实验五_指令部件模块实验

实验5：单周期处理器的控制器设计实验一、实验目的1、理解随机访问存储器RAM和只读存储器ROM的操作原理。

2、理解指令类型与指令格式之间的关系，掌握取指部件、指令解析和立即数扩展器的设计方法。

3、理解每条目标指令的功能和数据通路，掌握单周期处理器的控制器设计方法。

二、实验环境Logisim-ITA V2.16.1.0。

三、实验内容1、利用Logisim中的RAM组件进行数据读写操作实验。

Logisim中RAM的地址位宽最多可设置为24位，数据位宽最多可设置为32位。

在属性窗口的数据接口中有三种不同的工作模式。

若设置为“分离的加载和存储引脚”模式，则有两个数据端口分别连接输入数据和输出数据（如图1所示）；否则，使用同一数据端口连接数据总线。

注意：当设置数据位宽为32位时，采用按字编址方式（32位），而不是采用按字节编址方式。

图1 采用分离加载和存储模式的32位数据读取实验图实验要求RAM组件的地址位宽设置为12位，数据接口模式设置为分离的加载和存储引脚模式。

实验过程与验证步骤如下：（1）设置数据位宽为32位，即可访问空间大小为16KB；连接必要的输入输出信号并选择合适的控制信号；从0地址处开始顺序写入以下两个32位的十六进制数据：0x4E4A5543、0x53657200；然后再读出所存储的数据。

（2）设置数据位宽为8位，即可访问空间大小为4KB；将输出数据端口连接到如图2所示的文本终端TTY；从0地址开始顺序写入以下八个字节的十六进制数据：4E4A554353657200；然后按字节为单位读出并输出到文本终端TTY，观察显示的内容。

图2 采用分离加载和存储模式的8位数据读取实验图（3）Logisim中RAM和ROM组件的数据输入还可以采用Logisim十六进制编辑器和直接读取二进制编码文件的方法实现。

把鼠标移到存储器组件上，点击鼠标右键，则弹出菜单框（如图3所示），选中“编辑存储内容”，则打开Logisim十六进制编辑器（如图4所示），可按照存储器设置的数据位宽，直接使用键盘输入数据；输入数据后，可点击保存按钮，把输入的数据保存到数据镜像文件(image)中。

PLC实验讲义 5plc实验讲义-5实验五常用功能指令实验一、实验目的1、掌握数据比较指令、数据传送指令、加法指令、减法指令的使用方法。

2、熟悉编译调试软件的使用。

二、实验器材1、pc机一台2、plc实验箱一台3、编程电缆一根三、实验内容1、传输指令指令符令：梯形图符令：mov_bmov_wmov_dw传输指令可以分成字节传输（mov_b）、字传输（mov_w）、双字传输（mov_dw）和实数传输指令。

在不能发生改变原值的情况下将in中的值传输至out中。

2、加法指令指令符令：add_iadd_di梯形图符令：3、减法指令指令符令：sub_isub_di梯形图符令：整数加法（add_i）或者整数减法（sub_i）指令，将两个16位整数相加或者相减，产生一个16位结果。

双整数乘法（add_di）或者双整数加法（sub_di）指令，将两个32十一位整数相乘或者相乘，产生一个32十一位结果。

加法减法in1+in2=outin1cin2=out4、比较指令字节比较指令：字比较指令：双字比较指令：比较指令用作比较两个数值：in1=in2in1>=in2in1<=in2in1>in2in1<in2in1<>in2字节（b）比较操作方式就是并无符号的。

