實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)(接線參考)

1、實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 .掌握運(yùn)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(yùn)算器執(zhí)行算術(shù)操作和邏輯操 作的具體實(shí)現(xiàn)過程；3 .驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的 74LS181的功能。二、預(yù)習(xí)要求：1復(fù)習(xí)本次實(shí)驗(yàn)所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理；2預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)中要求的注意之處。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：EL-JY-II型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，排線若干。四、電路組成：本模塊由算術(shù)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EP1K1

2、0部）等組成。電路圖見圖 1-1（a）、1-1（b）。M汨短總憶吃整K 皿hin心力。cliDvB2不皤31Ek2 黑而中心處m三r-FL5_ %13 !1l< .bl 同2E-；：M* REUMM圖1-1 (a) ALU電路h j kt：討 UTFL1Tm* = 吃l圖1-1 （b） ALU控制電路算術(shù)邏輯單元 ALU是由四片74LS181構(gòu)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(hào)詳見表1-1、圖1-2和表1-2。四片74LS273構(gòu)成兩個(gè)16位數(shù)據(jù)暫存器，運(yùn)算器的輸出采用三態(tài)門74LS244

3、。它邏輯“與”運(yùn)算，符號(hào)“ /”表示邏輯“非”運(yùn)算，符號(hào)“加”表示算術(shù)加運(yùn)算，符號(hào)B1-24VccASo-2323-Al§ iAoMy運(yùn)售數(shù)輸入端（低電平有效Si-421-Aa運(yùn)宜數(shù)輸入端低由平有效）Sa520二S3Cti進(jìn)位輸入端S3-619二Aj進(jìn)位輸出端C二718-Fo*運(yùn)再輸出端（版電平有較）MS17FaFa®比較輸出端Fo-g16-0011+4L進(jìn)位產(chǎn)生輸出端4氏電平高效）Fl1015FpFp進(jìn)位傳輸輸出端（低電平有效）F*1114-M工作方式控制GNDI_1213一F3斯得功能選擇圖1-274LS181管腳分配表1-274LS181輸出端功能符號(hào)們的管腳分配和引

4、出端功能符號(hào)詳見圖1-3 和圖 1-4。表示邏輯a + ”“或”運(yùn)算，符號(hào)“74LS181功能表見表1 1,其中符號(hào)*”表示“減”表示算術(shù)減運(yùn)算。選擇M=1M=0算術(shù)操作S3 S2 S1 S0邏輯操作Cn=1 （無進(jìn)位）Cn=0 （有進(jìn)位）0 0 0 0F=/AF=AF=A 加 10 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)力口 10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加 10 0 1 1F=0F=減1（2的補(bǔ)）F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A 力口 A*/BF=A 加 A*/B 加 10 1 0 1F=/BF=(A+B)力口 A*/BF=(A+B)力口 A

5、*/B 力口 10 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 11 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A 加 BF=A 力口 B 力口 11 0 1 0F=BF=(A+/B)加 A*BF=(A+/B)力口 A*B 力口 11 0 1 1F=A*BF=A*B 減 1F=A*B1 1 0 0F=1F=A 加 AF=A加A加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)力口 AF=(A+B)加 A 加 11 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加

6、AF=(A+/B)加 A 加 11 1 1 1F=AF=A 減 1F=ACRI_1 -前_|Q匚215-1后qID 1_318_1 3D如I_417_1 /D1 7Q篦匚51153Q 1_3D匚671514_1 6Q1 5D4D |_813_1川4Q 二g12二 5QGND 1_1011_1 CP輸入輸出CR CP DQLxxHfHHtLHLxLHL Qu圖1-3 (a) 74LS273管腳分配圖 1-3 (b) 74LS273 功能表表1-174LS181功能表風(fēng)匚I Vgc1 -20必匚219二IENr咫匚3IS二I1Y2AI_417_1 SA7y I_516_1 2Y3A |_615|7

