實驗一 運算器實驗接線參考

1、實驗一 運算器實驗一、實驗目的： 1 掌握運算器的組成及工作原理；2了解4位函數(shù)發(fā)生器74LS181的組合功能，熟悉運算器執(zhí)行算術操作和邏輯操作的具體實現(xiàn)過程；3 驗證帶進位控制的74LS181的功能。二、預習要求： 復習本次實驗所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理； 預習實驗步驟，了解實驗中要求的注意之處。三、實驗設備： EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。四、電路組成： 本模塊由算術邏輯單元ALU 74LS181（U7、U8、U9、U10）、暫存器74LS273（U3、U4、U5、U6）、三態(tài)門74LS244（U11、U12）和控制電路（集成于EP1K10內部）等組成

2、。電路圖見圖1-1(a)、1-1(b)。圖1-1（a）ALU電路 圖1-1（b）ALU控制電路算術邏輯單元ALU是由四片74LS181構成。74LS181的功能控制條件由S3、S2、S1、S0、 M、Cn決定。高電平方式的74LS181的功能、管腳分配和引出端功能符號詳見表1-1、圖1-2和表1-2。 四片74LS273構成兩個16位數(shù)據(jù)暫存器，運算器的輸出采用三態(tài)門74LS244。它們的管腳分配和引出端功能符號詳見圖1-3和圖1-4。 圖1-2 74LS181管腳分配 表1-2 74LS181輸出端功能符號74LS181功能表見表11，其中符號“”表示邏輯“或”運算，符號“*”表示邏輯“與”

3、運算，符號“/”表示邏輯“非”運算，符號“加”表示算術加運算，符號“減”表示算術減運算。 選擇 M=1 邏輯操作 M=0 算術操作S3 S2 S1 S0Cn=1（無進位）Cn=0（有進位）0 0 0 0F=/A F=AF=A加10 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10 0 1 1F=0F=減1(2的補)F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B) 加A*/B加1 0 1 1 0F=(/A*B+A*/B) F=A減B減1F=A減B0

4、 1 1 1F=A*/BF=A*/B減1F=A*/B1 0 0 0F=/A+BF=A加A*BF=A加A *B加1 1 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加1 1 0 1 0F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11 0 1 1 F=A*BF=A*B減1F=A*B 1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A 加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加1 1 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11 1 1 1F=AF=A減1F=A表1-1 74LS181功能表 圖1-3（a） 74LS273管腳分配 圖1

5、-3（b）74LS273功能表 圖1-4（a） 74LS244管腳分配 圖1-4（b） 74LS244功能五、工作原理： 運算器的結構框圖見圖1-5： 算術邏輯單元ALU是運算器的核心。集成電路74LS181是4位運算器，四片74LS181以并串形式構成16位運算器。它可以對兩個16位二進制數(shù)進行多種算術或邏輯運算，74LS181 有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采用原碼輸入輸出，低電平方式采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。三態(tài)門74LS244作為輸出緩沖器由ALU-G信號控制，ALU-G 為“0”時，三態(tài)門開通，此時其輸出等于其輸入；ALU-G 為“1”時，三態(tài)門關閉，此時其輸出

6、呈高阻。四片74LS273作為兩個16數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號分別為LDR1和LDR2，當LDR1和LDR2 為高電平有效時，在T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。 六、實驗內容：驗證74LS181運算器的邏輯運算功能和算術運算功能。七、實驗步驟：、單片機鍵盤操作方式實驗注：在進行單片機鍵盤控制實驗時，必須把開關K4置于“OFF”狀態(tài)，否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài)，無法進行實驗。(如圖1)圖1：K4開關的位置為OFF和本次實驗的連線區(qū)域1.實驗連線（鍵盤實驗）：實驗連線圖如圖16所示。（連線時應按如下方法：對于橫排座，應使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應使排線插頭上的箭頭面

7、向左邊插在豎排座上。）箭頭面向自己運算器電路S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2T4C1 .C6 E5 E4 F5 E3 F4 控制總線 圖16 實驗一 鍵盤實驗連線圖F4只用一個排線插頭孔2實驗過程： (1)撥動清零開關CLR，使其指示燈滅。再撥動CLR，使其指示燈亮。在監(jiān)控滾動顯示【CLASS SELECt】時按【實驗選擇】鍵，顯示【ES-_ _ 】輸入01或1，按【確定】鍵，監(jiān)控顯示為【ES01】，表示準備進入實驗一程序，也可按【取消】鍵來取消上一步操作，重新輸入。(2)再按【確定】鍵，進入實驗一程序，監(jiān)控顯示【InSt-】，提示輸入運算指令（ S3 S2 S1