整数（i）比较操作方式就是存有符号的。

双字（d）比较操作方式就是存有符号的。

当比较结果为真时，比较指令使能点闭合或者输出接通。

四、实验步骤1、实验前，先用下载电缆将pc机串口与s7-200-cpu224cn主机的port0端口连好，然后对实验箱通电，并打开电源开关。

主机指示灯亮，表示工作正常，可进入下一步实验。

2、步入编程调试环境，用指令符令或梯形图输出以下练程序。

3、根据程序，展开适当的连线。

（接线可以参看第一章中“输出/输入端口的采用方法”）4、浏览程序并运转，观测运转结果。

练习1、mov指令network1ldi0.0movb16#55,qb0network2ldi0.1movb16#aa,qb0network3ldi0.2movb16#a5,qb1network4ldi0.3movb16#5a,qb1练习2、加法指令network1ldi0.0movw16#0011,qw0+i16#0022,qw0network2ldi0.1movw16#1100,qw0+i16#2200,qw0练习3、减法指令network1ldi0.0movw16#0022,qw0-i16#0011,qw0network2ldi0.1movw16#2200,qw0-i16#1100,qw0练4、比较指令network1ldi0.0lpsab=6,5=q0.0lrdab<>6,5=q0.1lrdab>=6,5=q0.2lrdab<=6,5=q0.3lrdab>6,5=q0.4lppab<6,5=q0.5练5、按自已的见解修正练1――练4的程序中的指令，例如把字节指令改成字指令或双字指令，或者自已撰写另外的程序，观测运转结果。

第1篇一、实验目的1. 理解指令寄存器（Instruction Register, IR）在CPU中的作用和工作原理。

2. 掌握指令寄存器在指令执行过程中的数据流动和状态变化。

3. 通过实验加深对CPU工作流程的理解，提高对计算机硬件的认识。

二、实验原理指令寄存器是CPU中用于存放当前正在执行的指令的寄存器。

在指令执行过程中，CPU从内存中取出指令并存放到指令寄存器中，然后对指令进行解码和执行。

指令寄存器的主要功能如下：1. 存储指令：CPU从内存中读取指令并存放到指令寄存器中。

2. 指令解码：控制器分析指令寄存器中的指令，提取操作码和操作数地址。

3. 控制信号生成：根据操作码确定指令类型和操作，生成相应的控制信号。

4. 状态更新：执行指令后，更新状态寄存器中的标志位，反映运算结果的状态。

三、实验仪器与设备1. 单片机实验平台2. 示波器3. 编程软件4. 逻辑分析仪5. 信号发生器四、实验步骤1. 搭建实验环境：根据实验要求搭建单片机实验平台，连接示波器、逻辑分析仪等设备。

2. 编写程序：使用编程软件编写实验程序，实现指令寄存器的相关功能。

3. 程序下载：将编写好的程序下载到单片机中。

4. 调试程序：使用示波器、逻辑分析仪等设备对程序进行调试，观察指令寄存器在指令执行过程中的状态变化。

5. 分析实验结果：根据实验数据，分析指令寄存器在指令执行过程中的工作原理和功能。

五、实验结果与分析1. 指令存储：在实验过程中，通过编程将指令存储到指令寄存器中。

实验结果显示，指令被正确地存放到指令寄存器中。

2. 指令解码：在实验过程中，通过逻辑分析仪观察指令寄存器中的指令，发现控制器能够正确地提取操作码和操作数地址。

3. 控制信号生成：在实验过程中，通过示波器观察控制信号，发现控制器能够根据操作码生成相应的控制信号。

4. 状态更新：在实验过程中，通过逻辑分析仪观察状态寄存器中的标志位，发现执行指令后，标志位能够正确地反映运算结果的状态。

指令部件模块实验报告总结一、实验目的本次实验的主要目的是了解指令部件模块的工作原理和设计方法，掌握指令部件模块的基本功能和操作流程，以及学习如何使用Verilog HDL语言进行指令部件模块的设计和仿真。

二、实验原理指令部件模块是计算机中最重要的模块之一，它负责执行CPU中所有指令的操作。

在现代计算机中，通常采用微程序控制器来实现指令部件模块。

微程序控制器是一种存储程序控制方式，它将CPU中所有可能执行的操作都编码成一系列微操作，并将这些微操作存储在一个ROM中。

当CPU需要执行某个指令时，微程序控制器会根据该指令所对应的微程序地址从ROM中读取相应的微操作，并将其送入CPU 中。

三、实验内容本次实验主要分为以下几个步骤：1. 设计ALU模块：ALU（算术逻辑单元）是指令部件模块中最重要的组成部分之一，它负责执行所有与算术和逻辑相关的操作。

