实验4-4. 微控制器实验：程序计数器PC与地址寄存器AR实验

一、实验目的：1．掌握地址单元的工作原理；2．掌握PC的两种工作方式，加1计数和重装计数器初值的实现方法；3．掌握地址寄存器AR从程序计数器PC获得数据和从内部总线BUS获得数据的实现方法。

二、实验原理：采用总线多路开关联接方式

地址单元主要由三部分组成：程序计数器PC、地址寄存器AR和多路开关BUSMUX。程序计数器PC用以指出下一条指令在主存中的存放地址，CPU正是根据PC的内容去存取指令的。因程序中指令是顺序执行的，所以PC有自增功能。程序计数器提供下一条程序指令的地址，如图4-64所示，在T4时钟脉冲的作用下具有自动加1的功能；在LDPC信号的作用下可以预置计数器的初值（如子程序调用或中断相应等）。当LDPC为高电平时，计数器装入data[ ]端输入的数据。aclr是计数器的清0端，高电平有效（高电平清零）；aclr为低电平时，允许计数器正常计数。

地址寄存器AR（DFF_8）锁存访问内存SRAM的地址。地址寄存器AR的地址来自两个渠道，一是程序计数器PC的输出，通常是下一条指令的地址；二是来自于内部数据总线的数据，通常是被访问操作数的地址。为了实现对两路输入数据的切换，在FPGA的内部通过总线多路开关BUSMUX进行选择。LDAR与多路选择器的sel相连，当LDAR为低电平，选择程序计数器的输出；当LDAR为高电平时，选择内部数据总线的数据。

图4-64 程序计数器原理图

三、实验任务：按照图4-64，程序计数器原理图编辑、输入电路，实验台选择0工作模式。对输入原理图进行编译、引脚锁定、并下载到实验台。

1．首先下载pc_unit.sof，用模式键选模式“0”，再按一次右侧的复位键；键2和键1可输入8位总线数据B[7..0]（此值显示于发光管D1~D8和数码管2/1）；CLR（键5）按2次(010)，产生一正脉冲，高电平清零；LDAR（键6）=0时，BUSMUX输出程序计数

器PC的值；LDAR=1时，BUSMUX输出B[7..0]总线数据。LDPC（键7）：程序计数器PC预置控制端，当LDPC=1时，将B[7..0]总线数据装入程序计数器PC；当LDPC=0时，程序计数器PC处于计数自动工作状态，对T4进行计数；T4（键8）：程序计数器PC的计数时钟CLK，键8按动两次产生一个计数脉冲。

2．通过B[7..0]设置程序计数器的预加载数据。当LDPC=0时，观察程序计数器自动加1的功能；当LDPC=1时，观察程序计数器加载输出情况。示例操作步骤如下：

（1）所有键置0，键2/键1输入A5；按键5PC计数器清0(010)； （2）连续按动键8，可以从数码8/7上看到AR的输出，即PC值；

（3）按键6，输出高电平 ’1’，选通直接输出总线上的数据A5作为PC值，按键8，产生一个脉冲上升沿，即可看到AR（显示在数码8/7）的输出为A5；

（4）使键6=0，仍选通PC计数器输出，这时键2/1输入86，按键7产生一个上升脉冲(010)，即用LDPC将86加载进PC计数器；

（5）连续按动键8，可以发现AR的输出在86上累加输出：86、87、88等。 四、实验报告：1、实验原理；2、实验结果分析、讨论。

五、思考题：1．说明顺序执行程序时，将PC的值送AR，从AR所指向的RAM地址单元取出指令的操作步骤；2．执行分支/转移程序与执行顺序程序时，对地址单元的操作有何区别？3．请说明实现PC值自动加1，指向下一个地址单元的操作过程，给出控制信号的时序波形，；4．要实现程序的分支和转移，需对图4-64中的程序计数器PC和地址寄存器AR作怎样的操作？应改变哪些控制信号？

#include

float Max＝0，Min＝0; ／*全局变量*／ void main()

{ float average（float array［ ］，int n）; float ave，score[10]； int ｉ；

for（ｉ＝０；ｉ＜１０；ｉ＋＋）

scanf（″％ｆ″，＆ｓｃｏｒｅ［ｉ］）； ave= average（ｓｃｏｒｅ，１０）； printf(“max=%6.2f＼nmin=%6.2f＼n

average=%6.2f＼n“，Max，Min，ave)； }

float average（float array［ ］，int n）

／* 定义函数，形参为数组 */ ｛ int ｉ；

float aver，sum=array［０］； Max=Min=array［０］； for（ｉ=１；ｉ＜ｎ；ｉ＋＋）

｛ if（array［ｉ］＞Max）Max＝array［ｉ］； else if（array［ｉ］＜Min）Min＝ array［ｉ］； sum=sum+array［ｉ］； ｝

aver＝ｓｕｍ／ｎ； return（ａｖｅｒ）； ｝