8、S0），輸入兩位十六進制數(shù)（參考表13和表11），如需要 S3 S2 S1 S0為0 0 0 0，在這輸入00或0，將對應（表1-1）的0 0 0 0行的操作。（3）按【確認】鍵，監(jiān)控顯示【Lo=0】,此處Lo相當于表11中的M，默認為“0”，進行算術運算。(也可以輸入“1”，進行邏輯運算)（4）按【確認】，顯示【Cn=0】,默認為“0”，由表11可見，此時進行帶進位運算，也可輸入“1”，不帶進位運算（注：如前面選擇為邏輯運算，則Cn不起作用）。按【確認】，顯示【Ar=1】，使用默認值“1”，關閉進位輸出。（若輸入“0”，則打開進位輸出） 這一步我們選擇了 S3 S2 S1 S0為0000，L

9、o為0 ，Cn=0通過表1-1得知將進行F=A+1的有進位算數(shù)運算。結果00010010 00110101換成16進制為1235H （5）按【確認】，顯示【DATA】，提示輸入第一個數(shù)據(jù)A，輸入十六進制數(shù)【1234H】，按【確認】，顯示【DATA】，提示輸入第二個數(shù)據(jù)，輸入十六進制數(shù)【5678H】，按【確認】鍵，監(jiān)控顯示【FINISH】，表示運算結束，可從數(shù)據(jù)總線顯示燈觀察運算結果，CY指示燈顯示進位輸出的結果。按【確認】后監(jiān)控顯示【ES01】，可執(zhí)行下一運算操作。 選擇 M=1 邏輯操作 M=0 算術操作S3 S2 S1 S0Cn=1（無進位）Cn=0（有進位）0 0 0 0F=/A F=A

10、F=A加10 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10 0 1 1F=0F=減1(2的補)F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B) 加A*/B加1 0 1 1 0F=(/A*B+A*/B) F=A減B減1F=A減B0 1 1 1F=A*/BF=A*/B減1F=A*/B1 0 0 0F=/A+BF=A加A*BF=A加A *B加1 1 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加1 1 0 1 0F=BF=(A+/B)

11、加A*BF=(A+/B)加A*B加11 0 1 1 F=A*BF=A*B減1F=A*B 1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A 加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加1 1 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11 1 1 1F=AF=A減1F=A表1-1 74LS181功能表 運算指令（ S3 S2 S1 S0）輸入數(shù)據(jù)（十六進制）0 0 0 000或00 0 0 101或10 0 1 002或20 0 1 103或30 1 0 004或40 1 0 105或50 1 1 006或60 1 1 107或71 0 0 008或81 0

12、0 109或91 0 1 00A或A1 0 1 10B或B1 1 0 00C或C1 1 0 10D或D1 1 1 0 0E或E1 1 1 10F或F表1-3 運算指令關系對照表在給定LT1=1234H、LT2=5678H的情況下，改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入表中，并和理論值進行比較和驗證： LT1 LT2S3S2S1S0 M=0（算術運算） M=1（邏輯運算） Cn=1（無進位）Cn= 0（有進位） 1234H 5678H00或0 F= F= F= 01或1 F= F= F=02或2 F= F= F=03或3 F= F= F=04或4 F= F= F=05或5 F= F= F=

13、06或6 F= F= F=07或7 F= F= F=08或8 F= F= F=09或9 F= F= F=0A或A F= F= F=0B或B F= F= F=0C或C F= F= F=0D或D F= F= F=0E或E F= F= F=0F或F F= F= F=、開關控制操作方式實驗注：為了避免總線沖突，首先將控制開關電路的ALU-G和C-G撥到輸出高電平“1”狀態(tài)(所對應的指示燈亮。)本實驗中所有控制開關撥動，相應指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 1. 按圖17接線圖接線： 連線時應注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，應使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應使

