Лабораторная работа №7. Исследование работы триггеров в среде Simulink. Регистры и счетчики. Связь логических и структурных схем в Simulink.
1. Исследование работы триггеров в среде Simulink
1.1. Соберите в среде Simulink логическую схему асинхронного RS-триггера, используя два логических элемента типа «ИЛИ-НЕ» (рис. 7.1). Используя полученную модель, заполните таблицу истинности по образцу табл. 6.1.
Рис. 7.1. Логическая схема асинхронного RS-триггера
1.2. Соберите в среде Simulink схему с использованием стандартного блока S-R Flip-Flop (асинхронный RS-триггер), который находится в подбиблиотеке Simulink Extras>>Flip Flops (рис. 7.2). Сравните работу схем на рис. 7.1 и 7.2.
Рис. 7.2. Схема с использованием стандартного блока S-R Flip-Flop
Обратите внимание, что начальное состояние выхода Q асинхронного RS-триггера задается в настройках блока S-R Flip-Flop (значение поля Initial condition).
Блок Data Type Conversion (находится в Simulink>>Signal Attributes) необходим и используется для связи логических и структурных схем в Simulink. В задачу этого блока входит преобразование типа сигнала из типа double в тип boolean.
1.3. Соберите в среде Simulink схему с использованием стандартного блока J-K Flip-Flop (синхронный JK-триггер). Используя полученную модель (рис. 7.3), заполните таблицу истинности по образцу табл. 6.1. С использованием виртуального осциллографа Scope получить временные диаграммы работы триггера.
Рис. 7.3. Схема с синхронным JK-триггером
1.4. Соберите в среде Simulink схему с использованием стандартного блока D Flip-Flop (D-триггер). Используя полученную модель, заполните таблицу истинности по образцу табл. 5.1. С использованием виртуального осциллографа Scope получить временные диаграммы работы триггера.
1.5. Соберите в среде Simulink схему с T-триггером (счетным триггером), используя стандартный блок J-K Flip-Flop. Используя полученную модель, заполните таблицу истинности по образцу табл. 6.1. С использованием виртуального осциллографа Scope получить временные диаграммы работы счетного триггера.
2. Моделирование в среде Simulink работы регистров и счетчиков.
2.1. Соберите логические схемы параллельного и последовательного регистров на D-триггерах. Получите временные диаграммы работы регистров.
2.2. Построить схему инкрементирующего четырехразрядного двоичного счетчика на Т-триггерах (рис. 7.4). Получить временные диаграммы работы счетчика.
Рис. 7.4. Схема инкрементирующего четырехразрядного двоичного счетчика на Т-триггерах
2.3. Построить схему декрементирующего четырехразрядного двоичного счетчика на Т-триггерах (рис. 7.5). Получить временные диаграммы работы счетчика.
Рис. 7.5. Схема декрементирующего четырехразрядного двоичного счетчика на Т-триггерах
2.4. Построить схему реверсивного двухразрядного двоичного счетчика на Т-триггерах (рис. 7.6). Получить временные диаграммы работы счетчика.
Рис. 7.6. Схема реверсивного двухразрядного двоичного счетчика на Т-триггерах
Лабораторная работа № 8. Изучение архитектуры микропроцессорной системы "микротренажер мт-1804".
Цель работы: знакомство с конструкцией, назначением органов управления и индикации устройства "Микротренажер МТ-1804", приобретение навыков практической работы с устройством, освоение основных инструкций обработки данных и формирования простейших последовательностей микрокоманд, а также выполнение задач, реализующих основные арифметические, логические, сдвиговые операции и алгоритмические процедуры.
Подготовка к работе
1. Подготовка к работе должна начаться с изучения материала раздела 1 пособия [1] и разделов 2-3 пособия [2], причем особое внимание следует уделить следующим вопросам:
-архитектура МП-секции К1804ВС1, возможности реализации арифметических, логических и сдвиговых операций в устройстве МТ-1804;
- архитектура схемы управления адресом микрокоманды (СУАМ) К1804ВУ1 (ВУ2), возможности выбора адреса следующей микрокоманды;
назначение и принцип работы стека СУАМ;
формат микрокоманды устройства МТ-1804.
