计组—运算器实验报告1最全分析总结
目录
第一部分 8位算术逻辑运算实验
第二部分 带进位控制8位算术逻辑运算实验
第三部分 16位算术逻辑运算实验
第一部分 8位算术逻辑运算实验
一、实验目的
1、掌握算术逻辑运算器单元ALU(74LS181)的工作原理。
二、实验内容
算术逻辑运算功能发生器 74LS181(U31、U32)的功能控制信号S3、S2、S1、S0、CN、M。
(1)低8位运算器模块;(74LS181芯片2片 74LS273 芯片2个,分别存放数据A和B)
(4)功能开关模块(借用微地址输入模块,S0~S3,M,CN)
高有效信号 | 运算器运算方式:S0~S3,M,CN;锁存器控制:LDDR1、LDDR2; |
低有效信号 |
输入控制台:SWB 运算器输出控制:ALUB |
- J20,J21,J22,接上短路片,
- J24,J25,J26接左边;
- J27,J28 右边;
- J23 置右边T4选“ SD”
- JA5 置“接通”;
- JA6 置“手动”;
- JA3 置“接通”;
- JA1,JA2,JA4置“高阻”;
- JA8 置上面“微地址”;
- EXJ1接BUS3;
- 开关CE 、AR 置1;
说明:AR为算术运算时是否影响进位及判零标志控制位,低电平有效。
(1)用二进制数码开关KD0—KD7向DR1和DR2寄存器置数。
ALU输出三态门(ALUB`置 1),目的是关闭输出三态门;
令LDDR1= 1 ,LDDR2=0 ,通过KD0-KD7开关输入数据35H,按动手动脉冲发生按钮,将数据35H置入DR1寄存;
令LDDR1= 0,LDDR2=1 ,通过KD0-KD7开关输入数据48H,按动手动脉冲发生按钮,将数据48H置入DR2寄存。
具体方法:利用算术逻辑运算功能发生器 74LS181的逻辑功能,即M=1 。通过正确的逻辑运算,能够依次读出DR1和DR2的数据。
(2)用二进制数码开关KD0~KD7向DRl和DR2寄存器置数。
方法:关闭ALU输出三态门(ALUB’=1),开启输入三态门(SWB’=0),输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。设置数据开关具体操作步骤图示如下:
(4)验证74LSl81的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)
在给定DRl=35H、DR2=48H的情况下,改变算术逻辑运算功能发生器的功能设置,观察运算器的输出,填入实验报告表中,并和理论分析进行比较、验证。
三、74LS181功能表
其中:①表中“+”表示逻辑或,“⊕”表示逻辑异或,“/”表示逻辑非,“AB”表示逻辑与。
②加法运算时,CY=1表示运算结果有进位,CY=0表示运算结果无进位;
减法运算时,CY=1表示运算结果无借位,CY=0表示运算结果有借位。
四、实验数据
五.实验结果分析及总结
2.实验总结:在实验时,实验的接线是需要更改的,不然会导致实验结果错误。验证锁存器DR中的数据是,需要使输入三态门关闭,输出三态门打开。还可以通过功能表中的算术运算验证数据。
六、思考题
1、在向DR1和DR2寄存器置数时S3、S2、S1、S0、M、Cn如何设置?
答:LDDRl是寄存器DRl的控制信号,LDDR2是寄存器DR2的控制信号都是高电平有效。置入哪个寄存器,就打开哪个控制信号,其余寄存器控制信号关闭,如果不关闭控制端,则数据可能会丢失。
3、为什么在读取74LS181的输出结果时要打开输出三态门的控制端ALUB’ ?
第二部分 带进位控制8位算术逻辑运算实验
一.实验目的
1、验证带进位控制的算术逻辑运算发生器74LSl8l的功能。
二.实验内容
1、实验原理
带进位控制运算器的实验原理如图2.1所示,在实验1的基础上增加进位控制部分,其中高位74LS181(U31)的进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B进入UN5B的输入端D,其写入脉冲由T4和AR信号控制,T4是脉冲信号,在手动方式下进行实验时,只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关的输出端SD相连,按动手动脉冲开关,即可获得实验所需的单脉冲。AR是电平控制信号(低电平有效),可用于实现带进位控制实验。从图中可以看出,AR必须为“0”电平,D型触发器74LS74(UN5B)的时钟端CLK才有脉冲信号输入。才可以将本次运算的进位结果CY锁存到进位锁存器74LS74(UN5B)中。
2、实验接线
实验连线详细如下:
(1)J20,J21,J22,接上短路片,
(2)J24,J25,J26接左边;
(3)J27,J28 右边;
(4)J23 置右边T4选“ SD”
(5)JA5 置“接通”;
(6)JA6 置“手动”;
(7)JA3 置“接通”;
(8)JA1,JA2,JA4置“高阻”;
(9)JA8 置上面“微地址”
(10)EXJ1接BUS3
(11)CE、299B 置“1”,AR置“0”;
(12)总清开关拨在“1”电平。若总清开关拨在“0”电平,Cy清零。
3、实验步骤
(1)仔细查线无误后,接通电源。
(2)用二进制数码开关KDO~KD7向DRl和DR2 寄存器置数。
方法:关闭ALU输出三态门ALUB=1,开启输入三态门SWB=0,输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。如果选择参与操作的两个数据分别为55H、AAH,将这两个数存入DR1和DR2的具体操作步骤如下:
(3)开关ALUB=0,开启输出三态门,开关SWB=1,关闭输入三态门,同时让LDDR1=0,LDDR2=0。
(4)验证带进位运算及进位锁存功能
