实验一运算器实验(接线参考)

1、实验一运算器实验、实验目的:1 .掌握运算器的组成及工作原理；2 . 了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操 作的具体实现过程；3 .验证带进位控制的 74LS181的功能。二、预习要求：1复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理；2预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处。三、实验设备：EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。四、电路组成：本模块由算术逻辑单元 ALU 74LS181 （U7、U8、U9、U10）、暂存器 74LS273（U3、U4、U5、U6）、三态门 74LS244 （U11、U12）和控制电路（集成于EP1K1

2、0部）等组成。电路图见图 1-1（a）、1-1（b）。M汨短总忆吃整K 皿hin心力。cliDvB2不皤31Ek2 黑而中心处m三r-FL5_ %13 !1l< .bl 同2E-；：M* REUMM图1-1 (a) ALU电路h j kt：讨 UTFL1Tm* = 吃l图1-1 （b） ALU控制电路算术逻辑单元 ALU是由四片74LS181构成。74LS181的功能控制条件由 S3、S2、S1、S0、M、Cn决定。高电平方式的 74LS181的功能、管脚分配和引出端功能符号详见表1-1、图1-2和表1-2。四片74LS273构成两个16位数据暂存器，运算器的输出采用三态门74LS244

3、。它逻辑“与”运算，符号“ /”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号B1-24VccASo-2323-Al§ iAoMy运售数输入端（低电平有效Si-421-Aa运宜数输入端低由平有效）Sa520二S3Cti进位输入端S3-619二Aj进位输出端C二718-Fo*运再输出端（版电平有较）MS17FaFa®比较输出端Fo-g16-0011+4L进位产生输出端4氏电平高效）Fl1015FpFp进位传输输出端（低电平有效）F*1114-M工作方式控制GNDI_1213一F3斯得功能选择图1-274LS181管脚分配表1-274LS181输出端功能符号们的管脚分配和引

4、出端功能符号详见图1-3 和图 1-4。表示逻辑a + ”“或”运算，符号“74LS181功能表见表1 1,其中符号*”表示“减”表示算术减运算。选择M=1M=0算术操作S3 S2 S1 S0逻辑操作Cn=1 （无进位）Cn=0 （有进位）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=减1（2的补）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减B减1F=A 减 B0 1 1 1F=A*/BF=A*/B 减 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 减 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 减 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输入输出CR CP DQLxxHfHHtLHLxLHL Qu图1-3 (a) 74LS273管脚分配图 1-3 (b) 74LS273 功能表表1-174LS181功能表风匚I Vgc1 -20必匚219二IENr咫匚3IS二I1Y2AI_417_1 SA7y I_516_1 2Y3A |_615|7

7、A_输入 输出714| 3YEM A YH -后晅平4AI_S13|附L LLL-低电平3f 1-g1214丫L H HX - 任居.GNDI_ID11二15AH XZ匕一局阻图1-4 (a) 74LS244管脚分配图 1-4 (b) 74LS244 功能五、工作原理：运算器的结构框图见图 1-5：数据总线(D_BUS)算术逻辑单元 ALU是运算器的核心。集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并/串形式构成 16位运算器。它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出， 低电平方式采用反码输入输出，这里

8、采用高电平方式。三态门74LS244作为输出缓冲器由 ALU-G信号控制，ALU-G为“ 0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2 ,当LDR1和LDR2为高电平有效时，在 T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。六、实验容:验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。七、实验步骤：I、单片机键盘操作方式实验注：在进行单片机键盘控制实验时，必须把开关 K4置于“ OFF”状态，否则系统处于自锁状态，无法进行实验。（如图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涮壁盘区id*9 H 4 A 发,口。二口图1 : K4开关的位置为 OFF和本次实验的连线区域1.实验连线（键盘实验）：实验连线图如图1 6所示。（连线时应按如下方法：对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上; 对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。）箭头面向自己运算器电路R2S3s2S1S0MCn AlU-G ARTDRi lD八八 八 A小C1 二C6|E5| E4J 团 e3 F4nT T4一控制总线.图1 6 实验一键盘实验

10、连线图F4只用一个排线插头孔2.实验过程拨动清零开关CLR ,使其指示灯灭。再拨动 CLR ,使其指示灯亮。在监控滚动显示【CLASSSELECt 时按【实验选择】键，显示【ES-【确定】键，监控显不为ES01 ,表不准备进入实验一程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。C0EF(2)再按【确定】键，进 入实验一程序，监控显 示【InSt-】,提示输入运算指令(S3 S2S1 S0),输入两位十 六进制数(参考表 1 3和表1 1),如需要S3 S2 S1 S0为0 0 0 0,在这输入00或0,将对应(表1-1)的 0 0 0 0行的操 作。中电路输入1234H崎入5678H确定后

11、，读取结果结果00010010 00110101换成16进制为1235H(3)按【确认】键，监控显示【Lo=0，此处Lo相当于表11中的M，默认为“ 0”，进行算术运算。(也可以输入“ 1”，进行逻辑运算)【Cn=0，默认为“ 0”，由表1-1可见，此时进行带进位运算，也可输入“ 1”，不带进位运算(注：如前面选择为逻辑运算，则Cn不起作用)。开进位输出)F=A+1的有进位算数运算。【1234H】，按【确认】，显示(DATA，提示输入第二个数据，输入卜六进制数【5678H】，按【确认】键,监控显示【FINISH ,表示运算结束，可从数据总线显示灯观察运算结果，CY指示灯显示进位输出的结果。按【