7、A_輸入 輸出714| 3YEM A YH -后晅平4AI_S13|附L LLL-低電平3f 1-g1214丫L H HX - 任居.GNDI_ID11二15AH XZ匕一局阻圖1-4 (a) 74LS244管腳分配圖 1-4 (b) 74LS244 功能五、工作原理：運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)框圖見圖 1-5：數(shù)據(jù)總線(D_BUS)算術(shù)邏輯單元 ALU是運(yùn)算器的核心。集成電路74LS181是4位運(yùn)算器，四片74LS181以并/串形式構(gòu)成 16位運(yùn)算器。它可以對(duì)兩個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行多種算術(shù)或邏輯運(yùn)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

8、采用高電平方式。三態(tài)門74LS244作為輸出緩沖器由 ALU-G信號(hào)控制，ALU-G為“ 0”時(shí)，三態(tài)門開通，此時(shí)其輸出等于其輸入；ALU-G為“1”時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，此時(shí)其輸出呈高阻。四片74LS273作為兩個(gè)16數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號(hào)分別為LDR1和LDR2 ,當(dāng)LDR1和LDR2為高電平有效時(shí)，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(shí)驗(yàn)容:驗(yàn)證74LS181運(yùn)算器的邏輯運(yùn)算功能和算術(shù)運(yùn)算功能。七、實(shí)驗(yàn)步驟：I、單片機(jī)鍵盤操作方式實(shí)驗(yàn)注：在進(jìn)行單片機(jī)鍵盤控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須把開關(guān) K4置于“ OFF”狀態(tài)，否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài)，無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（如圖1）88888888 8888.

9、8888 8.8.S88888' *-01*1Xi士j | II 11 * * r * *“二三例典典醺 do d o aaj涮壁盤區(qū)id*9 H 4 A 發(fā),口。二口圖1 : K4開關(guān)的位置為 OFF和本次實(shí)驗(yàn)的連線區(qū)域1.實(shí)驗(yàn)連線（鍵盤實(shí)驗(yàn)）：實(shí)驗(yàn)連線圖如圖1 6所示。（連線時(shí)應(yīng)按如下方法：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上; 對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。）箭頭面向自己運(yùn)算器電路R2S3s2S1S0MCn AlU-G ARTDRi lD八八 八 A小C1 二C6|E5| E4J 團(tuán) e3 F4nT T4一控制總線.圖1 6 實(shí)驗(yàn)一鍵盤實(shí)驗(yàn)

10、連線圖F4只用一個(gè)排線插頭孔2.實(shí)驗(yàn)過程撥動(dòng)清零開關(guān)CLR ,使其指示燈滅。再撥動(dòng) CLR ,使其指示燈亮。在監(jiān)控滾動(dòng)顯示【CLASSSELECt 時(shí)按【實(shí)驗(yàn)選擇】鍵，顯示【ES-【確定】鍵，監(jiān)控顯不為ES01 ,表不準(zhǔn)備進(jìn)入實(shí)驗(yàn)一程序，也可按【取消】鍵來取消上一步操作，重新輸入。C0EF(2)再按【確定】鍵，進(jìn) 入實(shí)驗(yàn)一程序，監(jiān)控顯 示【InSt-】,提示輸入運(yùn)算指令(S3 S2S1 S0),輸入兩位十 六進(jìn)制數(shù)(參考表 1 3和表1 1),如需要S3 S2 S1 S0為0 0 0 0,在這輸入00或0,將對(duì)應(yīng)(表1-1)的 0 0 0 0行的操 作。中電路輸入1234H崎入5678H確定后

11、，讀取結(jié)果結(jié)果00010010 00110101換成16進(jìn)制為1235H(3)按【確認(rèn)】鍵，監(jiān)控顯示【Lo=0，此處Lo相當(dāng)于表11中的M，默認(rèn)為“ 0”，進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。(也可以輸入“ 1”，進(jìn)行邏輯運(yùn)算)【Cn=0，默認(rèn)為“ 0”，由表1-1可見，此時(shí)進(jìn)行帶進(jìn)位運(yùn)算，也可輸入“ 1”，不帶進(jìn)位運(yùn)算(注：如前面選擇為邏輯運(yùn)算，則Cn不起作用)。開進(jìn)位輸出)F=A+1的有進(jìn)位算數(shù)運(yùn)算?！?234H】，按【確認(rèn)】，顯示(DATA，提示輸入第二個(gè)數(shù)據(jù)，輸入卜六進(jìn)制數(shù)【5678H】，按【確認(rèn)】鍵,監(jiān)控顯示【FINISH ,表示運(yùn)算結(jié)束，可從數(shù)據(jù)總線顯示燈觀察運(yùn)算結(jié)果，CY指示燈顯示進(jìn)位輸出的結(jié)果。按【

