掌握运算器的组成及工作原理Word格式.docx

1、is图1-1 （b） GAL芯片进位控制电路算术逻辑单元 ALU是由两片74LS181构成。74LS181的功能控制条件由 S3、S2、S1、SO、M、Cn决定。高电平工作方式 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。两片74LS273构成两个八位数据暂存器，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。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

2、作M=0 算术操作S3 S2 S1 SOCn=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）加 10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=（A+/B）加 10 0 1 1F=0F=M 1（2 的补）0 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 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 11 0 0 0F=/A+BF=A 加 A*

3、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）加 A*B 加 11 0 1 1F=A*BF=A*B 减 11 1 0 0F=1F=A 加 AF=A加A加11 1 0 1F=（A+B）加 AF=（A+B）加 A 加 11 1 1 0F=（A+/B）加 AF=（A+/B）加 A 加 11 1 1 1F=A 减 1-rqdd qqddqd-c 11223344 NG表1-1 74LS181功能表五、工作原理:运算器的结构框图见图 1-5 :数据总线（D.BU S）算术逻辑单

4、元 ALU是运算器的核心。集成电路 74LS181是4位运算器，两片74LS181以并/串形式构成 8位运算器。它可以对两个八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。两片74LS273作为两个八位数据暂存器，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

5、据被送入暂存器保存。六、实验内容: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。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。）图1-6 实验一键盘实验连线图2.实验过程：在监控指示灯滚动显示【CLASS SELECt】时按【实验选择】键，显示【 ES-_ _】输入01或1，按【确认】键，监控指示灯显

6、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。再按【确认】键，进入实验一程 序，监控指示灯显示【In St-】，提示输入运算指令，输入两位十六进制数（参考表 1-3和表1- 1），选择执行哪种运算操作。按【确认】键，监控指示灯显示【 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。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】，不用改变，

7、使用默认值“ 1”，按【确认】，显示【DATA】，提示输入第一个数据，输入十六进制数【 34H】，按【确认】，显示【DATA】，提示输入第二个数据，输入十六进制数【 B6H】，按【确认】键，监控指示灯显示【FINISH】，表示运算结束，可从数据总线显示灯观察运算结果。再按【确认】后监控显示灯显示【ES01】，可执行下一运算操作。运算指令（S3 S2 S1 SO）输入数据（十六进制）00或001或102或203或304或405 或 5 :06或607或708或809或90A或A0B或B0C或C0D或D0E或E0F或F表1-3运算指令关系对照表在给定LT仁34H、LT2=B6H的情况下，改变运算器

8、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）34HB6HF=01 或 1 :F= 03 或 3 F= 105 或 5 107 或 7 109 或 9 10B 或 B 10D 或 D 10E 或 E 1n、开关控制操作方式实验为了避免总线冲突，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”。1.按图1 7接线图接线：连线时应注意：为了使连线统

9、一，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 。图1 7实验一开关实验接线图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：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）置ALU-G = 1:关闭 ALU的三态门U 31（74LS244）;再置 C-G=0 :打开数据输入电路的三态门；2）向数据暂存器LT1 （U 27, 74LS273）中置数：（1）设置数据输入电路的数据开关“ D 7D0 ”为要输入的数值，如“ 01010101 ”；（

10、2）置LDR1 = 1:使数据暂存器 LT1 （U 27, 74LS273 ）的控制信号有效，置LDR2 = 0:使数据暂存器 LT2 （U 28，74LS273）的控制信号无效；（3 ）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器 LT1 （U 27，74LS273 ）送时钟，上升沿有效，把数据存在 LT1中。3）向数据暂存器 LT2 （U 28, 74LS273）中置数:（1 ）设置数据输入电路的数据开关“ D 7DO ”为想要输入的数值，如“10101010”；（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。（

11、3） 按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器 LT1 （U 27 ,74LS273 ）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。4 ）检验两个数据暂存器 LT1和LT2中的数据是否正确：（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 ALU的三态门；（2） 置“ S3S2S1S0M”为“ 11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器 LT1中的 数 “ 0101 0101”，表示往暂存器 LT1置数正确；（3） 置“ S3S2S1S0M ”为“ 10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器 LT2中 的数 “1010 1010”，表示往暂存器LT2置数正确。3 .验证74LS181的算术和逻辑功能p0 1 0 0Ap 0 0 0: