无累加器MCU计算器芯片的设计

摘要

计算器芯片已普遍应用于各类计算器中，但因其广泛而持久的市场，对其进行设计优化，进一步降低芯片成本，依然是设计者及制造者关心的重要课题。
　　论文采用正向设计的方法，在分析了市场上计算器基本功能的基础上，对计算器内部数据的处理方式进行了反复的研究。针对计算器内部数据流的特点，在普通MCU方案的基础上，取消了累加器，统一了指令长度;取消了多余的指令，增删了寻址方式，提出了无累加器结构的MCU来作为新的计算器核心，有效地简化了MCU结构，减小了芯片面积。
　　论文工作主要包括:优化了MCU的结构，去除了计算器运算中的累加器;精简了指令集，仅保留必要的11条指令;根据计算器的特点改进了寻址方式;使用RISC指令，单字节指令，单指令周期。
　　论文首先介绍了课题背景和系统框架结构，分析了取消累加器的原因并对无累加器MCU的结构进行了详细介绍。与传统计算器用MCU相比，逻辑门由1000门减少到200门，大幅度减少了构成系统的晶体管数目，达到了减少芯片面积、降低生产成本的目的;其次介绍了新增计算器专用RAM寻址方式;最后对计算器的算法及电路的测试方案进行了介绍，给出了配套的软硬件测试方案及指令编译系统。文末的附录中给出了MCU指令编码速查表和兼容芯片的功能及指标。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景

1．2 研究的主要内容及意义

1．3 论文的结构

第2章 计算器的组成及其功能

2．1 计算器的总体结构及功能

2．2 工作流程

第3章 MCU的工作原理及实现

3．1 MCU系统的结构

3．2 MCU的构成

3．2．1 取指机构

3．2．2 控制机构

3．2．3 运算机构

3．2．4 寄存器组

3．3 寄存器寻址空间分配

3．3．1 源基址寄存器SA11，SA12，SA21，SA22

3．3．3 偏移地址寄存器SAC1，SAC2，DAC1，DAC2

3．3．5 控制寄存器Ctrl1，Ctrl2，Ctrl3

3．3．6 其它寄存器地址

3．4 MCU系统外部连接关系

3．4．1 时钟及复位信号

3．4．2 计算器输入信号

3．4．3 计算器输出信号

3．5 MCU的时序

3．6 MCU指令系统

3．6．1 MCU使用的助记符

3．6．2 宏替换与文件引用

3．6．3 指令格式

3．6．4 寻址方式

3．6．5 MCU中的指令

第4章 RAM寻址方式的实现

4．1 RAM的寻址范围

4．2 基地址与偏移地址的配合

4．3 自动递增，递减的实现

4．4 堆叠式的基地址寄存器和偏移地址寄存器

第5章 计算器的算法

5．1 对不同的键盘输入的处理方式

5．2 计算器内部数的表示形式

5．2．1 BCD码

5．2．2 浮点数的表示形式

5．2．3 浮点数的规格化和逆规格化

5．2．4 浮点数的对阶

5．3 加法(add)、减法(sub)运算

5．4 乘法(mul)运算

5．5 除法(div)运算

5．6 开平方根(SQRT)运算

第6章 电路的测试

6．1 软件测试

6．1．1 软件测试方案的构成

6．1．2 软件测试的作用

6．1．3 软件测试的项目

6．1．4 软件测试的结果

6．2 硬件测试

7．1 总结

7．2 展望

附录

参考文献

致谢