12、确认】后监控显示【ES01】，可执行下一运算操(4 )按【确认】按【确认】，显示【Ar=1，使用默认值“ 1”，关闭进位输出。(若输入“0”，则打这一步我们选择了S3 S2S1 S0为0000, Lo为0 , Cn=0通过表1-1得知将进行(5)按【确认】，显示【DATA，提示输入第一个数据A,输入十六进制数二 88 8.8 8溜魁柱指示灯 h4 1 H3 H2 T Hl i*?. rtl015 !-* 013 口 12 Dll 口 Jj OS选择M=1逻辑操作M=0算术操作S3 S2 S1 S0Cn=1 （无进位）Cn=0 （有进位）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=减1（2的补）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减B减1F=A 减 B0 1 1 1F=A*/BF=A*/B 减 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 减 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 减 1F=A表1-174LS181功能表运算指令（S3 S2 S1 SO）输入数据（十六进制）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运算指令关系对照表在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入表中，并和理论值进行比较和验证:LT1LT2S3S2S1S0M=0 （算术运算）M=1 （逻辑运算）Cn=1 （无进位）Cn= 0 （有进位）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、开关控制操作方式实验注：为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1”状态（所对应的指示灯亮。）本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“ 0”。2 .通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数:图17实验一开关实验接线图1.按图17接线图接线:连线时应注意：为了使连线统一，

17、对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上运算器电路C-G S3s2S1S0MCn ALU-G AR| LpR1 LpR2- T+ .fin |f/8脉冲源及时序电路S3s2S1S0MCn ALU-GArjldrLdrj控制开关电路控制总线T4判315.BD8 数据总线BD7 .bD0dij1 I DIJ-G I:-DIJ2数据输入电路88 8 8. 8,8.8 S 8,8.88.8.8.8 338888,8注意：本实验中 ALU -G和C-G不能同时为0,否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通1)拨

18、动清零开关 CLR,使其指示灯。再拨动 CLR,使其指示灯亮。置 ALU-G = 1:关闭ALU 的三态门；再置C-G=0 :打开数据输入电路的三态门；置 ALU-G = 1 再置 C-G=0(1)设置数据输入电路的数据开关D15D0”为要输入的数值 A;如1234H输入的数值 A : 1234H: 00010010 00110100（2）置LDR1 = 1 :使数据暂存器LT1 （ U 3、U4 ）的控制信号有效，置LDR2=0:使数据暂存器LT2 （U 5、U6 ）的控制信号无效；置 LDR1 = 1,然后置 LDR2 = 0（3）按一下脉冲源及 时序电路的【单脉 冲】按钮，给暂存 器LT

19、1送时钟，上 升沿有效，把数据 存在LT1中。3）向数据暂存器LT2 （U5、U6）中置数:(1)置C-G=1,关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=0 ,打开 ALU5678H(2)置LDR1 =0:数据暂存器LT1的控制信号无效；置 LDR2 = 1:使数据暂存器LT2的控制信号有效。置 LDR1 = 0 再置 LDR2 = 1(3)按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在 LT2中。(4)置LDR1 =0、LDR2 =0,使数据暂存器 LT1、LT2的控制信号无效。置 LDR1 =0、LDR2 =0(4 )检验两个数据暂存器 LT1和L

20、T2中的数据是否正确:的三态门；控制开关电路(S_CON先置C-G=1 ,然后再置ALU-G=0 (顺序不能错)(2)置“S3s2S1S0M”为“ 11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数，表示往暂存器 LT1置数正确；置 “S3s2S1S0M” 为 “11111”(3)置“ S3s2S1S0M”为“ 10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数，表示往暂存器LT2置数正确。捽制开关电路置 “S3s2S1S0M” 为 “10101显示数值B3.验证74LS181的算术和逻辑功能LT1LT2S3S2S1S0M=0 （算术运算）M=1 （逻辑运算）Cn=1 （无进位）Cn=

21、 0 （有进位）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=按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“ 1234H”和5678H”，在给定 LT1=1234H、LT2=5678H 的情况下，

22、通过改变 “ S3s2S1S0MCn”F,填的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值 入上表中，参考表1 1的功能表，分析输出 F值是否正确。4.验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能：(1)首先将控制开关电路的所有开关拨到输出高电平“1”状态，所有对应的指示灯所有对应的指示灯亮(2)置ALU-G =1:关闭 ALU的三态门；再置 C-G=0 :打开数据输入电路的三态门;先置ALU-G = 1,再置C-G=0 (顺序不能错)(3)置数据输入电路的数据开关“D15D0” = "00000"，置LDR1 =1,使数据暂存器LT1的控制信号有效，置 LDR2 = 0,使 数据暂存器LT2的控制信号无 效，按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】，往暂存器LT1存入数据。置 LDR1 = 1,置 LDR2 = 0(4)置数据输入电路的数据开关“D15D0” = "11111"， 置LDR1 =0,使 数据暂存器LT1的控制信号无效，置LDR2 = 1,使数据暂存器LT2的控制信号有效，按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】往暂存器LT2存入数据，然后置LDR2 = 0,使数据暂存器LT2 ,准备执行下一