（5）、基本模型机的设计与实现
内总线 外总线 移位寄存器 运算器 指令寄存器 程序计数器 地址寄存器 主存储器 输出设备接口 输入设备接口 控制信号 信号源 微指令输出 控制信号控制信指令译码器 号 微程序控制器 指令码 控制输入 PC微机 小操作器 控制信号 控制信号 地址总线 输出设备 输入设备 微控信号输出 PC联机管理系统软件 八位LED显示 24健键盘 打印机口 监控 控制总线 时序信号产生器 CPU 数据总线 微程序控制模块 89C51控制模块 控制总线
地址总线 串口
图1-1 TDN-CM+系统硬件结构图
5、TDN-CM+系统的配置
TDN-CM+系统出厂时已全部安装完好，其中的元件配置情况如表1-2。
表1-2 TDN-CM+系统的主要配置
项目 运算器 移位器 指令程序寄存器 通用寄存器
内容 74LS181 74LS299 SRAM6116 74LS273 74LS374 数量 2 1 1 2 3 项目 输出设备 内容 GAL16V8 数码管 555 74LS123 电位器 数量 2 1 1 2 3
信号源 指令寄存器 程序计数器 微程序控制存储器 时序发生器 74LS273 74LS161 E2PROM2816 74LS175 74LS74 拨动开关 1 2 3 1 1 2 2 2 1 3 2 1 8 编辑运行方式开关 显示灯 单片机 串行通讯接口 三态开关 发光二极管 89C51 MC1488 MC1489 9针插座 5V，±12V输出 8253 8255 8259 RS-232C 集成操作系统 排线若干 1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 启停控制器 微动开关 74LS273 74LS175 74LS74 Isplsi 1016 74LS245 拨动开关 机内电源 微指令寄存器 微地址寄存器 PLD 输入设备
接口实验板 通讯电缆 软盘 实验用元件 6、TDN-CM+系统硬件环境 （1）、系统电源
TDN-CM+系统采用本公司生产的SP-15型三路高效开关电源作为系统工作和实验电源，其主要技术指标为：
输入电压：AC165—260V
输出电压/电流：5V/2A、12V/0.2A、-12V/0.2A 输出功率：15W 效率：>=75%
稳压性能：电压调整率<=0.2%
负载调整率<=0.5% 纹波系数<=0.5%
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工作环境温度：-5C——40C
系统电源已团置于电路板下方机箱内，电源开关在电路板的左上角。当关闭电源后，不要立即重新开启，关闭到重新开启之间需要至少30秒间隔。 7、系统实验单元电路 （１）、运算器单元（ALU UNIT）
运算器单元位于实验箱线路板左部，它包括运算器单元和寄存器堆单元。
1）、运算器单元（ALU UNIT）
运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并一串型８位ALU；两个8位寄存器DR１和DR２作为暂存工作寄存器，保存参数或中间结果；ＡＬＵ的输出由三态门74LS245通过排针连到数据总线上；一片８位的移位寄存器74LS299可通过排针连到数据总线上；由ＧＡＬ和74LS74锁存器组成进位标志控制电路和为零标志控制电路；进位标志和为零标志指示灯。
2）、寄存器堆单元（REG UNIT）
这部分由三片８位寄存器R0、R1、R2组成，他们用来保存操作数及中间运算结果等。三个寄存器的输入已连至BUS总线，而三个寄存器的输出共用一个RJ1引出，待用排线连至总线。 （2）、计数器与地址寄存器单元（ADDRESS UNIT）
此单元位于实验线路板的中部，由地址寄存器AR、程序计数器PC及8位地址显示灯构成。单元中程序计数器，地址寄存器的输入已接至总线，而程序计数器的输出以排针形式引
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出（ADJ6），地址寄存器的输出以排针形式引至外总线单元”EXT BUS”中的 AD7-AD0。 （3）、指令寄存器单元（INS UNIT）
指令寄存器单元中指令寄存器的输出以排针形式引出，构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序跳转控制。 （4）、时序电路单元（STATE UNIT）
时序电路单元位于装置的左上部，其电路由四部分构成：消抖电路（KK1）,时序控制（TS1,TS2,T3,TS4）,时钟信号源（Φ），拨动二进制开关组（STOP,STEP）。 其框图如下，用户只需将信号源的输出插孔相连，然后按动START(KK1)微动开关，根据STOP及STEP的状态，T1-T4将输出有规则的方波信号。其电路构成如图1-2所示。
消抖电路 START QD 时序控制 TS1 TS2 TS3 TS4
拨动开 关组 STATE UNIT STOP STEP H23 SIGNAL UNIT 时钟信号源 图1-2 时序电路单元
下面我们详细介绍其中各部分电路:
a． 单拍脉冲及消抖电路
在实验中KK2一般用来作为单拍模冲信号发生器；START:以将其输出接入时序电路中的START处，作为时序电路的启动开关。所以，START一般作为启动时序电路目的用。
b．时序控制电路，拨动快关组 STEP（单步），STOP(停机)分别是来自实验台上部的两个二进制开关STEP,STOP的模拟信号。启动是来自实验台“STATE UNIT”单元的一个微动快关START的按键信号 。当STEP=0(EXEC)时，按下START微动开关，运行触发器Cr一直处于“1”状态，因而时序信号TS1-TS4将周而复始的发送出去。若STEP=1时，按下START微动开关，机器处于单步运行状态，即此时发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只产生一条微指令，因而可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外，当机器连续运行时，如果使STOP开关置“1”(STOP)也会使机器停机。
