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实验包括,实验目的,实验原理,实验器材六个组成部分,内在关系
篇一:
组成原理实验六
实验六微控制器实验
一、实验目的
1、掌握时序信号发生电路组成原理。
2、掌握微程序控制器的设计思想和组成原理。
3、掌握微程序的编制、写入,观察微程序的运行。
二、实验内容
1、实验原理
实验所用的时序电路原理如图3—6所示,可产生4个等间隔的时序信号TS1~TS4,其中SP为时钟信号,由实验机上时钟源提供,可产生频率及脉宽可调的方波信号。
学生可根据实验要求自行选择方波信号的频率及脉宽。
为了便于控制程序的运行,时序电路发生器设计了一个启停控制触发器UN1B,使TS1~TS4信号输出可控。
图中“运行方式”、“运行控制”、“启动运行”三个信号分别是来自实验机上三个开关。
当“运行控制”开关置为“运行”,“运行方式”开关置为“连续”时,一旦按下“启动运行”开关,运行触发器UN1B的输出QT一直处于“1”状态,因此时序信号TS1~TS4将周而复始地发送出去;当“运行控制”开关置为“运行”,“运行方式”开关置为“单步”时,一旦按下“启动运行”开关,机器便处于单步运行状态,即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机。
利用单步方式,每次只运行一条微指令,停机后可以观察微指令的代码和当前微指令的执行结果。
另外,当实验机连续运行时,如果“运行方式”开关置“单步”位置,也会使实验机停机。
2、微程序控制电路与微指令格式⑴微程序控制电路
微程序控制器的组成见图3-7,其中控制存储器采用3片E2PROM2816芯片,具有掉电保护功能,微命令寄存器18位,用两片8D触发器74LS273(U23、U24)和一片4D触发器74LS175(U27)组成。
微地址寄存器6位,用三片正沿触发的双D触发器74LS74(U14~U16)组成,它们带有清“0”端和预置端。
在不判别测试的情况下,T2时刻打入微地址寄
存器的内容即为下一条微指令地址。
当T4时刻进行测试判别时,转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态,完成地址修改。
在该实验电路中设有一个编程开关,它具有三种状态:
写入、读出、运行。
当处于“写”状态时,学生根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。
当处于“读”时,可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证,从而可以判断写入的二进制代码是否正确。
当处于“运行”状态时,只要给出微程序的入口微地址,则可根据微程序流程图自动执行微程序。
图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门(U12),目的是隔离触发器的输出,增加抗干扰能力,并用来驱动微地址显示灯。
⑵微指令格式
微指令长共24位,其控制位顺序如下:
其中UA5~UA0为6位的后续微地址,A、B、C三个译码字段,分别由三组译码控制电路译码产生各控制信号。
C字段中的P
(1)~P(4)是四个测试字位。
其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码,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,其原理如图3-8所示,图中I7~I2为指令寄存器的第7~2位输出,SE5~SE1为微控器单元微地址锁存器的强置端输出。
AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位,低电平有效。
B字段中的RSB、RDB、RIB分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号,其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码,其原理如图3-9,图中I0-I4为指令寄存器的第0~4位,LDRI为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。
篇二:
霍尔效应实验报告
大学
本(专)科实验报告
课程名称:
姓名:
学院:
系:
专业:
年级:
学号:
指导教师:
成绩:
年月日
(实验报告目录)
实验名称
一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器
四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议
霍尔效应实验
一.实验目的和要求:
1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.
2、测绘霍尔元件的VH?
Is,VH?
IM曲线了解霍尔电势差VH与霍尔元件控制(工作)电流Is、励磁电流IM之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。
4、判断霍尔元件载流子的类型,并计算其浓度和迁移率。
5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
二.实验原理:
1、霍尔效应
霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应,从本质上讲,霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积,从而形成附加的横向电场。
如右图
(1)所示,磁场B位于Z的正向,与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is(称为控制电流或工作电流),假设载流子为电子(N型
半导体材料),它沿着与电流Is相反的X负向运动。
由于洛伦兹力fL的作用,电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转,并使B侧形成电子积累,而相对的A侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fE的作用。
随着电荷积累量的增加,fE增大,当两力大小相等(方向相反)时,fL=-fE,则电子积累便达到动态平衡。
这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场EH,相应的电势差称为霍尔电压VH。
设电子按均一速度向图示的X负方向运动,在磁场B作用下,所受洛伦兹力为
fL=-eB
式中e为电子电量,为电子漂移平均速度,B为磁感应强度。
同时,电场作用于电子的力为fE?
?
eEH?
?
eVH/l式中EH为霍尔电场强度,VH为霍尔电压,l为霍尔元件宽度
当达到动态平衡时,fL?
?
fE?
VH/l
(1)
设霍尔元件宽度为l,厚度为d,载流子浓度为n,则霍尔元件的控制(工作)电流为Is?
ne
(2)由
(1),
(2)两式可得VH?
