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)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?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： 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； 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EP1K10內(nèi)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(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。它們的管腳分配和引出端功能符號(hào)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(hào)74LS181功能表見表11，其中符號(hào)“”表示邏輯“或”運(yùn)算，符號(hào)“*”表示邏輯“與”

3、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)“減”表示算術(shù)減運(yùn)算。 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=/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(bǔ))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(yùn)算器的結(jié)構(gòu)框圖見圖1-5： 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

6、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)內(nèi)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：、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)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16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

7、向左邊插在豎排座上。）箭頭面向自己運(yùn)算器電路S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2T4C1 .C6 E5 E4 F5 E3 F4 控制總線 圖16 實(shí)驗(yàn)一 鍵盤實(shí)驗(yàn)連線圖F4只用一個(gè)排線插頭孔2實(shí)驗(yàn)過程： (1)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【CLASS SELECt】時(shí)按【實(shí)驗(yàn)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(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。(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 S2 S1

8、S0），輸入兩位十六進(jìn)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(duì)應(yīng)（表1-1）的0 0 0 0行的操作。（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)（4）按【確認(rèn)】，顯示【Cn=0】,默認(rèn)為“0”，由表11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）。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”，則打開進(jìn)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(jìn)行F=A+1的有進(jìn)位算數(shù)運(yùn)算。結(jié)果00010010 00110101換成16進(jìn)制為1235H （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)【1234H】，按【確認(rèn)】，顯示【DATA】，提示輸入第二個(gè)數(shù)據(jù)，輸入十六進(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【確認(rèn)】后監(jiān)控顯示【ES01】，可執(zhí)行下一運(yùn)算操作。 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=/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(bǔ))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(yùn)算指令（ S3 S2 S1 S0）輸入數(shù)據(jù)（十六進(jìn)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(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： LT1 LT2S3S2S1S0 M=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） 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(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”。 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，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

14、排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。 運(yùn)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(guān)電路 T+ fin f/8 脈沖源及時(shí)序電路 圖17 實(shí)驗(yàn)一 開關(guān)實(shí)驗(yàn) 接線圖 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)：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）撥動(dòng)清零開關(guān)CLR，使其指示燈。再撥動(dòng)CL

15、R，使其指示燈亮。置ALU-G1：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-G1再置C-G=02） 向數(shù)據(jù)暫存器LT1（3、U4）中置數(shù)：（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(chǔ)；如1234H輸入的數(shù)值A(chǔ)：1234H：00010010 00110100（2）置LDR11：使數(shù)據(jù)暫存器LT1（3、U4）的控制信號(hào)有效，置 LDR20：使 數(shù)據(jù)暫存器LT2（5、U6）的控制信號(hào)無效；置LDR11，然后置LDR20（3）按一下脈沖源及時(shí)序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器LT1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（5、U6）

16、中置數(shù)：（1）設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“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(hào)無效；置LDR21：使數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號(hào)有效。置LDR10再置LDR21 （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LDR10、LDR20，使數(shù)據(jù)暫存器LT1、LT2的控制信號(hào)無效。置LDR10、LDR20( 4 )檢驗(yàn)兩個(gè)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(guān)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(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”顯示數(shù)值A(chǔ) （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(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= 0（有進(jìn)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(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，通過改變“S3S2S1S0MCn”的值來改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，

19、通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運(yùn)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(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)的指示燈亮。所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮（2）置ALU-G1：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-G1，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”=“”，置 LDR11，使數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號(hào)有效，置 LDR20，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 LDR11，置 LDR20輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0”=“”然后按【單脈沖】 （4）置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0”=“”， 置 LDR10，使 數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號(hào)無效， 置 LDR21，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