此电路采用一片74LS175、4D触发器组成移位发生器，经译码逻辑产生不受控制的间隔时序信号TS1、TS2、TS3、TS4。该单元左侧方波信号源可产生频率及脉宽可调的方波信号。我们可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。经启停控制电路运行触发器Cr控制，产生受控的全机工作所需的节拍脉冲信号TS1-TS4。 c．信号源
此单元位于“STATE UNIT”左侧，标有“SIGANAL UNIT”，可先调节W1，使H24端输
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出用户期望的某一频率的方波信号，信号的频率在330HZ-580Hz，若希望更高的频率，则可更换电容（C*）即可；然后，再调节W2使H23端输出特定占空比的信号，供实验时用。 (5)、微控器电路单元（MICRO-CONTROLLER UNIT）
本系统的微控器单元主要由编程部分和核心微控器部分组成。
编程部分是通过编程开关的相应状态选择及由CLK,CLK0引入的节拍脉冲的控制来完成将预先定义好的机器指令对应的微代码程序写入到2816控制存贮器中，并可以对控制存贮
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器中的机器代码进行校验。该系统具有本机现场直接编程功能，且由于选用2816 EPROM芯片为控制存贮器，所以具备掉电保护功能。
核心微控器主要完成接收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解释或执行的工作。更具体讲，就是通过接收CPU指令发来的信号，找到本条机器指令对应的首条微代码的微地址入口，再通过由CLK引入的时序节拍脉冲的控制，逐条读出微代码。试验板上的微控制单元的24位显示灯(MD1-MD24)显示的状态即为读出的微指令。然后，其中几位再经过译码，一并产生试验板所需的相应控制信号，将它们加到数据通路中相应的控制位，可对该条机器指令的功能进行解释和执行。指令解释到最后，再继续接收下一条微代码对应的微地址入口，这样周而复始，即可实现机器指令程序的运行。
核心微控器同样是根据24位显示灯所显示的相应控制位，再经部分译码产生的二进制信号来实现机器指令程序顺序，分枝，循环运行的，所以，有效地定义24位微代码对系统的设计至关重要。
1）、核心微控器单元
通过编程开关的不同状态，可进行微代码的编程，校验，运行。在单元电路原理图中：
? 微地址显示灯显示的是后续微地址，而24位显示灯显示的是后续地址的二进制控
制位。
? CLK0为微地址锁存器（U24）的时钟信号，试验板中己接至“W/R UNIT ”单元的
T1中。
? 2861（U21,U22,U23）单元的片选信号（CS）在手动状态下一直为“0”，而在和PC
联机状态下，受89C51控制。
? MK1-MK24为微控制器的微代码输入二进制开关。
? MJ19为微地址输入端，微控制试验中在编程和校验状态时，我们可通过它来人为
的确定微地址单元并完成读，写操作。
CLK为微代码输出锁存器（U30,U31,U32）及后续的微地址输出锁存器的信号引出端。实验板中己将CLK接至“W/R UNIT”单元中的T2。CLR为清零信号的引出端，实验板中己接至“SWITCH UNIT”单元中最右的CLR开关上，所以此二进制开关为CLR专用。SE1-SE6端挂接到CPU的指令译码器的输出端，通过译码器确定相应机器指令的微代码入口，也可人为手动模拟CPU的指令译码器的输出，达到同一目的。
2）、编程器单元
在该实验电路中设有一编程开关（位于微控制器单元内左中部），它具有三中状态：PROM(编程)，READ(校验)，RUN(运行)。
? 处于编程状态时，微地址锁存器（U24）读有效，微代码输入三态门（U18,U19）。 ? 处于编程状态时，微地址锁存器（U24）读有效，微代码输入三态门（U18,U19,U20）
打开，后续微地址三态门（U29）关闭，同时2816（U21,U22,U23）写有效，读无效。此时若启动时序电路，即可将微代码写入到相应的微地址中，并在相应的显示灯上显示。
? 处于校验状态时，微地址锁存器（U24）读有效，微代码输入三态门（U18,U19,U20）
关闭，后续微地址三态门（U29）关闭，同时2816（U21,U22,U23）读有效，写无效。此时若启动时序电路，即可将相应的微地址中的微代码读出，并在显示灯上显
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示。
? 出于运动状态时，微地址锁存器（U24）关闭，微代码输入三态门（U18,U19,U20）
关闭，后续微地址三态门（U29）打开，同时2816(U21,U22,U23)读有效，写无效。此时若启动时序电路，即从微地址显示灯显示的地址向下运行。 （6）、 逻辑译码单元（LOG UNIT）
本单元主要功能是根据机器指令及相应的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，及三个工作寄存器R0、R1、R2的选通译码，它们共由两片GAL构成。 （7）、主存贮器单元（MAIN MEN）
此单元位于实验室装置左下方，用于存贮试验中的机器指令，其电路原理如图1-3所示。
1-3 主存贮器单元
（8）、输入设备单元（INPUT DEVICE）
此单元位于实验室装置左下角，使用8个拨动开关作为输入设备。 （9）、输出设备单元（OUTPUT DEVICE） 此单元位于实验室装置左下方，作为输出外设，输出数据进入锁存器由两个数码管显示其值。 （10）、总线单元（BUS UNIT）
本单元位于实验室装置中部，包括6组排针，它们三横向对应通连的。排针下方是和总线对应的8位数据显示灯，以显示总线上的二进制数值，将引出的排针与总线单元用8孔排针线连好，就可以构成相应的实验室电路的数据通路，其电路构成如图1-4所示。
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