14、排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。 運算器電路 S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2 BD15 . BD8數(shù)據(jù)總線BD7 . BD0 DIJ1 DIJ-G DIJ2 數(shù)據(jù)輸入電路 C-G S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2控制總線T4 控制開關電路 T+ fin f/8 脈沖源及時序電路 圖17 實驗一 開關實驗 接線圖 2 . 通過數(shù)據(jù)輸入電路的撥開關開關向兩個數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù)：注意：本實驗中ALU-G和C-G不能同時為0，否則造成總線沖突，損壞芯片！故每次實驗時應時刻保持只有一路與總線相通。1）撥動清零開關CLR，使其指示燈。再撥動CL

15、R，使其指示燈亮。置ALU-G1：關閉ALU的三態(tài)門；再置C-G=0：打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；置ALU-G1再置C-G=02） 向數(shù)據(jù)暫存器LT1（3、U4）中置數(shù)：（1）設置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關“D15D0”為要輸入的數(shù)值A；如1234H輸入的數(shù)值A：1234H：00010010 00110100（2）置LDR11：使數(shù)據(jù)暫存器LT1（3、U4）的控制信號有效，置 LDR20：使 數(shù)據(jù)暫存器LT2（5、U6）的控制信號無效；置LDR11，然后置LDR20（3）按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器LT1送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT1中。 3）向數(shù)據(jù)暫存器LT2（5、U6）

16、中置數(shù)：（1）設置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關“D15D0”為想要輸入的數(shù)值B；如5678H輸入數(shù)值B:5678H：01010110 01111000（2）置LDR10：數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效；置LDR21：使數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號有效。置LDR10再置LDR21 （3） 按一下脈沖源及時序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器LT2送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT2中。 （4）置LDR10、LDR20，使數(shù)據(jù)暫存器LT1、LT2的控制信號無效。置LDR10、LDR20( 4 )檢驗兩個數(shù)據(jù)暫存器LT1和LT2中的數(shù)據(jù)是否正確：（1）置C-G=1，關閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=

17、0，打開ALU的三態(tài)門 ；先置C-G=1，然后再置ALU-G=0（順序不能錯）（2）置“S3S2S1S0M”為“11111”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT1中的數(shù) ，表示往暫存器LT1置數(shù)正確；置“S3S2S1S0M”為“11111”顯示數(shù)值A （3）置“S3S2S1S0M”為“10101”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT2中的數(shù) ，表示往暫存器LT2置數(shù)正確。 置“S3S2S1S0M”為“10101”顯示數(shù)值B3驗證74LS181的算術和邏輯功能:LT1LT2S3S2S1S0M=0（算術運算）M=1（邏輯運算）Cn=1（無進位）Cn= 0（有進位）1234H5678H0 0 0 0F=

18、F=F=0 0 0 1F=F=F=0 0 1 0F=F=F=0 0 1 1F=F=F=0 1 0 0F=F=F=0 1 0 1F=F=F=0 1 1 0F=F=F=0 1 1 1F=F=F=1 0 0 0F=F=F=1 0 0 1F=F=F=1 0 1 0F=F=F=1 0 1 1F=F=F=1 1 0 0F=F=F=1 1 0 1F=F=F=1 1 1 0F=F=F=1 1 1 1F=F=F=按實驗步驟2往兩個暫存器LT1和LT2分別存十六進制數(shù)“1234H”和“5678H”，在給定LT1=1234H、LT2=5678H的情況下，通過改變“S3S2S1S0MCn”的值來改變運算器的功能設置，

19、通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值F，填入上表中，參考表11的功能表，分析輸出F值是否正確。 4驗證帶進位控制的算術運算功能發(fā)生器的功能：（1）首先將控制開關電路的所有開關撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對應的指示燈亮。所有對應的指示燈亮（2）置ALU-G1：關閉ALU的三態(tài)門；再置C-G=0：打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；先置ALU-G1，再置C-G=0（順序不能錯）（3）置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關“D15D0”=“”，置 LDR11，使數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號有效，置 LDR20，使 數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號無效，按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】，往暫存器LT1存入數(shù)據(jù)。置 LDR11，置 LDR20輸入電路的數(shù)據(jù)開關“D15D0”=“”然后按【單脈沖】 （4）置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關“D15D0”=“”， 置 LDR10，使 數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效， 置 LDR21，使數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號有效，按一下脈沖源及時序電路的