2. Ознакомиться с описанием архитектуры и конструкции устройства МТ- 1804 (разделы 2 и 3 пособия [1]), обращая внимание на следующие моменты:
- характеристики управляющей памяти (УП) устройства МТ-1804;
- особенности используемого в устройстве МТ-1804 метода записи 32-разрядных микрокоманд в УП и контроля содержимого УП;
- состав органов управления и индикации устройства МТ-1804.
3. При непосредственной подготовке к лабораторной работе необходимо:
ознакомиться с индивидуальным заданием (задачи 8.1, 8.2 и 8.3);
составить блок-схемы алгоритма для каждой из задач 8.1 - 8.3;
составить микропрограммы, обеспечивающие решение задач 8.1- 8.3. Размещение микропрограмм в УП для задач 8.1 и 8.2 определяется адресами микрокоманд, заданными в индивидуальном задании, а для задачи 8.3 размещение микропрограммы в УП может быть выбрано произвольно.
Допуск студента к работе происходит при наличии оформленного протокола, содержащего блок-схемы алгоритмов и микропрограммы для задач 8.1 - 8.3 в соответствии с индивидуальным заданием.
Задание к лабораторной работе №8
Задача 8.1. Используя инструкции "Продолжить" (0010) и "Безусловный переход" (0001) обеспечить циклическое выполнение последовательности
микрокоманд, адреса которых указаны в индивидуальном задании (табл. 8.1).
Таблица 8.1
Задача 8.2. Используя инструкции "Вызвать подпрограмму" (0101), "Вернуться" (0110) и "Безусловный переход" (0001) обеспечить циклическое выполнение микропрограммы со взаимным вложением микроподпрограмм (Мп/пр) А и В с адресами, указанными в индивидуальном задании (табл.8.2).
Таблица 8.2
Задача 8.3. Выполнить загрузку регистров R МП-секции операндами D (используя тетраду D микрокоманды) в соответствии с индивидуальным заданием (D→R, табл. 8.3). Используя содержимое только этих регистров R (не используя тетраду D микрокоманды!) и регистр Q (при необходимости хранения промежуточных результатов) с помощью арифметических, логических и/или сдвиговых операций сформировать операнды d и записать их в регистры r (d→r, табл. 8.3). Завершить программу циклическим контролем содержимого регистров R и r в порядке, предусмотренном индивидуальным заданием.
Таблица 8.3
№ варианта |
D→R |
D→R |
D→R |
d→r |
d→r |
Порядок контроля содержимого регистров |
1 |
6→0 |
3→1 |
-5→5 |
-2→2 |
4→4 |
0,1,2,4,5,0… |
2 |
-7→3 |
5→5 |
2→2 |
-4→14 |
6→6 |
2,3,5,6,14,2… |
3 |
4→6 |
-3→4 |
7→1 |
-6→5 |
2→10 |
6,4,1,5,10,6… |
4 |
-4→0 |
5→8 |
-2→7 |
3→3 |
-6→9 |
0,8,7,3,9,0… |
5 |
3→1 |
-6→6 |
-3→4 |
7→7 |
-5→5 |
1,4,5,6,7,1… |
6 |
4→11 |
-5→1 |
3→7 |
-2→2 |
6→6 |
1,2,6,7,11,1… |
7 |
-3→0 |
5→4 |
-6→1 |
