разработка 8ми разрядного микропроцессора…

Введение
1 Составление словесного алгоритма
2 Синтез операционного устройства
3 Синтез управляющего устройства в формате автомата Мура
3.1 Построение схемы алгоритма в микрооперациях
3.2 Построение схемы алгоритма в микрокомандах
3.3 Построение графа функционирования
3.4 Кодирование состояний устройства
3.5 Структурная схема управляющего устройства
3.6 Построение таблицы функционирования комбинационного узла
3.7 Запись логических выражений для выходных величин комбинационного узла
3.8 Построение схемы комбинационного узла и процессора
4 Программирование операции умножение на базе МК51
Литература

Рис. 7. Структурная схема управляющего устройства.
3.6 Построение таблицы функционирования комбинационного узла
Таблица функционирования содержит графы, в которые заносятся данные текущего состояния, значения выходных условий, данные следующего состояния, в которое должно перейти устройство, и выходные сигналы комбинационного узла. Функционирование комбинационного узла разрабатываемого управляющего устройства представлено в табл. 6.
Заполнение таблицы производится следующим образом.
Берется начальное состояние a0 и записывается кодовая комбинация из табл. 5.
Заполняется колонка следующего состояния, которое по графу задает состояние a1 и записывается кодовая комбинация из табл. 5.
Колонка «условие перехода» согласно графу не содержит значений и поэтому записывается «-».
Колонка «сигналы установки триггеров регистра» заполняется в зависимости от того, из какого состояния в какое переходит комбинационный узел и соответственно какие значения необходимо сформировать на выходах триггеров.
Если в триггер был записан 0, а нужно записать 1, то 1 подается на нужный вход S, если в триггер была записана 1, а нужно записать 0, то 1 подается на вход R.
Колонка управляющих сигналов заполняется согласно графу.
Далее можно заполнять другую строку таблицы, выбрав очередную стрелку на графе. В табл. 6 отражены все стрелки, изображенные на графе.
Таблица 6. Функционирование комбинационного узла.
Текущее состояние Следующее состояние Условие
перехо-да Выходные сигналы Обоз-
наче-ние Кодовая комбина-ция Обозначение Кодовая комбина-ция Сигналы установки триггеров регистра Управляющие сигналы микроопераций Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q1 a0
a1
a1
a1
a2
a2
a2
a3
a4
a4 0
0
0
0
0
0
0
0
1
1 0
0
0
0
1
1
1
1
0
0 0
1
1
1
0
0
0
1
0
0 a1
a0
a2
a2
a3
a3
a4
a4
a2
a2 0
0
0
0
0
0
1
1
0
0 0
0
1
1
1
1
0
0
1
1 1
0
0
0
1
1
0
0
0
0 -
x2
-
S1
R1
S2, R1
S2, R1
S1
S1
S3, R2
S3, R2, R1
R3, S2
R3, S2 y1, y2, y3
-
y4
y5
y6
y7
y8, y9
y8, y9
y4
y5 3.7 Запись логических выражений для выходных величин комбинационного узла
Для каждой строки таблицы функционирование комбинационного узла запишем логическое выражение в следующей форме: в левой части выражения перечислим переменные, приведенные в графе выходных величин, а в правой части – логическое выражение, представленное через текущее состояние ai и значения условий перехода. Все логические выражения приведены в табл. 7.
Таблица 7. Функционирование комбинационного узла.
Состояние Условие Сигналы триггеров Управляющие сигналы Логические выражения a0
a1
a1
a1
a2
a2
a2
a3
a4
a4 -
x2
-
S1
R1
S2, R1
S2, R1
S1
S1
S3, R2
S3, R2, R1
R3, S2
R3, S2 y1, y2, y3
-
y4
y5
y6
y7
y8, y9
y8, y9
y4
y5 S1, y1, y2, y3 = a0
R1 = a1. x2
S2, R1, y4 = a1.
S2, R1, y5 = a1.
S1, y6 = a2.
S1, y7 = a2.
S3,R2, y8, y9 = a2 .
S3, R2, R1, y8, y9 = a3
R3, S2, y4 = a4 .
R3, S2, y5 = a4 .
Определим логическое выражение для каждой выходной величины. Для этого записываем равенство, в левой части которого указываем выходную величину, в правой части – связанные через операцию дизъюнкции (логическое сложение) правые части тех из ранее составленных выражений, в которых представлена данная выходная величина. Полученные выражения приводим к минимальной форме и записываем в табл. 8.
Таблица 8.
Выходные величины Логические выражения для комбинационного узла Логические выражения для каждой выходной величины 1 2 3 S1 S1, y1, y2, y3 = a0
S1, y6 = a2.
S1, y7 = a2. S1= a0+a2.+ a2. = a0+a2.(+ ) R1 R1 = a1. x2
S2, R1, y4 = a1.