这里有两种情况:
*进位标志已清零,即CY=0,进位灯灭。
A.使开关CN=0,再来进行带进位算术运算。例如步骤(2)参与运算的两个数为55H和AAH,当S3、S2、S1、S0、M状态为10010,此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加初始进位位“1” (因CN=0),相加的结果应为ALU=00,并且产生进位,此时按动手动脉冲开关,则进位标志灯亮,表示有进位。
B.使开关CN=1,当S3、S2、S1、S0、M状态为10010,则相加的结累ALU=FF,并且不产生进位。
*原来有进位,即CY=1,进位灯亮。
此时不考虑CN的状态,再来进行带进位算术运算。同样步骤(2)参与运算的两个数为55H和AAH,当S3、S2、S1、S0、M状态为10010,此时输出数据总线显示灯上显示的数据为DRl加DR2再加当前进位标志CY,相加的结果同样为ALU=00,并且产生进位,此时按动手动脉冲开关,则进位标志灯亮,表示有进位。
(5)如果原来有进位,CY=1,进位灯亮,但需要清零进位标志时,具体操作方法如下:
A.AR信号置为“0”电平,DRl寄存器中的数应小于FF。
B.S3、S2、S1、S0、M的状态置为0 0 0 0 0。
C.按动手动脉冲发生开关,CY=0,即清进位标志。
注:进位标志指示灯CY亮时,表示进位标志为“1”,有进位;
进位标志指示灯CY灭时,表示进位位为“0”,无进位。
三.实验电路
四、验证两种操作下带进位的运算功能的实验数据记录
DR1 | DR2 | S3 S2 S1 S0 |
M=0,CN=0(带进位算术运算) 运算结果 |
运算后 进位状态 Cy |
理论计算 结果 |
8CH | 9FH |
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 |
8D A0 ED 2C 19 2C |
0 0 0 1 1 1 |
8D A0 ED 2C 19 2C |
DR1 | DR2 | S3 S2 S1 S0 |
M=0,CN=0(带进位算术运算) 运算结果 |
运算后 进位状态 Cy |
理论计算 结果 |
8CH | 9FH |
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 |
8D A0 ED 2C 19 2C |
0 0 0 1 1 1 |
8D A0 ED 2C 19 2C |
五、实验结果分析及总结
2.实验总结:产生进位时,需要按动手动脉冲开关,若此时CY灯亮,则有进位。
如果不希望产生的进位对下一步操作造成影响就需要对进位标志清零。
六、思考题
答:产生进位时,但又不希望产生的进位对下一步操作造成影响就需要对进位标志清零。
3、分析硬件电路说明在什么条件下,才能锁存8位运算后的进位标志?
第三部分 16位算术逻辑运算实验
一.实验目的
1、验证算术逻辑运算功能发生器 74LS181的16位运算组合功能。
二.实验内容
本实验需用到6个主要模块:① 低8位运算器模块;② 数据输入并显示模块;③ 数据总线显示模块;④ 功能开关模块(借用微地址输入模块);⑤ 高8位运算器模;⑥ 高8位(扩展)数据总线显示模块。
(3)验证74LS181的16位算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)。
根据表3.1所示内容,置功能开关S3、S2、S1、S0、M、CN改变74LS181的算术运算和逻辑运算功能设置,观察运算器输出,将观察结果填入表3.1中,并将理论计算结果写入表3.2中,进行比较验证。
注意:本实验做完后,拔掉连线ALUBUS`和ALUO1`,去掉短路套ZI2、CN0、CN4。
三、设计内容
1、 若有两个16位二进制数 :00FFH和2D5AH, 要求通过74LS181的运算,计算这两数相与的结果。
将S3,S2,S1,S0置为1011,M置0、Cn置0,实现两数相与。
b.用二进制数码开关KD7~KD0向DR1、DR2、DR3、DR4寄存器置数。
方法:关闭ALU输出三态门应使ALUB`=1(即开关ALUB=1),开启输入三
态门应使SWB`=0(即开关SWB=0),选通哪一个寄存器用对应开关LDDR1
~LDDR4(高电平有效),其中LDDR3、LDDR4开关在高8位运算器上部,
2、 若有两个16位二进制数 :1234H和A987H, 要求通过74LS181的运算,计算这两数之和。
将S3,S2,S1,S0置为1001,M置0、Cn置1,实现两数之和。
3、若被减数为7C69H和减数为1234H, 要求通过74LS181的运算,计算这两数之差。
将S3,S2,S1,S0置为0110,M置0、Cn置0,实现两数之差。
4、若被减数为1234 H和减数为7C69H, 要求通过74LS181的运算,计算这两数之差。和题4结果比较。
b.用二进制数码开关KD7~KD0向DR1、DR2、DR3、DR4寄存器置数。
方法:关闭ALU输出三态门应使ALUB`=1(即开关ALUB=1),开启输入三
态门应使SWB`=0(即开关SWB=0),选通哪一个寄存器用对应开关LDDR1
~LDDR4(高电平有效),其中LDDR3、LDDR4开关在高8位运算器上部,
答:题四和题三结果分别是6A35和95CB,两者和为0000,所以互为相反数。
四、实验结果分析及总结
1.实验分析:16位的数据拆成两个8位输入,DR1存放加数1的低位,DR2存放加数2的低位,DR3存放加数1的高位,DR4存放加数2的高位。置数操作没有变化,打开相应寄
存器的门,按下手动脉冲T4就行。然后拨动S0~S3,M,CN,验证实验结果。
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