EHl?
IB1IsB
?
RHs(3)
nedd
即霍尔电压VH(A、B间电压)与Is、B的乘积成正比,与霍尔元件的厚度成反比,比例系数RH?
1
称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,根据材料的电导ne
率σ=neμ的关系,还可以得到:
RH?
?
/?
?
?
?
(4)
式中?
为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率,即单位电场下载流子的运动速度,一般电子迁移率大于空穴迁移率,因此制作霍尔元件时大多采用N型半导体材料。
当霍尔元件的材料和厚度确定时,设KH?
RH/d?
1/ned(5)
将式(5)代入式(3)中得VH?
KHIsB(6)
式中KH称为元件的灵敏度,它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小,其单位是[mV/mA?
T],一般要求KH愈大愈好。
若需测量霍尔元件中载流子迁移率μ,则有?
?
?
L
(7)?
EIVI
将
(2)式、(5)式、(7)式联立求得?
?
KH?
LIS
?
(8)lVI
其中VI为垂直于IS方向的霍尔元件两侧面之间的电势差,EI为由VI产生的电场强度,L、l分别为霍尔元件长度和宽度。
由于金属的电子浓度n很高,所以它的RH或KH都不大,因此不适宜作霍尔元件。
此外元件厚度d愈薄,KH愈高,所以制作时,往往采用减少d的办法来增加灵敏度,但不能认为d愈薄愈好,因为此时元件的输入和输出电阻将会增加,这对锗元件是不希望的。
应当注意,当磁感应强度B和元件平面法线成一角度时(如图2),作用在元件上的有效磁场是其法线方向上的分量Bcos?
,此时
VH?
KHIsBcos?
(9)
所以一般在使用时应调整元件两平面方位,使VH达到最大,即θ=0,
图
(2)
VH=KHIsBcos?
?
KHIsB
由式(9)可知,当控制(工作)电流Is或磁感应强度B,两者之一改变方向时,霍尔
电压VH的方向随之改变;若两者方向同时改变,则霍尔电压VH极性不变。
霍尔元件测量磁场的基本电路如图3,将霍尔元件置于待测磁场的相应位置,并使元件平面与磁感应强度B垂直,在其控制端输入恒定的工作电流Is,霍尔元件的霍尔电压输出端接毫伏表,测量霍尔电势VH的值。
三.主要实验仪器:
1、ZKY-HS霍尔效应实验仪
图(3)
包括电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔元件及引线。
2、KY-HC霍尔效应测试仪
四.实验内容:
1、研究霍尔效应及霍尔元件特性
①测量霍尔元件灵敏度KH,计算载流子浓度n(选做)。
②测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
③判定霍尔元件半导体类型(P型或N型)或者反推磁感应强度B的方向。
④研究VH与励磁电流IM、工作(控制)电流IS之间的关系。
2、测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小以及分布
①测量一定IM条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度B的大小。
②测量电磁铁气隙中磁感应强度B的分布。
五.实验步骤与实验数据记录:
1、仪器的连接与预热
将测试仪按实验指导说明书提供方法连接好,接通电源。
2、研究霍尔效应与霍尔元件特性
①测量霍尔元件灵敏度KH,计算载流子浓度n。
(可选做)。
a.调节励磁电流IM为0.8A,使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度B的大小。
b.移动二维标尺,使霍尔元件处于气隙中心位置。
c.调节Is=2.00?
?
、10.00mA(数据采集间隔1.00mA),记录对应的霍尔电压VH填入表
(1),描绘IS—VH关系曲线,求得斜率K1(K1=VH/IS)。
d.据式(6)可求得KH,据式(5)可计算载流子浓度n。
②测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
a.调节Is=2.00?
?
、10.00mA(间隔为1.00mA),记录对应的输入电压降VI填入表4,
描绘IS—VI关系曲线,求得斜率K2(K2=IS/VI)。
b.若已知KH、L、l,据(8)式可以求得载流子迁移率μ。
篇三:
计算机组成原理实验报告-杨睿
TH-union+
教学实验计算机系统
实验报告
学院:
信息学院姓名:
杨睿班级:
计算机1101B学号:
201X080332117指导老师:
李天工
北京联合大学教务处编印
实验一:
TH-union+教学实验计算机认识实验
一、实验目的
1.熟悉TH-union+教学实验计算机硬件环境。
2.学习实验机工作状态设置。
3.掌握实验机脱机实验的输入方法,掌握使出信息的内容和显示位置。
二、实验步骤
1.对照TH-union+实验计算机系统框图,在实验箱上查找上述每一个开关、每一个显示灯,熟记它们的功能。
2.在实验箱上找到系统功能选择开关,熟悉其设置的各种功能。
3.对控制信号开关(实验机输入设备)进行测试。
4.对数据/指令开关(实验机输入设备)进行测试。
三、实验要求
独立回答以下问题
1)说明三组拨动开关的作用,说明二个微动按钮的作用。
答:
左下方一组六个黑色拨动开关是用来选择系统的功能和工作方式的;中间一组36个红色拨动开关是用于实验中手动输入32位控制信号的;
右下方一组16个黑色拨动开关是用于实验中手动输入16位信息(机器指令、
数据或地址)
“RESET”:
实现系统重启;“START”:
实现单步进行即按机器周期进行。
2)参考基本指令表,分析说明实验机指令的操作数寻址使用了哪些寻址方式?
