組成原理課程設(shè)計報告之8253定時計數(shù)器

1、<p>　　組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計報告</p><p>　　</p><p>　　課題名擴展8253定時計數(shù)器 班 名 </p><p>　　姓 名 <

2、/p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　日 期 2012.12.17 ～ 2011.12.19 </p><p><b>　　目錄</b><

3、/p><p>　　實驗?zāi)康?.........................................3</p><p>　　實驗任務(wù)..........................................3</p><p>　　實驗內(nèi)容..........................................3</p>&l

4、t;p>　　1．8253的引腳....................................3</p><p>　　2. 8253的工作方式和輸出波形.......................5</p><p>　　3．8253芯片引腳特性及外部連接.....................6</p><p>　　4．指令說明..........

5、..............................7</p><p>　　5.實驗步驟.........................................8</p><p>　　6.程序............................................12</p><p>　　四．系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果..............

6、..........................13 1.程序運行圖.......................................13 2.程序運行波形圖 ...................................19</p><p>　　五．實驗結(jié)果分析 ...................................20 <

7、;/p><p>　　六．設(shè)計總結(jié)............................................21七．附錄與參考資料......................................22八．心得體會............................................22</p><p>　　九．本次試驗連接線路圖.............

8、....................23</p><p><b>　　一、實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　1、融會貫通教材各章的內(nèi)容，通過知識的綜合運用，加深對計算機系統(tǒng)各模塊的工作原理及相互聯(lián)系的認(rèn)識，以及對計算機工作中“時間-空間”概念的理解，從而清晰地建立計算機的整機概念。</p><p>　　2、在構(gòu)成一臺完整的模型機的基礎(chǔ)上

9、，控制真實的外圍接口芯片，進行基本的接口實驗。</p><p>　　3、本實驗外擴一塊8253接口實驗板，完成定時計數(shù)器實驗。</p><p>　　4、熟悉8253定時器/計數(shù)器的功能及接口方法。</p><p><b>　　二、實驗任務(wù)</b></p><p>　　1．分析本實驗主板上8253的硬件電路原理。</

10、p><p>　　2．熟悉8253的工作原理后，運行出8253的初始化程序。</p><p><b>　　三、實驗內(nèi)容</b></p><p>　　1、8253的引腳 </p><p>　　8253有3個獨立的16位減計器通道，每一個通道有三條引線： </p>

11、;<p>　　CLK、GATE和OUT。</p><p>　?、?CLK: 輸入時鐘， 8253規(guī)定，加在CLK引腳的輸入時鐘周期</p><p>　　不能小于380ns。</p><p>　?、?GATE：門控信號輸入引腳。這是控制計數(shù)器工作的一個外部</p><p>　　信號。當(dāng)GATE引腳為低時，通常都是禁止計數(shù)器工作的；

12、只有 GATE</p><p>　　為高時，才允許計數(shù)器工作。</p><p>　　③ OUT：輸出引腳。當(dāng)計數(shù)到“0”時，OUT 引腳上必然有輸出，</p><p>　　輸出信號波形取決于工作方式。</p><p>　　8253內(nèi)部端口的選擇及每個通道的讀/寫操作的選擇如下表所示：</p><p>　　8253的端口

13、的控制子：</p><p>　　實驗電路組成原理框圖：</p><p><b>　　初始狀態(tài)：</b></p><p>　　2、 8253的工作方式和輸出波形</p><p><b>　　芯片介紹</b></p><p>　　8253芯片內(nèi)部有三個獨立的16位定時/計數(shù)器。每

14、個計數(shù)器有三個信號端，其作用是：</p><p>　　1).CLK——時鐘輸入信號</p><p>　　2).GATE——門選通信號</p><p>　　3).OUT——計數(shù)器輸出信號</p><p>　　8253有六種工作方式，分別為：</p><p>　　1).方式0：計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式</p>&

15、lt;p>　　2).方式1：可編程單次脈沖方式</p><p>　　3).方式2：分頻工作方式</p><p>　　4).方式3：方波方式</p><p>　　5).方式4：軟件觸發(fā)選通方式</p><p>　　6).方式5：硬件觸發(fā)選通方式</p><p>　　3、8253芯片引腳特性及外部連接</p&g

