实验一运算器实验(接线参考).doc

. .. . .实验一 运算器实验一、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EP1K10部）等组成电路图见图1-1(a)、1-1(b)图1-1（a）ALU电路 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它们的管脚分配和引出端功能符号详见图1-3和图1-4 图1-2 74LS181管脚分配 表1-2 74LS181输出端功能符号74LS181功能表见表1－1，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算 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=/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=减1(2的补)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减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减1F=A表1-1 74LS181功能表 图1-3（a） 74LS273管脚分配 图1-3（b）74LS273功能表 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： 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)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S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2T4C1… ...C6 E5 E4 F5 E3 F4 控制总线 图1－6 实验一 键盘实验连线图F4只用一个排线插头孔2．实验过程： (1)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【CLASS SELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--_ _ 】输入01或1，按【确定】键，监控显示为【ES01】，表示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 S2 S1 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3）按【确认】键，监控显示【Lo=0】,此处Lo相当于表1－1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)（4）按【确认】，显示【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）按【确认】，显示【Ar=1】，使用默认值“1”，关闭进位输出若输入“0”，则打开进位输出） 这一步我们选择了 S3 S2 S1 S0为0000，Lo为0 ，Cn=0通过表1-1得知将进行F=A+1的有进位算数运算结果00010010 00110101换成16进制为1235H （5）按【确认】，显示【DATA】，提示输入第一个数据A，输入十六进制数【1234H】，按【确认】，显示【DATA】，提示输入第二个数据，输入十六进制数【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【确认】后监控显示【ES01】，可执行下一运算操作 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=/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=减1(2的补)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减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减1F=A表1-1 74LS181功能表 运算指令（ S3 S2 S1 S0）输入数据（十六进制）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 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： LT1 LT2S3S2S1S0 M=0（算术运算） M=1（逻辑运算） Cn=1（无进位）Cn= 0（有进位） 1234H 56。