组成原理课程设计报告之8253定时计数器.docx
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组成原理课程设计报告之8253定时计数器
计算机科学与技术学院
计算机组成原理课程设计
报告书
课题名扩展8253定时计数器
班级芙蓉计算机0801
姓名黎祖吉
学号08120134
指导教师杨红杰
日期2010.12.20~2010.12.24
一、设计目的
1、融会贯通教材各章的内容,通过知识的综合运用,加深对计算机系统各模块的工作原理及相互联系的认识,以及对计算机工作中“时间-空间”概念的理解,从而清晰地建立计算机的整机概念。
2、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,进行基本的接口实验。
3、本实验外扩一块8253接口实验板,完成定时计数器实验。
4、熟悉8253定时器/计数器的功能及接口方法。
二、实验任务
1.分析本实验主板上8253的硬件电路原理。
2.熟悉8253的工作原理后,运行出8253的初始化程序。
三、设计内容
1、8253的引脚
8253有3个独立的16位减计器通道,每一个通道有三条引线:
CLK、GATE和OUT。
①CLK:
输入时钟,8253规定,加在CLK引脚的输入时钟周期
不能小于380ns。
②GATE:
门控信号输入引脚。
这是控制计数器工作的一个外部
信号。
当GATE引脚为低时,通常都是禁止计数器工作的;只有GATE
为高时,才允许计数器工作。
③OUT:
输出引脚。
当计数到“0”时,OUT引脚上必然有输出,
输出信号波形取决于工作方式。
8253内部端口的选择及每个通道的读/写操作的选择如下表所示:
8253的端口的控制子:
实验电路组成原理框图:
初始状态:
2、8253的工作方式和输出波形
芯片介绍
8253芯片内部有三个独立的16位定时/计数器。
每个计数器有三个信号端,其作用是:
1).CLK——时钟输入信号
2).GATE——门选通信号
3).OUT——计数器输出信号
8253有六种工作方式,分别为:
1).方式0:
计数结束产生中断方式
2).方式1:
可编程单次脉冲方式
3).方式2:
分频工作方式
4).方式3:
方波方式
5).方式4:
软件触发选通方式
6).方式5:
硬件触发选通方式
3、8253芯片引脚特性及外部连接
⑴8253的引脚分配图如图3-19所示:
⑵实验接线
①实验机内部连接同实验九
②外部连接说明
·扩展区数据总线KJ1用8芯排线连至数据总线BUS6;
·扩展区KJ2用5芯排线连至外部总线区的KZ;
·CLK1用单针连接线连至H24;
·扩展区的VCC和GND用单针连接线分别连至主控区的VCC和GND上;
·扩展区短路片DL1、DL2连右边。
⑶A0、A1、CS、RD、WR五个引脚的电平与8253操作关系如表3-11所示。
4、为本实验新设计几条指令
⑴清寄存器指令
助记符机器码
CLRR011100XX
这是一条单字节指令,XX为寄存器选择码,00=R0,01=R1,02=R2。
其功能是清0寄存器Ri。
⑵取数指令
助记符机器码
LDAM,D,R00XX00XXXXXXXXXX
这是一条双字节指令,前面的XX(M)为寻址模式(详见实验九),后面XX(R)为寄存器选择码,00=R0,01=R1,02=R2,其功能是将((R)+D)内存中的内容送到目标寄存器R中。
5、实验步骤
⑴连好线路,并检查无误后接通电源。
⑵在实验九所设计的微程序基础上将表3-12的微程序改写到微程序控制存储器中,根据上面指令格式,对8253编程,编写如下机器指令,写入主存,微程序流程图见3-19(A),如果是在联机状态下,只要将16进制文件C8JHE5装载到实验机即可。
然后,执行机器指令,验证系统执行指令的正确性。
机器指令如下:
地址(二进制) 内容(二进制) 助记符 说明
00000000 01000100 IN R0 ; "输入开关量"→R0
; 输入开关置数01110110
00000001 11110000COUTR0,[03]; R0→以03H为地址的端口
00000010 00000011
00000011 01110000CLRR0;清0寄存器R0
00000100 00010000LDAM,20H,R0;((R0)+20)→R0
00000101 00100000
0000011011110000COUTR0,[01]; R0→以01H为地址的端口
0000011100000001
0000100001110000CLRR0;清0寄存器R0
0000100100010000LDAM,21H,R0
0000101000100001
0000101111110000COUTR0,[01]; R0→以01H为地址的端口