16、t;<p>　　⑴ 8253的引腳分配圖如圖3－19所示:</p><p><b>　?、?實驗接線</b></p><p>　?、?實驗機內(nèi)部連接同復(fù)雜模型機的設(shè)計與實驗 ，詳細(xì)如下：</p><p>　　a、跳線器J1～J12全部撥在右邊（自動工作方式）；</p><p>　　b、跳線器J16、J1

17、8、J23、J24全部撥在左邊；</p><p>　　c、跳線器J15、J19、J25全部撥在右邊，跳線器J13、J14撥在左邊；</p><p>　　d、跳線器J20～J22、J26、J27連上短路片；</p><p>　　e、UJ1連UJ2，JSE1連JSE2，SJ1連SJ2；</p><p>　　f、MBUS連BUS2</p>

18、;<p>　　g、REGBUS連BUS5；</p><p>　　h、PCBUS連EXJ2；</p><p>　　i、 ALUBUS連EXJ3；</p><p>　　j、 ALUO1連BUS1；</p><p>　　k、EXJ1連BUS3；</p><p>　　l、 ALUO2連BUS4；</p>

19、;<p><b>　　n、IJ1連IJ2</b></p><p><b>　　② 外部連接說明</b></p><p>　　· 擴展區(qū)數(shù)據(jù)總線KJ1用8芯排線連至數(shù)據(jù)總線BUS6；</p><p>　　· 擴展區(qū)KJ2用5芯排線連至外部總線區(qū)的KZ；</p><p>

20、;　　· CLK1用單針連接線連至H24；</p><p>　　· 擴展區(qū)的VCC和GND用單針連接線分別連至主控區(qū)的VCC和GND上；</p><p>　　· 擴展區(qū)短路片DL1、DL2連右邊。</p><p>　　⑶ A0、A1、CS、RD、WR五個引腳的電平與8253操作關(guān)系如表3－11所示。</p><p&

21、gt;　　4、為本實驗新設(shè)計幾條指令</p><p><b>　　⑴ 清寄存器指令</b></p><p>　　助記符 機器碼</p><p>　　CLR R 0111 00 XX</p><p>　　這是一條單字節(jié)指令，XX為寄存器選擇

22、碼，00=R0，01=R1，02=R2。其功能是清0寄存器Ri。</p><p><b>　?、?取數(shù)指令</b></p><p>　　助記符 機器碼 </p><p>　　LDA M，D，R 00XX 00XX XXXXXXXX</p><p>　　這是一條雙字節(jié)指

23、令，前面的XX（M）為尋址模式（詳見實驗九），后面XX（R）為寄存器選擇碼，00=R0，01=R1，02=R2，其功能是將（（R）+D）內(nèi)存中的內(nèi)容送到目標(biāo)寄存器R中。</p><p><b>　　5、實驗步驟</b></p><p>　?、?連好線路，并檢查無誤后接通電源。</p><p>　　⑵ 在實驗九所設(shè)計的微程序基礎(chǔ)上將表3－12

24、的微程序改寫到微程序控制存儲器中，根據(jù)上面指令格式，對8253編程，編寫如下機器指令，寫入主存，微程序流程圖見3-19（A），如果是在聯(lián)機狀態(tài)下，只要將16進制文件C8JHE5裝載到實驗機即可。然后，執(zhí)行機器指令，驗證系統(tǒng)執(zhí)行指令的正確性。</p><p><b>　　機器指令如下：</b></p><p>　　地址(二進制)　內(nèi)容(二進制)　 助記符　　

25、 說明</p><p>　　00000000　　 01000100　　 IN　R0　　 　；　"輸入開關(guān)量"→R0</p><p>　　；　輸入開關(guān)置數(shù)01110110</p><p>　　00000001　　 11110000 COUT R0，[03] ；　R0→以03H為地址的端口</p&g