在本次实验中，我们需要使用Verilog HDL语言设计一个ALU模块，并对其进行仿真验证。

2. 设计微程序控制器模块：微程序控制器是指令部件模块中最核心的组成部分，它负责执行所有CPU指令的操作。

在本次实验中，我们需要使用Verilog HDL语言设计一个微程序控制器模块，并对其进行仿真验证。

3. 设计指令译码器模块：指令译码器是指令部件模块中的一个重要组成部分，它负责将CPU中的二进制指令转换为相应的微程序地址。

在本次实验中，我们需要使用Verilog HDL语言设计一个指令译码器模块，并对其进行仿真验证。

4. 整合各模块并进行系统仿真：在完成以上三个步骤后，我们需要将ALU、微程序控制器和指令译码器三个模块整合起来，并进行系统级别的仿真测试。

四、实验结果经过多次实验测试和优化，我们最终成功地设计出了一个完整的指令部件模块，并对其进行了系统级别的仿真测试。

在测试过程中，我们发现该指令部件模块具有以下几个显著特点：1. 高效性能：该指令部件模块采用了高效的微程序控制方式，在执行各种CPU指令时具有极高的执行效率和速度。

实验三四节传送带模拟实验一、实验目的1、熟悉和掌握SET（置位）、RST（复位）的使用方法。

2、复习定时器/计数器指令的使用方法。

二、实验器材1、ZY17PLC12BC型可编程控制器实验箱 1台2、PC机或FX-20P-E编程器 1台3、编程电缆 1根4、连接导线若干三、实验原理（1）SET指令中，X0一接通，Y0马上接通，即使X0再变成断开，Y0也保持接通。

（2）RST指令中，X1接通后，Y0马上断开，即使X1再变成断开，Y0也将保持断开。

对于M、S也是同样。

（3）对同一元件可以多次使用SET、RST指令，顺序可任意，但在最后执行的一条才有效。

（4）如果要使数据寄存器D，变址寄存器V、Z的内容清零，也可用RST指令（用常数为K0的传送指令也可得到同样的结果）。

说明：（1）使用PLS指令，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作（置1）。

（2）使用PLF指令，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作（置1）。

（3）特殊继电器不能用作PLS或PLF的操作元件。

（4）在驱动输入接通时，PLC由运行→停机→运行，此时PLS M0动作，但PLS M600（断电时由电池作后备的辅助继电器）不动作。

这是因为M600是保持继电器，即使在断电停机时也能保持。

3、控制要求本实验利用PLC控制四节传送带的运行。

传送系统由四条传送带构成，YM1，YM2，YM3，YM4分别模拟传送带1，传送带2，传送带3，传送带4并由四台电动机带动，控制要求如下：（1）给一个“启动”脉冲，起动最末一条传送带（即第4条传送带），依次延时5秒，起动其它传送带。

（2）给一个“停止”脉冲，停止最前一条传送带（即第1条传送带），依次延时5秒，停止其它传送带。

（3）若某条发生故障，“传送带N故障”有输入信号，则该传送带及其前面的传送带立即停止，以后的传送带依次延时5秒停止。

例如YM2故障，YM1，YM2立即停止，延时5秒后，YM3停，再延时5秒，YM4停。

基本指令实训考核模块使用指南实训项目：星三角降压启动控制；指示灯闪烁控制；SET、RST、PLS、PLF、MC、MCR等基本指令控制流水灯工作；数码管显示0-9（时序图编程方法实训）；交通灯模拟控制（时序图编程方法实训）；交通灯模拟控制（并行序列状态转移图编程方法实训）星三角降压启动控制实验一、实验目的熟悉使用三菱FX系列的定时器编程，通过对实例的模拟，熟练地掌握PLC基本指令的使用和程序调试。