12、確認(rèn)】后監(jiān)控顯示【ES01】，可執(zhí)行下一運(yùn)算操(4 )按【確認(rèn)】按【確認(rèn)】，顯示【Ar=1，使用默認(rèn)值“ 1”，關(guān)閉進(jìn)位輸出。(若輸入“0”，則打這一步我們選擇了S3 S2S1 S0為0000, Lo為0 , Cn=0通過表1-1得知將進(jìn)行(5)按【確認(rèn)】，顯示【DATA，提示輸入第一個(gè)數(shù)據(jù)A,輸入十六進(jìn)制數(shù)二 88 8.8 8溜魁柱指示燈 h4 1 H3 H2 T Hl i*?. rtl015 !-* 013 口 12 Dll 口 Jj OS選擇M=1邏輯操作M=0算術(shù)操作S3 S2 S1 S0Cn=1 （無進(jìn)位）Cn=0 （有進(jìn)位）0 0 0 0F=/AF=AF=A 加 10 0 0 1F

13、=/(A+B)F=A+BF=(A+B)力口 10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加 10 0 1 1F=0F=減1（2的補(bǔ)）F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A 力口 A*/BF=A 加 A*/B 加 10 1 0 1F=/BF=(A+B)力DA*/BF=(A+B)加 A*/B 力口10 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 11 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A 加 BF=A 力口 B 力口 11 0

14、1 0F=BF=(A+/B)加 A*BF=(A+/B)力口 A*B 力口 11 0 1 1F=A*BF=A*B 減 1F=A*B1 1 0 0F=1F=A 加 AF=A加A加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)力DAF=(A+B)加 A 加 11 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加 AF=(A+/B)加 A 加 11 1 1 1F=AF=A 減 1F=A表1-174LS181功能表運(yùn)算指令（S3 S2 S1 SO）輸入數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制）0 00 000或00 0 0 101或10 01 002或20 0 1 103或30 1 0 004或40 1 0 105或50 1 1 006或60

15、 1 1 107或71 0 0 008或81 0 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 00E或E1 1 1 10F或F表1-3運(yùn)算指令關(guān)系對(duì)照表在給定LT1=1234H、LT2=5678H的情況下，改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，填入表中，并和理論值進(jìn)行比較和驗(yàn)證:LT1LT2S3S2S1S0M=0 （算術(shù)運(yùn)算）M=1 （邏輯運(yùn)算）Cn=1 （無進(jìn)位）Cn= 0 （有進(jìn)位）1234H5678H00或0F=F=F=01或1F=F=F=02或2F=F=F=03 或 3 1F=F=F=04或4F=F=F=05或5F

16、=F=F=06或6F=F=F=07 或 71F=F=F=08或8F=F=F=09 或 9 1F=F=F=0A或AF=F=F=0B或BF=F=F=0c 或 C 1F=F=F=0D 或 D 1F=F=F=0E 或 E 1F=F=F=0F或FF=F=F=n、開關(guān)控制操作方式實(shí)驗(yàn)注：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的ALU-G和C-G撥到輸出高電平“1”狀態(tài)（所對(duì)應(yīng)的指示燈亮。）本實(shí)驗(yàn)中所有控制開關(guān)撥動(dòng)，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“ 0”。2 .通過數(shù)據(jù)輸入電路的撥開關(guān)開關(guān)向兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù):圖17實(shí)驗(yàn)一開關(guān)實(shí)驗(yàn)接線圖1.按圖17接線圖接線:連線時(shí)應(yīng)注意：為了使連線統(tǒng)一，