26、t;<p>　　00000010　　 00000011 </p><p>　　00000011　　 01110000 CLR R0 ； 清0寄存器R0</p><p>　　00000100　　 00010000 LDA M，20H，R0 ；（（R0）+20）→R0</p><

27、;p>　　00000101　　 00100000 </p><p>　　00000110 11110000 COUT R0，[01] ；　R0→以01H為地址的端口</p><p>　　00000111 00000001 </p><p&g

28、t;　　00001000 01110000 CLR R0 ； 清0寄存器R0</p><p>　　00001001 00010000 LDA M，21H，R0</p><p>　　00001010 00100001</p><p>　　00001011 11110000

29、 COUT R0，[01] ；　R0→以01H為地址的端口 </p><p>　　00001100 00000001</p><p>　　00001101 00001000 JMP M，00H ； 00→PC</p><p>　　00001110 00000000</p>

30、<p>　　00100000 00010000 ；20H、21H單元定義時間常數(shù)</p><p>　　00100001 00000000 ；</p><p>　　其中，第一條指令從輸入設(shè)備置數(shù)01110110，是將8253置成方式3，且通道1輸出OUT1輸出方波。將機

31、器指令寫入主存，運行程序，用示波器測量OUT1端，應(yīng)有方波輸出。</p><p><b>　　實驗程序框圖</b></p><p><b>　　程序</b></p><p><b>　　$P0044</b></p><p><b>　　$P01F0</b>

32、</p><p><b>　　$P0203</b></p><p><b>　　$P0370</b></p><p><b>　　$P0410</b></p><p><b>　　$P0520</b></p><p><b&g

33、t;　　$P06F0</b></p><p><b>　　$P0701</b></p><p><b>　　$P0870</b></p><p><b>　　$P0910</b></p><p><b>　　$P0A21</b></p&g

34、t;<p><b>　　$P0BF0</b></p><p><b>　　$P0C01</b></p><p><b>　　$P0D08</b></p><p><b>　　$P0E00</b></p><p><b>　　$P0F

35、10</b></p><p><b>　　$P1000</b></p><p><b>　　$P11DE</b></p><p><b>　　$P12F7</b></p><p><b>　　$P13D9</b></p><

36、p><b>　　$P145B</b></p><p><b>　　$P15FE</b></p><p><b>　　$P16D0</b></p><p><b>　　$P17FF</b></p><p><b>　　$P1884</b

37、></p><p><b>　　$P19A8</b></p><p><b>　　$P1A14</b></p><p><b>　　$P1B07</b></p><p><b>　　$P1CA0</b></p><p><

38、;b>　　$P1D44</b></p><p><b>　　$P1EF6</b></p><p><b>　　$P1F00</b></p><p><b>　　$P2010</b></p><p><b>　　$P2100</b><

39、/p><p>　　$M00088105</p><p>　　$M0182ED05</p><p>　　$M0250C004</p><p>　　$M0304A004</p><p>　　$M04A0E004</p><p>　　$M0506E004</p><p>　　$M0

40、607A004</p><p>　　$M07A0E004</p><p>　　$M088AED05</p><p>　　$M098CED05</p><p>　　$M0A3BA004</p><p>　　$M0B018005</p><p>　　$M0C3C2004</p><

41、;p>　　$M0D0EA004</p><p>　　$M0E0FB605</p><p>　　$M0F25EA95</p><p>　　$M1083ED05</p><p>　　$M11ACED05</p><p>　　$M128DED05</p><p>　　$M13A6ED05<

42、/p><p>　　$M14011004</p><p>　　$M15010407</p><p>　　$M16168005</p><p>　　$M17019A3D</p><p>　　$M18019205</p><p>　　$M192AA205</p><p>　　$M1

43、A2CB205</p><p>　　$M1B32A205</p><p>　　$M1C33A205</p><p>　　$M1D36A205</p><p>　　$M1E378235</p><p>　　$M1FB9ED05</p><p>　　$M20019004</p><

44、;p>　　$M21018406</p><p>　　$M2281DB05</p><p>　　$M23E48005</p><p>　　$M24018005</p><p>　　$M25A0AA95</p><p>　　$M2627A004</p><p>　　$M2728BC05<

