實驗一運算器實驗接線

1、PAGE -PAGE 1. z.實驗一 運算器實驗一、實驗?zāi)康模?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(shù)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(yù)習(xí)要求： 復(fù)習(xí)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(yù)習(xí)實驗步驟，了解實驗中要求的注意之處。三、實驗設(shè)備：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線假設(shè)干。四、電路組成： 本模塊由算術(shù)邏輯單元ALU 74LS181U7、U8、U9、U10、暫存器74LS273U3、U4、U5、U6、三態(tài)門74LS244U11、U12和控制電路集成于EP1

2、K10部等組成。電路圖見圖1-1(a)、1-1(b)。圖1-1aALU電路圖1-1bALU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、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(gòu)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*表示邏輯與運算，符號/表示邏輯非

3、運算，符號加表示算術(shù)加運算，符號減表示算術(shù)減運算。 選擇 M=1 邏輯操作 M=0 算術(shù)操作S3 S2 S1 S0=1無進位=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 1 1 1F=A*/BF=A*/B減1F=A*/B1

4、 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1-3a 74LS273管腳分配 圖1-3b74LS273功能表圖1-4a 74LS244管腳分

5、配 圖1-4b 74LS244功能五、工作原理：運算器的構(gòu)造框圖見圖1-5：算術(shù)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(gòu)成16位運算器。它可以對兩個16位二進制數(shù)進展多種算術(shù)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(guān)閉，此時其輸出呈高阻。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

6、，當(dāng)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、實驗容：驗證74LS181運算器的邏輯運算功能和算術(shù)運算功能。七、實驗步驟：、單片機鍵盤操作方式實驗注：在進展單片機鍵盤控制實驗時，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)，無法進展實驗。(如圖1)圖1：K4開關(guān)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(yīng)按如下方法：對于橫排座，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。箭頭面向自己運算器電路S3S2S1S0M ALU-G AR LDR1 LDR

7、2T4C1 .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(guān)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(zhǔn)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 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

8、或0，將對應(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，進展算術(shù)運算。(也可以輸入1，進展邏輯運算)4按【確認(rèn)】，顯示【=0】,默認(rèn)為0，由表11可見，此時進展帶進位運算，也可輸入1，不帶進位運算注：如前面選擇為邏輯運算，則不起作用。按【確認(rèn)】，顯示【Ar=1】，使用默認(rèn)值1，關(guān)閉進位輸出。假設(shè)輸入0，則翻開進位輸出這一步我們選擇了 S3 S2 S1 S0為0000，Lo為0 ，=0通過表1-1得知將進展F=A+1的有進位算數(shù)運算。結(jié)果00010010 00110101換成16進制為1235H 5按【確認(rèn)】，顯示【DATA】，提

9、示輸入第一個數(shù)據(jù)A，輸入十六進制數(shù)【1234H】，按【確認(rèn)】，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(rèn)】鍵，監(jiān)控顯示【FINISH】，表示運算完畢，可從數(shù)據(jù)總線顯示燈觀察運算結(jié)果，CY指示燈顯示進位輸出的結(jié)果。按【確認(rèn)】后監(jiān)控顯示【ES01】，可執(zhí)行下一運算操作。 選擇 M=1 邏輯操作 M=0 算術(shù)操作S3 S2 S1 S0=1無進位=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

10、=/(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)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

11、+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 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(guān)系對照表在給定LT1=12

12、34H、LT2=5678H的情況下，改變運算器的功能設(shè)置，觀察運算器的輸出，填入表中，并和理論值進展比擬和驗證： LT1LT2S3S2S1S0 M=0算術(shù)運算 M=1邏輯運算 =1無進位= 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=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=

13、 F= F=0F或F F= F= F=、開關(guān)控制操作方式實驗注：為了防止總線沖突，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)(所對應(yīng)的指示燈亮。)本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平1，指示燈滅代表低電平0。 按圖17接線圖接線： 連線時應(yīng)注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，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。 運算器電路S3S2S1S0MALU-GARLDR1LDR2BD15 . BD8數(shù)據(jù)總線BD7 . BD0 DIJ1 DIJ-G DIJ2數(shù)據(jù)輸入電路 C-GS3S2S1S0M ALU-GARLDR1L

14、DR2控制總線T4 控制開關(guān)電路T+ fin f/8 脈沖源及時序電路圖17 實驗一 開關(guān)實驗 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(yīng)時刻保持只有一路與總線相通。1撥動清零開關(guān)CLR，使其指示燈。再撥動CLR，使其指示燈亮。置ALU-G1：關(guān)閉ALU的三態(tài)門；再置C-G=0：翻開數(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LT13、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 0

15、01101002置LDR11：使數(shù)據(jù)暫存器LT13、U4的控制信號有效，置 LDR20：使 數(shù)據(jù)暫存器LT25、U6的控制信號無效；置LDR11，然后置LDR203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LT25、U6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 011110002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

16、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(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0，翻開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(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S3

17、S2S1S0M為10101顯示數(shù)值B3驗證74LS181的算術(shù)和邏輯功能:LT1LT2S3S2S1S0M=0算術(shù)運算M=1邏輯運算=1無進位= 0有進位1234H5678H0000F=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

18、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S3S2S1S0M的值來改變運算器的功能設(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(shù)運算功能發(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)，所有對應(yīng)的指示燈亮。所有對應(yīng)的指示燈亮2置ALU-G1：關(guān)閉ALU的三態(tài)門；再置C-G=0：翻開數(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(guān)D15D0=00000，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(guān)D15D0=00000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=11111， 置 LDR10，使 數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效， 置 L