答:
立即数寻址、寄存器寻址、存储器寻址。
3)说明实验中功能选择开关=110100时,所选择的系统工作方式是什么;功能选择开关=100000时,所选择的系统工作方式是什么。
答:
110100:
1
6位分立电路CPU,手动置指令,微程序,联机单步工作;100000:
16位分立电路CPU,内存读指令,微程序,脱机单步工作。
四、实验总结
这次实验让我对于计算机组成原理实验课程的实验机有了初步的了解和熟悉,对我以后实验的进行有很大的帮助。
实验二:
运算器脱机实验
一.实验目的
1.了解AM2901芯片构成的运算器的内部结构和功能。
2.熟悉AM2901运算器的控制信号作用。
3.掌握用AM2901运算器个控制信号的使用方法;手动使用控制信号进行各种运算操作,观察指令执行的结果,以及对状态标志的影响。
二.实验步骤
脱机运算器实验,是让运算器从教学实验计算机的系统中脱离出来,成为一个独立的部件,学生用手动的方式控制和驱动运算器工作,了解运算器控制信号,了解运算操作得实现方法。
实验设计思路:
1.认真解读AM2901芯片的内部逻辑结构图,掌握数据通道、寄存器地址、控制信号的使用。
2.设计运算器操作时所需寄存器地址、控制信号、并填入表中。
3.设置实验机工作方式:
16位分立电路CPU,手动控制运算器单步工作。
4.进行实验机系统初始化,先按“RESET”再按“START”。
5.在机器上进行运算器脱机实验,要求:
(1)D1和D2是片外输入的数据,通过16位数据开关向运算器提供数据,设:
D1=1234H(转换成2进制机器数为:
0001001000110100)D2=5678H(转换成2进制机器数为:
0101011001111000)
(2)在三个12位红色微型开关中选择对运算器起控制作用的位,向运算器发送正确的控制信号。
(3)通过显示灯观察运算结果及状态标志,并将结果填入表中。
三、实验内容
四、实验要求
独立回答以下问题
1)实验机运算器的手动控制信号有多少个?
如何输入这些控制信号?
答:
手动控制信号有32个;在脱机状态下,开关拨到上方为1,拨到下方为0.
2)实验机寄存器有多少个?
寄存器地址有多少位?
答:
实验机寄存器有16个;地址有4位。
3)移位操作是否在ALU中完成?
说明理由。
答:
是;ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算(加减乘除)、逻辑运算(与或非异或)以及移位操作。
在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。
4)SST信号在移位操作功能中起什么作用?
答:
CZVS可以保存信号,而保存的内容由SST信号决定。
5)SSH/SCI信号在移位操作功能中起什么作用?
答:
SH/SCI信号控制Cin内容的选择。
五、实验总结
通过本次实验我们初步掌握AM9120运算器控制信号的方法,对于实验机的使用和原理
有了进一步的认识,通过实验,我们也发现了自己存在的不足,发现了自己的问题。
实验三:
微程序控制器实验
一、实验目的
1.深入理解计算机微程序控制器的功能、组织结构等重要知识。
2.深入学习计算机典型指令的执行流程。
3.系统掌握指令系统、指令分类、指令格式、寻址方式、微指令格式、微程序流程等具体概念。
二、实验步骤
微程序控制器实验是由学生手动输入一条指令,让控制器一步一步执行该指令的微程序,每一步都是按一下“START”键,直至该指令结束。
实验通过以单步执行方式执行每一条微指令,了解微程序控制器的微指令、微命令,了解典型指令的微程序流程。
实验设计思路如下:
1.认真解读AM2910芯片的内部逻辑结构图,掌握指令、微指令、微程序及其关系。
2.接通实验机电源。
3.设置TH-union+实验机工作方式:
分立电路CPU的16位脱机单步工作、手动输入指令。
4.通过16位数据开关,手动输入一条机器指令。
5.进行实验机初始化:
按RESET键;指示灯Microp亮,其它灯全灭。
6.用单步方式逐条执行指令,通过观察灯观察执行情况,并记录微地址、微指令。
三、实验内容
选择SUB指令,观察其微程序流程,详细内容见附表。
四、实验要求独立回答以下问题
1)实验机微程序控制器的CM空间是多大?
说明分析过程。
答:
微指令48位、微命令字段32位、判别位8位、下址8位,控制器的CM空间=256*48位
2)实验机微指令是多少位?
答:
48位
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