0000110000000001
0000110100001000JMPM,00H;00→PC
0000111000000000
0010000000010000;20H、21H单元定义时间常数
0010000100000000;
其中,第一条指令从输入设备置数01110110,是将8253置成方式3,且通道1输出OUT1输出方波。
将机器指令写入主存,运行程序,用示波器测量OUT1端,应有方波输出。
实验程序框图
四、系统调试结果
1.程序运行图
执行第一条指令,程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR,AR为00;PC自加1,pc由00变为01.;存储器RAM的内容为00地址内的内容01000100(44)
微地址为02,
存储器RAM将存储器中的内容经bus总线传给指令寄存器IR,故IR的内容为44,再传到微控器中。
微地址为14。
将输入数据01110110(76)经数据总线传送到R0寄存器中。
微地址为01。
执行第二条指令,程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR,AR为01,PC自加1为02,存储器RAM中的值为第二条即地址为01中的内容,11110000(F0)。
微地址为02。
存储器RMA将其内容经bus总线传送到指令寄存器IR,IR为F0,再传到微控器中。
微地址为1F。
执行第3条指令,程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR,AR为02,pc自加1为03,存储器RAM中的值为第二条即地址为02中的内容00000011(03)。
微地址为39
存储器RAM将内容03传送到地址寄存器中,即地址寄存器AR为03,又经地址总线将第四条指令03地址内的内容01110000(70)送到存储器中RAM。
微地址为3A。
寄存器R0中的内容经数据总线输出。
微地址为01。
执行第4条指令,程序计数器将指令地址送到地址寄存器PC→AR,AR为03,pc自加1为04,存储器RAM中的值为第4条即地址为03中的内容01110000(70)。
微地址值为02。
微地址为17。
计数器ALU经BUS总线将ALU中的数据内容传给寄存器R0,在经BUS总线传给299。
微地址为01
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2.程序运行波形图
将触头插入OUT1中,打开示波器即可看到示波器中的波形图,如不大明显可将笔触头贴近8253的相应的引脚上,因引脚的效果比较明显。
五、实验分析
运行时要先输入数据01110110。
经以上运行结果可知,当微地址为01时,则将运行程序计数器将其中的内容传给地址寄存器,后程序计数器将自加1,即PC→AR,PC+1。
当微地址为02时,存储器RAM将其内容经bus总线传送到指令寄存器IR,即RAM-BUS,BUS→IR。
当微地址为14时,执行SW经BUS总线传到R0寄存器中,即SW-BUS,BUS-AR。
当微地址为1F时,执行程序计数器PC将其中的内容传给地址寄存器,后程序计数器自加1,即PC→AR,PC+1。
当微地址为39时,执行存储器RAM的内容经BUS总线传到地址寄存器AR。
即RAM-BUS
BUS-AR。
当微地址为3A时,R0寄存器中的数据经BUS总线到OUTPUT输出。
即R0-BUS,BUS-OUTPUT。
当微地址为17时,计数器ALU经BUS总线将ALU中的数据内容传给寄存器R0。
当微地址为10时,则将运行程序计数器将其中的内容传给地址寄存器,后程序计数器将自加1,即PC→AR,PC+1。
当微地址为03时,执行存储器RAM经BUS总线经内容传到数据寄存器DR1。
即ALU-BUSBUS-DR1。
当微地址为04时,执行存储器RAM的内容经BUS总线传到地址寄存器AR。
即RAM-BUS
BUS-AR。
当微地址为11时,执行程序计数器PC将其中的内容传给地址寄存器,后程序计数器自加1,即PC→AR,PC+1。
当微地址为22时,执行SW经BUS总线传到R0寄存器中,即SW-BUS,BUS-AR。
当微地址为2C时,执行存储器RAM的内容经BUS总线传到地址寄存器AR。
即RAM-BUS
BUS-AR。
当微地址为2D时,执行存储器RAM经BUS总线将存储器中的内容送给数据寄存器DR2中。
即RAM-BUSBUS-DR2。
当微地址为2E时,存储器RAM经BUS总线将RAM中的内容送格给数据寄存器DR1中。
即RAM-BUSBUS-DR1。
当微地址为2F时,将执行把ALU中的DR1+DR2的结果经BUS总线传送给寄存器R0中。
即DR1+DR2-BUSBUS-R0.