3→7 |
-4→9 |
0,4,1,7,9,0… |
8 |
7→7 |
-4→4 |
2→ |
5→5 |
-2→12 |
2,4,5,7,12,2… |
9 |
-3→3 |
6→1 |
-7→7 |
-5→5 |
4→4 |
1,3,4,5,7,1… |
10 |
3→7 |
-2→2 |
6→6 |
4→11 |
-5→1 |
1,2,6,7,11,1… |
11 |
-6→1 |
3→7 |
-4→9 |
-3→0 |
5→4 |
0,4,1,7,9,0… |
12 |
2→2 |
5→5 |
-2→12 |
7→7 |
-4→4 |
2,4,5,7,12,2… |
13 |
-7→7 |
-5→5 |
4→4 |
-3→3 |
6→1 |
1,3,4,5,7,1… |
14 |
6→0 |
-5→5 |
-2→2 |
4→4 |
3→1 |
0,1,2,4,5,0… |
15 |
-7→3 |
2→2 |
-4→14 |
6→6 |
5→5 |
2,3,5,6,14,2… |
16 |
4→6 |
7→1 |
-6→5 |
2→10 |
-3→4 |
6,4,1,5,10,6… |
17 |
-4→0 |
-2→7 |
3→3 |
-6→9 |
5→8 |
0,8,7,3,9,0… |
18 |
3→1 |
-4→3 |
7→7 |
-5→5 |
-6→6 |
1,4,5,6,7,1… |
19 |
4→11 |
3→7 |
-2→2 |
6→6 |
-5→1 |
1,2,6,7,11,1… |
20 |
-3→0 |
-6→1 |
3→7 |
-4→9 |
5→4 |
0,4,1,7,9,0… |
21 |
7→7 |
2→2 |
5→5 |
-2→12 |
-4→4 |
2,4,5,7,12,2… |
22 |
-3→3 |
-7→7 |
-5→5 |
4→4 |
6→1 |
1,3,4,5,7,1… |
23 |
-2→2 |
4→4 |
3→1 |
6→0 |
-5→5 |
0,1,2,4,5,0… |
24 |
-4→14 |
6→6 |
5→5 |
-7→3 |
2→2 |
2,3,5,6,14,2… |
25 |
6→5 |
2→10 |
-3→4 |
4→6 |
7→1 |
6,4,1,5,10,6… |
26 |
3→3 |
-6→9 |
5→8 |
-4→0 |
-2→7 |
0,8,7,3,9,0… |
27 |
7→7 |
-5→5 |
-6→6 |
3→1 |
-3→4 |
1,4,5,6,7,1… |
28 |
-2→2 |
6→6 |
-5→1 |
4→11 |
3→7 |
1,2,6,7,11,1… |
Порядок выполнения работы
Сведения о режимах работы устройства МТ-1804 приведены в разд. 5 пособия [1].
При выполнении каждой задачи следует придерживаться следующего порядка:
В режиме ЗАГРУЗКА записать микропрограмму в управляющую память
устройства МТ-1804. При этом порядок перебора адресов и номеров тетрад записываемых микрокоманд может быть произвольным.
После осуществления записи микропрограммы в управляющую память осуществить чтение управляющей памяти с целью проверки правильности ее содержимого, для чего в режиме ЗАГРУЗКА перебирать адреса и тетрады используемых в микропрограмме микрокоманд и по индикатору VD8-VD5 ПАМЯТЬ убедиться в соответствии содержимого управляющей памяти листингу микропрограммы.
В данной лабораторной работе используется только пошаговый режим выполнения микропрограмм (убедиться, что переключатель SA13 находится в положении ШАГ). Переключателем SA3-SA1 МУЛЬТИПЛЕКСОР задать код 000, при этом индикатор VD12-VD9 ДАННЫЕ будет отображать адрес, формируемый СУАМ для обращения к управляющей памяти.
Оставаясь в режиме ЗАГРУЗКА, переключателями SA11-SA8 АДРЕС задать стартовый адрес выполняемой микропрограммы и нажать клавишу ПУСК. На индикаторе VD12-VD9 ДАННЫЕ при этом должен отобразиться стартовый адрес.
Перевести переключатель ЗАГРУЗКА-РАБОТА в положение РАБОТА. На индикаторе VD12-VD9 ДАННЫЕ после этого должен отобразиться адрес микрокоманды, выполняемой в микропрограмме после стартовой.