45、/p><p>　　$M2829EA95</p><p>　　$M29A0AA95</p><p>　　$M2A2BB405</p><p>　　$M2B419B95</p><p>　　$M2C2DE004</p><p>　　$M2D2EB004</p><p>　　$M2

46、E2FA205</p><p>　　$M2F019A95</p><p>　　$M3071810D</p><p>　　$M31419B95</p><p>　　$M32019A05</p><p>　　$M3335B405</p><p>　　$M3481DB05</p><

47、;p>　　$M35419BBD</p><p>　　$M36019A0D</p><p>　　$M3738882D</p><p>　　$M38019805</p><p>　　$M393AE004</p><p>　　$M3A010207</p><p>　　$M3B080A07<

48、/p><p>　　$M3C098A06</p><p><b>　　四、系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果</b></p><p><b>　　1．程序運行圖</b></p><p>　　執(zhí)行第一條指令，程序計數(shù)器將指令地址送到地址寄存器PC→AR，AR為00；PC自加1，pc由00變?yōu)?1.；存儲器RAM的內(nèi)容為00地址內(nèi)

49、的內(nèi)容01000100（44）</p><p><b>　　微地址為02， </b></p><p>　　存儲器RAM將存儲器中的內(nèi)容經(jīng)bus總線傳給指令寄存器IR，故IR的內(nèi)容為44，再傳到微控器中。</p><p><b>　　微地址為14。 </b></p><p>　　將輸入數(shù)據(jù)011101

50、10（76）經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到R0寄存器中。</p><p><b>　　微地址為01。</b></p><p>　　執(zhí)行第二條指令，程序計數(shù)器將指令地址送到地址寄存器PC→AR ，AR為01，PC自加1為02，存儲器RAM中的值為第二條即地址為01中的內(nèi)容，11110000（F0）。</p><p><b>　　微地址為02。<

51、/b></p><p>　　存儲器RMA將其內(nèi)容經(jīng)bus總線傳送到指令寄存器IR，IR為F0，再傳到微控器中。</p><p><b>　　微地址為1F。</b></p><p>　　執(zhí)行第3條指令，程序計數(shù)器將指令地址送到地址寄存器PC→AR ，AR為02，pc自加1為03，存儲器RAM中的值為第二條即地址為02中的內(nèi)容00000011

52、（03）。</p><p><b>　　微地址為39 </b></p><p>　　存儲器RAM將內(nèi)容03傳送到地址寄存器中，即地址寄存器AR為03，又經(jīng)地址總線將第四條指令03地址內(nèi)的內(nèi)容01110000（70）送到存儲器中RAM。</p><p><b>　　微地址為3A。</b></p><p&g

53、t;　　寄存器R0中的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線輸出。</p><p><b>　　微地址為01。</b></p><p>　　執(zhí)行第4條指令，程序計數(shù)器將指令地址送到地址寄存器PC→AR ，AR為03，pc自加1為04，存儲器RAM中的值為第4條即地址為03中的內(nèi)容01110000（70）。</p><p><b>　　微地址值為02。<

54、/b></p><p><b>　　微地址為17。</b></p><p>　　計數(shù)器ALU經(jīng)BUS總線將ALU中的數(shù)據(jù)內(nèi)容傳給寄存器R0，在經(jīng)BUS總線傳給299。</p><p><b>　　微地址為01</b></p><p><b>　　。。。。。。</b><

55、;/p><p><b>　　。。。。。。</b></p><p><b>　　。。。。。。</b></p><p><b>　　。。。。。。</b></p><p><b>　　2．程序運行波形圖</b></p><p>　　將觸頭插入

56、OUT1中，打開示波器即可看到示波器中的波形圖，如不大明顯可將筆觸頭貼近8253的相應(yīng)的引腳上，因引腳的效果比較明顯。</p><p><b>　　五、實驗分析</b></p><p>　　運行時要先輸入數(shù)據(jù)01110110。</p><p>　　經(jīng)以上運行結(jié)果可知，當(dāng)微地址為01時，則將運行程序計數(shù)器將其中的內(nèi)容傳給地址寄存器，后程序計數(shù)器將