六、设计总结
这次实验,要求对8253非常了解的基础上才能灵活的运用。
在学习的时候知道8253有6种工作方式。
8253的工作方式有6种,不论哪种工作方式,都遵
守如下几条基本原则:
(1)控制字写入计数器时,所有的控制逻辑电路立即复位,输出端OUT进入初始状态。
该初始状态与工作方式有关,设置成方式0时,OUT的初始状态为低电平,设置成其他工作方式,OUT的初始状态为高电平。
(2)初始值写入初值计数器CR以后,要经过一个时钟脉冲的上升沿和下降沿,将初值送入计数执行单元,计数执行单元从下一个时钟开始进行计数。
(3)通常,在时钟脉冲CLK的上升沿对门控信号GATE进行采样,各计数器的门控信号的触发方式与工作方式有关。
在方式0、方式4中,门控信号为电平触发;方式1、方式5中,门控信号为上升沿触发;方式2、方式3中,即可用电平触发,也可用上升沿触发。
(4)在时钟脉冲的下降沿计数器进行计数。
1).方式0:
计数结束产生中断方式
2).方式1:
可编程单次脉冲方式
3).方式2:
分频工作方式
4).方式3:
方波方式
5).方式4:
软件触发选通方式
6).方式5:
硬件触发选通方式
在这次实验我们用到方式3,方式3为方波发生器。
方波的每个周期宽度总是N个CLK脉冲周期,因此输入的CLK脉冲信号也是具有N分频关系。
在正确选择方式的情况下,我们如何设置呢?
首先,要确定控制端口地址,端口地址的确定要结合实验具体的硬件电路来确定。
其次,在正确定义确定端口地址后,我们需要对端口进行控制字的写入。
最后,还要写完整的汇编程序写入编程软件,并下载到实验机进行验证程序是否符合要求。
七、心得体会
本次课程设计的目的是设计出一台可执行五条指令的模拟计算机,主要的设计工作在于微程序控制器的设计上,需利用地址转移逻辑来实现指令的跳转,从而使其能执行完所有的指令。
在实际的操作过程中,能把理论中所学的知识灵活地运用起来,充分的了解了8253的作用,对书面知识有了进一步的了解。
通过这一次的课程设计,也让我的动手能力和实践经验有了一定程度的提高。
充分认识到知识的综合运用的重要性,而且任何一个不严谨的地方都有可能导致错误,同时这次实践使自己对计算机的工作原理有了一个系统的认识,也为以后专业课的学习打下了基础。
在调试的过程中,通过排除故障,自己找寻出错原因,不仅学会了如何判断问题的所在原因,也让我更加喜欢自已解决问题。
这次试验使我学到了不少东西,增长了许多经验,而这些是书上学不到的。
平常我们只是在头脑中去抽象地记忆、理解那些课本上的理论知识。
有的理论知识很好懂,甚至只是靠自己死记硬背。
那样的记忆很容易被人遗忘。
这一次的课程设计给了我们一个在实践中灵活运用知识的机会,我们也通过在实践中发现问题,进而去找相关的知识去解决问题,从而巩固了理论知识。
而许多不清楚不理解的地方,在组员的积极配合下,终于解决。
这次课程设计使我受益匪浅啦!
!
六、设计总结与体会
计数器在我们的实际生活中,得到了广泛的应用。
例如,闹钟,手表,计时器等等相关计数方面的都是在计数器的原理基础上进行设计与加深的。
通过此次课程设计我较清晰的了解了它们工作的原理,以前对于它们那种陌生与神秘感觉彻底消失了。
对于我们来说此次课程设计是一次十分难得的实践的好时机,它不仅将我们所学的理论知识很好的得到了实践应用,而且也提高了我们对相关知识学习的兴趣。
这次实验,要求对8253非常了解的基础上才能灵活的运用。
在学习的时候知道8253有6种工作方式。
在实验的时候,我们如何选择这些工作方式?
如何设置这些工作方式呢?
这就需要在了解并掌握的基础上并结合实际的实验中选择我们需要的工作方式。
本次课程设计的目的是设计出一台可执行五条指令的模拟计算机,主要的设计工作在于微程序控制器的设计上,需利用地址转移逻辑来实现指令的跳转,从而使其能执行完所有的指令。
在实际的操作过程中,能把理论中所学的知识灵活地运用起来,充分的了解了8253的作用,对书面知识有了进一步的了解。
虽然在调试中会遇到各种各样的问题,但程序的调试提高了我解决问题的能力,学会了在设计中独立解决问题,也包括怎样去查找问题。
似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象,也加深了对数字电路认识和理解。
通过这次实践,充分认识到知识的综合运用的重要性,而且任何一个不严谨的地方都有可能导致错误,同时这次实践使自己对计算机的工作原理有了一个系统的认识,也为以后专业课的学习打下了基础。
计算机科学与技术学院
计算机组成原理课程设计
报告书
课题名扩展8253定时计数器
班级芙蓉计算机0801
姓名刘林
学号08120105
指导教师杨红杰
日期2010.12.20~2010.12.24
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- 组成 原理 课程设计 报告 8253 定时 计数器
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