Последовательно нажимая клавишу ПУСК и наблюдая показания индикатора VD12-VD9 ДАННЫЕ убедиться в том, что реализуется последовательность микрокоманд, соответствующая блок-схеме алгоритма выполняемой задачи.
При выполнении задач 8.1 и 8.2 продемонстрировать преподавателю полученное решение, повторив пп. 4-6.
При выполнении задачи 8.3 дополнительно необходимо убедиться в правильности загрузки операндов D в регистры R, а также в правильности формирования операндов d и их загрузки в регистры r.
Для этого, выполняя циклическую проверку содержимого регистров МП-секции, необходимо наряду с контролем адреса обращения к управляющей памяти (код 000 МУЛЬТИПЛЕКСОРа) проверять информацию на выходной шине Y3-Y0 МП-секции (код 001 МУЛЬТИПЛЕКСОРа), на которую мультиплексор выходных данных МП-секции передает слово с внутренней шины F (при любом содержимом поля микрокоманды I8-I6, кроме 010).
Следует иметь при этом в виду, что при коде 000 МУЛЬТИПЛЕКСОРа отображается адрес микрокоманды, которая будет выполнена в следующем такте работы устройства, а при коде МУЛЬТИПЛЕКСОРа 001 считывается слово с внутренней шины F для микрокоманды, выполняемой в текущем такте.
Убедившись в правильной работе микропрограммы, продемонстрировать преподавателю полученное решение задачи 8.3, повторив пп. 4-6, 8.
Выполнить и проверить задания 8.1 – 8.3 с использованием эмулятора.
Вопросы для самопроверки
В чем различие между обращением к РЗУ МП-секции К1804ВС1 по адресу B3-B0 и по адресу АЗ-АО?
Каковы преимущества и недостатки временного хранения промежуточного результата операции в АЛУ в регистре Q в сравнении с хранением в РЗУ?
Может ли микрокоманда в стандартной (не учебной !) микропроцессорной системе на основе МП-секции К1804ВС1 содержать поле D3-D0?
Каково назначение регистров "Рег.А" и "Рег.В" на шинах А и В МП-секции?
В какие моменты тактового сигнала Т возможна запись информации в РЗУ? В регистры "Рег.А" и "Рег.В"? В регистр Q?
6. Из скольких источников может быть считан адрес следующей микрокоманды в СУАМ К1804ВУ1 (ВУ2)?
7. По
какому адресу будет прочитана микрокоманда,
если сигнал
СУАМ
К1804ВУ1 (ВУ2) активен?
8. Что означает словосочетание "стек глубиной четыре"?
9. Какие действия и в каком порядке выполняются при операциях PUSH и POP в СУАМ К1804ВУ1 (ВУ2)?
Каким следует задать значение поля I8-I6 в микрокомандах контроля содержимого регистров МП-секции (задача 1.3), чтобы исключить случайную модификацию содержимого регистров в процессе контроля?
Какой элемент в составе структурной схемы устройства МТ-1804 определяет отображение адреса микрокоманды, которая будет выполнена в следующем такте работы устройства (при коде 000 мультиплексора) или слова с внутренней шины F для микрокоманды, выполняемой в текущем такте (при коде мультиплексора 001)?
Чем отличается реализация управляющей памяти в устройстве МТ-1804 от реализации управляющей памяти в стандартной МПС на основе МПК К1804?
ЛИТЕРАТУРА
Дерюгин А.А., Черный В.Д. Методические указания к лабораторным работам по курсам "Микропроцессоры и микро-ЭВМ", "Средства микропроцессорной техники". Устройство обучающее "Микротренажер МТ-1804". М.: Моск. энерг. ин-т, 1986,40 с.
Черный В.Д., Соловьев А.К., Лонгинов В.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы / Под ред. И.С.Потемкина. М.: Моск. энерг ин-т, 1986, 88 с.