17、對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上運(yùn)算器電路C-G S3s2S1S0MCn ALU-G AR| LpR1 LpR2- T+ .fin |f/8脈沖源及時(shí)序電路S3s2S1S0MCn ALU-GArjldrLdrj控制開關(guān)電路控制總線T4判315.BD8 數(shù)據(jù)總線BD7 .bD0dij1 I DIJ-G I:-DIJ2數(shù)據(jù)輸入電路88 8 8. 8,8.8 S 8,8.88.8.8.8 338888,8注意：本實(shí)驗(yàn)中 ALU -G和C-G不能同時(shí)為0,否則造成總線沖突，損壞芯片！故每次實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)時(shí)刻保持只有一路與總線相通1)撥

18、動(dòng)清零開關(guān) CLR,使其指示燈。再撥動(dòng) CLR,使其指示燈亮。置 ALU-G = 1:關(guān)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-G = 1 再置 C-G=0(1)設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)D15D0”為要輸入的數(shù)值 A;如1234H輸入的數(shù)值 A : 1234H: 00010010 00110100（2）置LDR1 = 1 :使數(shù)據(jù)暫存器LT1 （ U 3、U4 ）的控制信號(hào)有效，置LDR2=0:使數(shù)據(jù)暫存器LT2 （U 5、U6 ）的控制信號(hào)無效；置 LDR1 = 1,然后置 LDR2 = 0（3）按一下脈沖源及 時(shí)序電路的【單脈 沖】按鈕，給暫存 器LT

19、1送時(shí)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 （U5、U6）中置數(shù):(1)置C-G=1,關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0 ,打開 ALU5678H(2)置LDR1 =0:數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號(hào)無效；置 LDR2 = 1:使數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號(hào)有效。置 LDR1 = 0 再置 LDR2 = 1(3)按一下脈沖源及時(shí)序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器LT2送時(shí)鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在 LT2中。(4)置LDR1 =0、LDR2 =0,使數(shù)據(jù)暫存器 LT1、LT2的控制信號(hào)無效。置 LDR1 =0、LDR2 =0(4 )檢驗(yàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器 LT1和L

20、T2中的數(shù)據(jù)是否正確:的三態(tài)門；控制開關(guān)電路(S_CON先置C-G=1 ,然后再置ALU-G=0 (順序不能錯(cuò))(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”(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。捽制開關(guān)電路置 “S3s2S1S0M” 為 “10101顯示數(shù)值B3.驗(yàn)證74LS181的算術(shù)和邏輯功能LT1LT2S3S2S1S0M=0 （算術(shù)運(yùn)算）M=1 （邏輯運(yùn)算）Cn=1 （無進(jìn)位）Cn=

21、 0 （有進(jìn)位）1234Hl5678Ho 0 0 0F=f=F=0 0 0 1F=F=F=0 0 1 0F=F=F=0 0 1 1F=F=F=0 1 0 0F=r f=F=0 1 0 1F=F=F=。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(shí)驗(yàn)步驟2往兩個(gè)暫存器LT1和LT2分別存十六進(jìn)制數(shù)“ 1234H”和5678H”，在給定 LT1=1234H、LT2=5678H 的情況下，

22、通過改變 “ S3s2S1S0MCn”F,填的值來改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運(yùn)算器的輸出值 入上表中，參考表1 1的功能表，分析輸出 F值是否正確。4.驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的算術(shù)運(yùn)算功能發(fā)生器的功能：(1)首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對(duì)應(yīng)的指示燈所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮(2)置ALU-G =1:關(guān)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-G = 1,再置C-G=0 (順序不能錯(cuò))(3)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0” = "00000"，置LDR1 =1,使數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號(hào)有效，置 LDR2 = 0,使 數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號(hào)無 效，按一下脈沖源及時(shí)序電路的【單脈沖】，往暫存器LT1存入數(shù)據(jù)。置 LDR1 = 1,置 LDR2 = 0(4)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0” = "11111"， 置LDR1 =0,使 數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號(hào)無效，置LDR2 = 1,使數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號(hào)有效，按一下脈沖源及時(shí)序電路的【單脈沖】往暫存器LT2存入數(shù)據(jù)，然后置LDR2 = 0,使數(shù)據(jù)暫存器LT2 ,準(zhǔn)備執(zhí)行下一