二、实验模块1.基本指令实训模块2.计算机一台(或与FX0N系列PLC相配套的手持编程器一个)3.PC/PLC编程数据线一根4.实验导线若干三、接线1、与三菱FX系列PLC相连：2、与单片机PLC实训板相连：四、实验要求本实验要求用三个指示灯模拟KM1、KM2、KM3完成下面控制电路的控制功能：在电机启动时将电机接成星型接线，当电机启动成功后延时8秒再将电机改接成三角型接线。

五、实验过程1、按上面接线图正确连线。

2、编写合适的控制程序，并输入电脑再仿真调试。

3、把PLC程序由计算机下载到PLC主机中（注意：此过程中必须使PLC主机处于STOP 状态）；4、把PLC主机置于RUN状态，按下基本指令实训模块中的启动（S1）按钮，观察指示灯的工作是否达到所要求的控制功能。

如没有达到则修改程序。

六、注意事项：1、+24V电源两根线一定不能接反，否则必烧实训模块中的L7805。

如不幸接反，更换L7805即可！2、按钮公共端（COM）与其它公共端（COM）是不相通的。

七、思考题试着将自动星三角切换改成手动切换。

八、实验示例程序流水灯控制实验一、实验目的熟悉三菱FX系列PLC的定时器的使用，学习置位复位指令（SET、RST）、脉冲输出指令(PLS、PLF)、主控指令(MC、MCR)的使用，通过对实例的模拟，熟练地掌握PLC基本指令的使用和程序调试。

二、实验模块1.基本指令实训模块2.计算机一台(或与FX0N系列PLC相配套的手持编程器一个)3.PC/PLC编程数据线一根4.实验导线若干三、接线1、与三菱FX系列PLC相连：3、与单片机PLC学习板相连：四、实验要求按下启动按钮，模块中的L7常亮，L1和L4、L2和L5、L3和L6按顺时针方向轮流亮1秒，循环不断；按下切换按钮，L1和L4、L2和L5、L3和L6按逆时针方向轮流亮1秒，循环不断；再按下切换按钮又改变方向，直到按下停止按钮。

计算机组成原理实验(六)实验项目名: CPU指令部件实验实验要求：了解CPU重要组成部件-程序计数器、指令寄存器的构造原理，理解CPU是如何按照程序计数器的值依次取指令进行分析执行的过程。

实验内容:（1）预习。

回顾课堂中学习的关于CPU的功能、控制寄存器以及指令处理过程中数据流的相关知识。

本次试验中，将通过实验台模拟CPU顺序取指令进行处理的过程。

（2）了解实验原理，完成硬件电路的连接。

本次实验需要使用地址模块、存储器模块、程序计数器模块、指令寄存器模块和时序启停模块。

按照详细说明中关于实验电路原理的说明，理解并连接好实验电路。

（3）了解各功能模块的控制信号及使用方法，根据实验题目的要求，确定控制动作的发生顺序，设计相应的控制信号序列。

（4）通过实验台的微控制输入开关，逐条的输入微控制信号，在控制信号和时序信号的作用下，利用单步工作模式，观察指令的逐条处理过程。

实验详细说明:（1）实验逻辑框图本次实验的逻辑电路原理如上图所示，需要完成的实验连线包括：①地址锁存器模块扁缆：D0~D7;A0~A7控制信号：LDAR②存储器模块扁缆：D0~D7控制信号：CE,WE③程序计数器模块扁缆: D0~D7控制信号：PC-B, LDPC,LOAD④指令寄存器模块控制信号: LDIR⑤时序启停部件时序信号输入：程序计数器PC在上电复位后初始化为00H，PC中存放的永远是下一条将要执行的指令的地址，将PC的值作为地址访问存储器，获得指令，而后通过总线存储到指令寄存器IR中，等待分析执行，与此同时，控制PC增量。

这样，就完成了CPU一次取指令的过程。

要完成上述过程，需要通过控制信号控制数据通路及部件的操作，下面介绍本次实验涉及的各控制信号。

（2）控制信号说明(注意参考上图)①存储器操作控制信号✶LDAR，将总线上的内容锁存到存储器的地址寄存器中。

✶CE，存储器的片选使能信号。

✶WE，存储器的读/写控制信号。

Eg. 完成一次存储器读操作的控制过程。