目 录
第一章 TEC-9计算机组成和数字逻辑实验系统介绍 ........................................................................................................ 3 一、TEC-9实验系统的特点 .............................................................................................................................................. 3 二、TEC-9实验系统的组成 .............................................................................................................................................. 5 三、实验台监控使用说明 ................................................................................................................................................ 13 四、HQFC-B1软件使用说明 .......................................................................................................................................... 16 第二章 计算机组成原理实验 .............................................................................................................................................. 18 第一节、寄存器实验 ........................................................................................................................................................ 18 第二节、 运算器组成实验 .............................................................................................................................................. 21 第三节、双端口存储器原理实验 .................................................................................................................................... 25 第四节 数据通路组成实验 ............................................................................................................................................. 30 一、寄存器读写 ............................................................................................................................................................ 32 二、写寄存器内容到存储器 ........................................................................................................................................ 34 三、写存储器到寄存器 ................................................................................................................................................ 36 四、寄存器堆RF并行输入输出 ................................................................................................................................. 39 第五节 常规型微过程控制器组成实验 ........................................................................................................................... 40 第六节 CPU组成与机器指令执行实验 .......................................................................................................................... 54 第七节 中断原理实验 ...................................................................................................................................................... 58 第三章 可编程逻辑简介 ...................................................................................................................................................... 62 第一节 可编程逻辑器件简介 .......................................................................................................................................... 62 第二节 VHDL语言简介 .................................................................................................................................................. 65 第三节QUARTUS II软件使用说明 ................................................................................................................................... 75 第四章 硬布线控制器 .......................................................................................................................................................... 89 第一节 硬布线控制器简介 .............................................................................................................................................. 89 第二节 硬布线控制设计 .................................................................................................................................................. 94 第五章 课程设计 ................................................................................................................................................................ 109 第一节 流水微程序控制器的设计与调试 ..................................................................................................................... 109 第二节 流水硬布线控制器的设计与调试 ..................................................................................................................... 117 第六章 数字逻辑门和数字系统实验 ................................................................................................................................ 121 第一节 基本逻辑门逻辑实验 ........................................................................................................................................ 121 第二节 TTL、HC和HCT器件的电压传输特性 ......................................................................................................... 123 第三节 三态门实验 ........................................................................................................................................................ 126 第四节 数据选择器和译码器 ........................................................................................................................................ 