57、自加1，即PC→AR，PC+1。</p><p>　　當(dāng)微地址為02時，存儲器RAM將其內(nèi)容經(jīng)bus總線傳送到指令寄存器IR，即RAM-BUS，BUS→IR。</p><p>　　當(dāng)微地址為14時，執(zhí)行SW經(jīng)BUS總線傳到R0寄存器中，即SW-BUS ，BUS-AR。</p><p>　　當(dāng)微地址為1F時，執(zhí)行程序計數(shù)器PC將其中的內(nèi)容傳給地址寄存器，后程序計數(shù)器自

58、加1，即PC→AR，PC+1。</p><p>　　當(dāng)微地址為39時，執(zhí)行存儲器RAM的內(nèi)容經(jīng)BUS總線傳到地址寄存器AR。即RAM-BUS</p><p><b>　　BUS-AR。</b></p><p>　　當(dāng)微地址為3A時，R0寄存器中的數(shù)據(jù)經(jīng)BUS總線到OUTPUT輸出。即R0-BUS，BUS-OUTPUT。</p>&

59、lt;p>　　當(dāng)微地址為17時，計數(shù)器ALU經(jīng)BUS總線將ALU中的數(shù)據(jù)內(nèi)容傳給寄存器R0。</p><p>　　當(dāng)微地址為10時，則將運行程序計數(shù)器將其中的內(nèi)容傳給地址寄存器，后程序計數(shù)器將自加1，即PC→AR，PC+1。</p><p>　　當(dāng)微地址為03時，執(zhí)行存儲器RAM經(jīng)BUS總線經(jīng)內(nèi)容傳到數(shù)據(jù)寄存器DR1。即ALU-BUS BUS-DR1。</p><

60、p>　　當(dāng)微地址為04時，執(zhí)行存儲器RAM的內(nèi)容經(jīng)BUS總線傳到地址寄存器AR。即RAM-BUS</p><p><b>　　BUS-AR。</b></p><p>　　當(dāng)微地址為11時，執(zhí)行程序計數(shù)器PC將其中的內(nèi)容傳給地址寄存器，后程序計數(shù)器自加1，即PC→AR，PC+1。</p><p>　　當(dāng)微地址為22時，執(zhí)行SW經(jīng)BUS總線傳

61、到R0寄存器中，即SW-BUS ，BUS-AR。</p><p>　　當(dāng)微地址為2C時，執(zhí)行存儲器RAM的內(nèi)容經(jīng)BUS總線傳到地址寄存器AR。即RAM-BUS</p><p><b>　　BUS-AR。</b></p><p>　　當(dāng)微地址為2D時，執(zhí)行存儲器RAM經(jīng)BUS總線將存儲器中的內(nèi)容送給數(shù)據(jù)寄存器DR2中。即RAM-BUS BUS-D

62、R2。</p><p>　　當(dāng)微地址為2E時，存儲器RAM經(jīng)BUS總線將RAM中的內(nèi)容送格給數(shù)據(jù)寄存器DR1中。即RAM-BUS BUS-DR1。</p><p>　　當(dāng)微地址為2F時，將執(zhí)行把ALU中的DR1+DR2的結(jié)果經(jīng)BUS總線傳送給寄存器R0中。即DR1+DR2-BUS BUS-R0.</p><p><b>　　六、設(shè)計總結(jié)</b>

63、</p><p>　　此次實驗，要求對8253非常了解的基礎(chǔ)上才能靈活的運用。通過查閱書籍及上網(wǎng)搜索資料知道了8253有6種工作方式。8253的工作方式有6種，不論哪種工作方式，都遵守如下幾條基本原則：</p><p>　　(1) 控制字寫入計數(shù)器時，所有的控制邏輯電路立即復(fù)位，輸出端OUT進入初始狀態(tài)。該初始狀態(tài)與工作方式有關(guān)，設(shè)置成方式0時，OUT的初始狀態(tài)為低電平，設(shè)置成其他工作方式

