12位RISC计算器设计

发布时间：2020-06-08 20:36

【摘要】：计算器是一个典型的大规模数字集成电路,它是一个完整的数字系统,在其内部集成了大量的数字电路模块,如算术逻辑单元ALU,控制系统各模块,显示驱动模块等,它将所有的实现其功能的模块集中在了一块芯片上,构成了一个微处理器系统,体现了微处理器设计的基本思想。 本文首先对计算器电路的基本构建思想做了比较详细的阐述,对电路的控制系统的思想进行了介绍,根据电路的控制思想,完成了对电路控制系统的设计和实现,并对传统的控制模块进行了改进和优化,使其控制功能得到扩展。电路控制采用微程序控制思想实现,使MPU实现结构化设计,利用ROM存储指令,在工作时系统再进行调用的方式进行控制,使硬件设计软件化,比传统的组合逻辑控制节约了大量的器件。 此外,本文还对计算器电路的显示和驱动做了比较深入的分析,对显示输出端口的复用及显示输出原理进行了分析,阐述了键盘扫描及LCD驱动电路的工作原理,并对电路的显示及其驱动模块做了功能仿真,仿真表明电路的复用思想得到完全实现。根据电路串行设计思想的要求,对电路的ALU进行了串行设计,并通过一位加法器和串行移位寄存器实现了串行运算的思想,通过对全减功能的仿真,验证了设计的正确性。 最后对电路的各系统模块和指令系统做了相应介绍,并对相应的重要模块进行了仿真,进一步验证了系统各模块功能的正确性。
【图文】：

第二章 计算器芯片系统架构计算器芯片芯片结构与微处理器类似，一般分为运算和控制两大部分，运算部分一般称为数据通路或执行单元，由 ALU、寄存器、移位器等组成，其功能是实现 MPU 内部对数据执行各种运算，ALU 和寄存器之间的数据交换。控制单元包括只读存储器 ROM、程序计数器 PC、地址寄存器、指令寄存器 IR，主要完成找到下一个要被运行的指令或是将被处理的程序，负责程序的流程管理，控制系统完成既定的每一项功能。图 2-1 所示为计算器原理结构框图。对于 12 位 RISC 计算器来说，数据通路包含了 ALU、数据寄存器、工作和标志寄存器，控制单元由地址模块、ROM 模块、译码模块、时钟控制器模块组成。本章将讨论 12 位 RISC 计算器的基本构建思想。

图 2-2 控制器基本框图图 2-2 所示反映了控制器的工作特性：指令寄存器中存放着即将执行的指令，这些指令是从主存中读取后暂存在这里的。操作码和操作地址经地址译码器译码过后形成一些输出信号，这些信号是产生微命令的基本逻辑依据。当然，微命令的构成还受其他的信号共同影响，如状态寄存器的输出状态，，由键盘发出的发出的控制命令，I/O 接口的相关信息，外部请求信息等。如果电路信号是分时产生的，那么还需要系统提供关于分时信号的时序信息。如基本的时钟周期，节拍信号等。指令寄存器中存放有操作地址信息，这些信息被送往地址译码电路后形成实际的操作地址，或送往主存寄存器，或直接送往运算单元，按寄存器信息选取操作对象[8]。当指令执行完成后，PC 的值加 1，以形成下一条指令的地址。当程序需要转移执行时，指令寄存器中的地址信息被地址译码电路译码为转移地址，并送入程序寄存器 PC 中，使程序地址改变，从而完成地址转移。上面的分析阐述了控制器对数据流和指令流的控制。2.1.2 微程序控制器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP323;TN47

【参考文献】

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1 赵延宾;嵌入式计算器单芯片的分析与设计[D];西安电子科技大学;2002年

本文编号：2703614