S2, R1, y5 = a1.
S3, R2, R1, y8, y9 = a3 R1 = a1. x2+ a1. + a1. +a3 = a1+ a3 S2 S2, R1, y4 = a1.
S2, R1, y5 = a1.
R3, S2, y4 = a4 .
R3, S2, y5 = a4 . S2 = a1. + a1. + a4 . + a4 . = a1. + a4. = .( a1+ a4)
R2 S3,R2, y8, y9 = a2 .
S3, R2, R1, y8, y9 = a3 R2 = a3+ a2 . S3 S3,R2, y8, y9 = a2 .
S3, R2, R1, y8, y9 = a3 S3= a2 . +a3 R3 R3, S2, y4 = a4 .
R3, S2, y5 = a4 . R3= a4 . + a4 . = a4 . y1
y2
y3 S1, y1, y2, y3 = a0
y1 = a0; y2 = a0; y3 = a0
y4 S2, R1, y4 = a1.
R3, S2, y4 = a4 . y4 = a1. + a4 . =.( a1+ a4) y5 S2, R1, y5 = a1.
R3, S2, y5 = a4 . y5 = a1. + a4 . =.( a1+ a4) y6 S1, y6 = a2. y6 = a2. y7 S1, y7 = a2. y7 = a2. y8
y9 S3,R2, y8, y9 = a2 .
S3, R2, R1, y8, y9 = a3 y8 = a3+ a2 . ; y9 = a3+ a2 .
3.8 Построение схемы комбинационного узла и процессора
По полученным данным в пункте 3.7 строится логическая схема комбинационного узла. Входящие в выражения значения а0, а1, а2, a3, определяемые комбинацией значений Q2 и Q1, могут быть получены с помощью дешифратора. Остальная часть схемы строится в соответствии с полученными для выходных величин логическими выражениями. Схема комбинационного узла приведена на рис. 8.
Рис. 8. Логическая схема комбинационного узла.
Рис. 9. Логическая схема управляющего устройства.
Рис. 10. Логическая схема процессора.
4 Программирование операции умножение на базе МК51
Для выполнения операции умножения воспользуемся регистрами R1, R2 и R3. Все действия в МК51 осуществляются через аккумулятор A, поэтому предусмотрим его обнуление в программе. Флаг переноса C будем использовать для анализа пар битов множителя и для передачи результата из аккумулятора, который и будет служить нам для временного хранения промежуточного результата, в регистр R2. В регистр R2 будет записан результат умножения. Так как регистр R2 восьми разрядный, то операцию сдвига нужно выполнить восемь раз для получения правильного результата. Регистр R3 будем использовать в качестве счетчика.
0000 C3 CLR C ; обнуление флага перенос
0001 E4 CLR A ; обнуление аккумулятора
0002 7905 MOV R1,#05 ; загрузка множимого в R1
0004 7A05 MOV R2,#05 ; загрузка множителя в R2
0006 7B04 MOV R3,#08 ; загрузка счетчика R3
0008 CA XCH A,R2 ; обмен содержимым A и R2
0009 13 RRC A ; сдвиг A вправо
000A CA XCH A,R2 ; обмен содержимым A и R2
000B 5001 JNC 000E ; переход, если С=0
000D 29 ADD A,R1 ; сложение A и R1
000E 13 RRC A ; сдвиг A вправо
000F CA XCH A,R2 ; обмен содержимым A и R2
0010 13 RRC A ; сдвиг A вправо
0011 CA XCH A,R2 ; обмен содержимым A и R2
0012 DBF7 DJNZ R3,000B ; переход, если R3 ? 0
Ниже приведена программа в шестнадцатеричных кодах, записанных в память.
---- PGM ROM ---
0000 C3 E4 79 05 7A 05 7B 04 - CA 13 CA 50 01 29 13 CA
0010 13 CA DB F7
Вся программа занимает в памяти 20 байт и в ней используется 7 команд: CLR, MOV, XCH, RRC, JNC, ADD, DJNZ. Команды используют различное количество байт в памяти, и на их выполнение затрачивается различное количество машинных циклов (см. табл. 10).
Таблица 10.
Команда Байт Циклов /тактов Количество выполненных команд Всего тактов CLR
MOV
XCH
RRC
JNC
ADD
DJNZ 1
1
1
1
2
1
2 1/12
1/12
1/12
1/12
2/24
1/12
2/24 2
3
18
17
8
2
8 24
36
216
204
192
24
192 Итого: 888
Литература
Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Учебник для техникумов. Москва, «Горячая линия - ТЕЛЕКОМ», 2002
Каган Б.М., Каневский М.М. Цифровые вычислительные машины и системы. Под редакцией Б.М. Кагана. Изд. 2-е, перераб. Учебное пособие для вузов. М.: «Энергия», 1974
8
22
22