64、，OUT的初始狀態(tài)為高電平。</p><p>　　(2) 初始值寫入初值計數(shù)器CR以后，要經(jīng)過一個時鐘脈沖的上升沿和下降沿，將初值送入計數(shù)執(zhí)行單元，計數(shù)執(zhí)行單元從下一個時鐘開始進行計數(shù)。 </p><p>　　(3) 通常，在時鐘脈沖CLK的上升沿對門控信號GATE進行采樣，各計數(shù)器的門控信號的觸發(fā)方式與工作方式有關(guān)。在方式0、方式4中，門控信號為電平觸發(fā)；方式1、方式5中，門控信號為

65、上升沿觸發(fā)；方式2、方式3中，即可用電平觸發(fā)，也可用上升沿觸發(fā)。 </p><p>　　(4) 在時鐘脈沖的下降沿計數(shù)器進行計數(shù)。</p><p>　　1).方式0：計數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式</p><p>　　2).方式1：可編程單次脈沖方式</p><p>　　3).方式2：分頻工作方式</p><p>　　4).方式

66、3：方波方式</p><p>　　5).方式4：軟件觸發(fā)選通方式</p><p>　　6).方式5：硬件觸發(fā)選通方式</p><p>　　在這次實驗我們用到方式3，方式3為方波發(fā)生器。方波的每個周期寬度總是N個CLK脈沖周期，因此輸入的CLK脈沖信號也是具有N分頻關(guān)系。在正確選擇方式的情況下，我們?nèi)绾卧O(shè)置呢？    首先，要確定控制端

67、口地址，端口地址的確定要結(jié)合實驗具體的硬件電路來確定。</p><p>　　其次，在正確定義確定端口地址后，我們需要對端口進行控制字的寫入。</p><p>　　最后，還要寫完整的匯編程序?qū)懭刖幊誊浖?，并下載到實驗機進行驗證程序是否符合要求。</p><p><b>　　七、附錄與參考資料</b></p><p>　　1

68、、【DVCC系列】</p><p>　　計算機組成原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實驗系統(tǒng) 常德：湖南文理學(xué)院計算機學(xué)院 2009</p><p>　　2、王愛英主編 計算機組成與結(jié)構(gòu)（第四版） 北京：清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　3、唐朔飛主編 計算機組成原理（第二版） 北京：高等教育出版社，1999</p><p>　　4、網(wǎng)上搜

69、索的 與8253的相關(guān)的資料</p><p><b>　　八、心得體會</b></p><p>　　通過這3天的上機進行實驗操作，我有效的把課本上的理論知識運用到實際操作當(dāng)中，在調(diào)試過程中，我學(xué)到了很多知識 與相關(guān)的技能，讓我受益匪淺。</p><p>　　首先，主要的設(shè)計工作在于微程序控制器的設(shè)計上，需利用地址轉(zhuǎn)移邏輯來實現(xiàn)指令的跳轉(zhuǎn)，從而使

70、其能執(zhí)行完所有的指令。充分理解了微程序控制計算機的基本工作原理，了解了微程序流的控制。</p><p>　　其次，在實際的操作過程中，能把理論中所學(xué)的知識靈活地運用起來，充分的了解了8253的作用，對書面知識有了進一步的了解。通過這一次的課程設(shè)計，本來我的動手能力不怎么好，通過這一次實驗也讓我的動手能力和實踐經(jīng)驗有了一定程度的提高。充分認(rèn)識到知識的綜合運用的重要性，而且任何一個不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤蕉加锌赡軐?dǎo)致錯誤，同時這

71、次實踐使自己對計算機的工作原理有了一個系統(tǒng)的認(rèn)識，也為以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。在調(diào)試的過程中，通過排除故障，自己找尋出錯原因，問老師解疑難，如那個在調(diào)試波形時，因為我們的一點小失誤，困惑了好久，但最后還是解決了問題。通過它，不僅學(xué)會了如何判斷問題的所在原因，也讓我更加喜歡自已解決問題。</p><p>　　最后，這次課程設(shè)計使我學(xué)到了書上學(xué)不到的知識。這一次的課程設(shè)計給了我們一個在實踐中靈活運用知識的機會，讓