128 第五节 全加器构成及测试 ............................................................................................................................................ 129 第六节 组合逻辑中的冒险现象 ................................................................................................................................... 131 第七节 触发器 ................................................................................................................................................................ 132 第八节 简单时序电路 .................................................................................................................................................... 135 第九节 计数器 ................................................................................................................................................................ 140 第十节 四相时钟分配器 ................................................................................................................................................ 143 第十一节 可编程逻辑控制器CPLD ............................................................................................................................ 145
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实验一、3-8译码器实验............................................................................................................................................ 145 实验二、D触发器实验 .............................................................................................................................................. 147 实验三、简易分频器实验 .......................................................................................................................................... 149 实验四、简易交通灯控制实验 .................................................................................................................................. 150 实验五、七段LED数码管显示实验 ........................................................................................................................ 153 实验四、简易计数器实验 .......................................................................................................................................... 156 附录 ...................................................................................................................................................................................... 160 附录一 常用实验器件引脚图 ....................................................................................................................................... 160 附录二 CPLD管脚分配图 ............................................................................................................................................ 163 附录三 控制器与数据通路信号 ................................................................................................................................... 165
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第一章 TEC-9计算机组成和数字逻辑实验系统介绍
TEC-9它适用于《计算机组成原理》、《计算机组织和结构》和《数字逻辑和数字系统》三门课程的实验教学，是一种多用仪器。该仪器将提高学生的动手能力，提高学生对计算机整体和各组成部分的理解，提高学生对数字系统和计算机系统的综合设计能力。
安全提示:
请仔细阅读安全提示部分内容
1、CPLD（EPM3128）在做数字电路实验或非组成逻辑控制器实验时，特别在芯片中有其它内容时，请将选择开关拔到“脱机”或“微程序”位置。以避免CPLD输出的信号与数据通路和时序电路的部份信号冲突。使CPLD发热以至烧坏该芯片或烧坏数据通路部分器件（数据通路部分的总线允许信号在同一时间只允许一个信号有效）。
2、数据通路实验时，请将开关拔到“脱机”位置，数据通路信号不能同时有两种输入方式，否则易损坏其它芯片。
3、为了防止CPLD被损坏，在小板上设有隔离芯片，因此请将信号管脚设定为实验台上标有的方式（输入或者输出），输入管脚禁止设为输出管脚，输出管脚禁止设为输入管脚。否则CPLD芯片会发烫乃至损坏芯片。 4、每次数字电路/EDA实验后或用户自定义控制实验后，为了确保实验台安全，可将其内容恢复成出厂时的硬布线控制器内容（光盘中的硬布线控制器写入内容）。
一、TEC-9实验系统的特点
1. 采用单板式结构、计算机模型采用8位。简单、实用。计算机模型分为数据通路、控制器、时序电路、控制台、数字逻辑实验区五部分。各部分之间采用可插、拔的导线连接或进行开关直接选通。
2．指令系统采用4位操作码，容纳16条指令，已实现了加、减、逻辑与、存数、取数、条件转移、无条件转移、开中断、关中断、中断返回、停机11条指令，指令功能非常典型。其它指令备用。
3．数据通路采用双端口存储器作为主存，实现了数据总线和指令总线双总线体制，体现了当代CPU的设计思想。
4．运算器中ALU由2片74181实现。4个通用寄存器由1片ispLSI1016组成，设计新颖。
5．控制器采用微过程控制器和硬连线控制器两种类型，体现了当代计算机控制器设计技术的完备性。 6．控制存储器中的微代码可以通过PC机下载或由实验台PS2键盘修改，省去插、拔EEPROM芯片。
7．实验台上提供了一片在系统编程器件CPLD,学生在PC机设计好组合逻辑控制器方案后下载到CPLD中，CPLD就构成了新的控制器。控制器的设计并实现对提高计算机综合设计能力会有很大帮助。CPLD也可用于数字逻辑和数字系统的设计。
8．控制台包含8个数据开关，用于置数功能；16个逻辑电平开关，用于置信号电平；控制台有复位和启动二个单脉冲发生器，一个单独的单脉冲，用于数字电路实验和中断。控制台有5种操作：写存储器，读存储器，读寄存器，写寄存器，启动程序运行。
9．微程序控制器中的微代码输出、微地址总线、程序地址总线、数据总线、存储器地址总线、进位、双端口存储器的读、写冲突位BUSYL#和BUSYR#等都有指示灯，便于查看指令的执行过程。 10．数字逻辑和数字系统实验部分除上述可用的一片CPLD、16个电平开关和3个单脉冲按钮（复位和启动）外，还有8个指示灯，多个双列直插插座，4个8432编码驱动的数码管，4个直接驱动的数码管，1个喇叭。
11. 实验台采用监控电路，监控电路采用了128X64字符图形液晶，可以方便查看和修改寄存器、存储器、微程序控制器中的内容。
12．实验台采用了一键恢复功能，在微程序控制器代码被破坏时，通过一键恢复即可恢复到出厂状态。在
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恢复时需输入修改密码。可以防止被恶意恢复。
13．实验台配套软件可以方便查看、修改寄存器、双端口存储器、微程序控制器的内容。可以通过上端运行功能，非常方便用户查看实验运行状况。 14．实验台控制器有三种模式：
微程序：控制器为微程序控制器，微程序控制器的信号通过隔离芯片直接与数据通路信号相连。避免
了综合实验需接很多导线的问题。
脱机：微程序控制器、数据通路、硬布线控制器三部分信号完全独立。由用户通过导线连接。
硬布线：控制器为硬布线控制，硬布线控制器的信号通过隔离芯片直接与数据通路信号相连。避免了
综合实验需接很多导线的问题。 15．电源部分具有抗电源对地短路能力。
16．微程序/硬布线控制器与数据通路直接选通信号（通过控制开关选择微程序/脱机/硬布线，直接选通信
号，不需连接实验导线）：
微程序/硬布线 TJ CN# M S3 S2 S1 S0 M1 LDDR1 WRD LRW 数据通路
微程序/硬布线 CEL ALU_BUS RS_BUS SW_BUS IAR_BUS LDER M3 数据通路
微程序/硬布线 AR1_INC LDAR1 LDIAR M4 PC_INC PD_ADD LDPC 数据通路
微程序/硬布线 INTC INTS IR7 IR6 IR5 IR4 C INTQ 数据通路
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TJ CN# M S3 S2 S1 S0 M1 LDDR1 WRD LRW CEL ALU_BUS RS_BUS SW_BUS IAR_BUS LDER M3 AR1_INC LDAR1 LDIAR M4 PC_INC PD_ADD LDPC INTC INTS IR7 IR6 IR5 IR4 C INTQ
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