出均以连入数据总线，由LDRi和RS-B根据机器指令进行选通。

[3] 指令寄存器单元（INS UNIT）

指令寄存器单元中指令寄存器（IR）构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序的跳转，由LDIR控制其选通。

[4] 时序电路单元（STA TE UNIT）

用于输出连续或单个方波信号，来控制机器的运行。

[5] 微控器电路单元（MICRO－CONTROLLER UNIT）

微控器主要用来完成接受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，对该条机器指令的功能进行解释或执行的工作。由输入的W/R信号控制微代码的输出锁存。由程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）实现程序的取指功能。

[6] 逻辑译码单元（LOG UNIT）

用来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，及工作寄存器R0、R1、R2的选通译码。

[7] 主存储器单元（MAIN MEM）

用于存储实验中的机器指令。

[8] 输入输出单元（INPUT/OUTPUT DEVICE）

输入单元使用八个拨动开关作为输入设备，SW-B控制选通信号。

输出单元将输入数据置入锁存器后由两个数码管显示其值。

四、实验内容、步骤：

部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应与一个微程序。

本实验采用4条机器指令：IN（输入）、COUT（端口写指令）、CIN（端口读指令）、JMP （无条件转移）其指令格式如下（前4位为操作码）：

助记符机器指令码说明

IN 0000 0000 “外部开关量输入”的开关状态→R0

CIN addr 0010 0000 xxxxxxxx BUS→[addr]

COUT addr 0011 0000 xxxxxxxx [addr ] →BUS

JMP addr 0100 0000 xxxxxxxx addr →PC

为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。

存储器读操作（KRD）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SW A为“00”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。

存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SW A为“01”时，按START微动开关，可对RAM进行连续手动写入。

启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“11”时，按START 微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行

五、实验现象、结果：

以下是扩展8255并行口模型的设计和实现的调试的基本步骤：

①连续运行

A、将编程开关置为RUN（运行）状态，“STEP”置为“STEP ”，“STOP”置为“RUN”。

B、使CLR1→0→1 ，微地址寄存器清零，程序计数器清零。按动START键，系统连续运行程序，稍后将STOP拨至“STOP”时，系统停机。

C、停机后，可检查存数单元（0B）中的结果是否和理论值一致。

D、在联机运行程序时，进入DEBUG调试界面，使CLR1→0→1，序的首地址为00H，按相应功能键即可联机运行、调试程序。

②单步运行程序

1、运用联机软件的传送文件功能（F4）将该格式文件传入实验系统。

2、使编程开关处于“RUN”状态，STEP处于“STEP”状态，STOP处于（STOP）状态。

3、拨动总清开关CLR（0－>1），微地址清零，PC计数器清零，程序首地址为00H。