【机组】算术逻辑单元带进位运算实验的解密与实战

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 系列专栏：《机组 | 模块单元实验》
⏰诗赋清音：云生高巅梦远游， 星光点缀碧海愁。 山川深邃情难晤， 剑气凌云志自修。

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目录

一、 实验目的

二、 实验内容

三、 实验详情

实验1：算术逻辑单元带进位位的加法运算实验

实验2：带进位移位实验

四、 实验步骤

实验1  算术逻辑单元带进位的位加法运算

实验2  带进位移位实验

五、 实验结果

实验1  算术逻辑单元带进位的位加法运算

实验2  带进位移位实验

六、 实验体会

总结

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一、 实验目的

1. 熟悉判零线路；
2. 掌握进位寄存器单元的工作原理运用；
3. 掌握带进位控制的算术逻辑运算器的组成和硬件电路。

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二、 实验内容

1. 完成算术逻辑单元带进位的位加法运算；
2. 完成带进位移位实验。

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三、 实验详情

实验1：算术逻辑单元带进位位的加法运算实验

● 把ALU-IN（8芯的盒型插座）与右板上的二进制开关单元中J01插座相连(对应二进制开关H16~H23)，把ALU-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线上的DJ2相连。

● 把D1CK、D2CK、CCK用连线连到脉冲单元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二进制拨动开关（请按下表接线）。

控制信号	接入开关位号
D1CK	PLS1  孔
D2CK	PLS1  孔
CCK	PLS1  孔
EDR1	H8    孔
EDR2	H7    孔
ALU-O	H6    孔
CN	H5    孔
M	H4    孔
S3	H3    孔
S2	H2    孔
S1	H1    孔
S0	H0    孔

接线图示：

● 按启停单元中停止按钮，实验平台停机并且把进位寄存器CY清零（CY灯灭）。在本实验中使用算术逻辑单元作为进位发生器，按运行键，实验即进入运行状态。

● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置65H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
0	1	1	0	0	1	0	1	65H

置各控制信号如下：

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
0	1	0	1	0	1	0	0	1

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D1CK上产生一个上升沿，把65H打入DR2数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR2寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR2中。置S3、S2、S1、S0、M为11101时，总线指示灯显示DRl中的数，而置成10010时总线指示灯显示DR2中的数。

● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置A7H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
1	0	1	0	0	1	1	1	A7H

置各控制信号如下：

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
1	0	1	1	0	1	0	0	1

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D2CK上产生一个上升沿，把A7H打入DR2数据锁存器。

● 再置各控制信号如下：

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
1	1	0	1	0	1	0	0	1

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在CCK上产生一个上升沿，把74LS181的进位打入进位寄存器中，在有进位的情况下，CY指示灯亮，并且ALU-O为0，把计算结果输出到数据总线。

● 经过74LS181的计算将产生进位，即Cn+4输出0，当把计算结果输出到总线时，数据总线指示灯IDB0~IDB7将显示结果0CH。

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实验2：带进位移位实验

● 按启停单元中停止按钮，实验平台停机时把进位寄存器CY清零（CY灯灭）。在本实验中使用通用寄存器作为进位发生器，按运行键，实验即进入运行状态。

把RA-IN（8芯的盒型插座）与右板上的二进制开关单元中J01相连(对应二进制开关H16~H23)，把RA-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线上的DJ6相连。

● 把CCK、RACK连到脉冲单元的PLS1，把ERA、X0、X1、RA-O、M接入二进制拨动开关。（请按下表接线）。

信号定义	接入开关位号
CCK	PLS1  孔
RACK	PLS1  孔
X0	H12   孔
X1	H11   孔
ERA	H10   孔
RA-O	H9    孔
M	H4    孔

接线图示：

● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置81H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
1	0	0	0	0	0	0	1	81H

置各控制信号如下：

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
1	1	0	0	0

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RACK上产生一个上升沿，把81H打入通用寄存器内。

● 此时数据总线上的指示灯IDB0~IDB7 应该显示为81H。由于通用寄存器内容不为0，所以ZD（LED）灯灭。

置各控制信号如下：

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
0	1	0	0	0

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RACK上产生一个上升沿，使通用寄存器中的值左移。因进位寄存器CY的初始值为0，在RACK脉冲作用下将CY打入通用寄存器的最低位Q0。同时在CCK脉冲作用下把通用寄存器的最高位Q7（为1）打入进位寄存器CY，使CY显示灯亮，这样就实现了带进位的左移功能。

● 同样置各控制信号如下，并且按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，可实现带进位的右移功能。

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
1	0	0	0	0

把M作为是否带进位的选择，M=0 带进位移位，M=1不带进位移位。控制型号X0、X1、M的功能状态如下：

功能状态表

X1	X0	M	功能	移位操作
0	1	1	循环右移	Q7->Q6->Q5->Q4->Q3->Q2->Q1->Q0
0	1	0	带进位循环右移	CY->Q7->Q6->Q5->Q4->Q3->Q2->Q1->Q0
1	0	1	循环左移	Q7<-Q6<-Q5<-Q4<-Q3<-Q2<-Q1<-Q0
1	0	0	带进位循环左移	CY<-Q7<-Q6<-Q5<-Q4<-Q3<-Q2<-Q1<-Q0

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四、 实验步骤

实验1  算术逻辑单元带进位的位加法运算

（1）step1：把ALU-IN、ALU-OUT分别与二进制开关单元JO1和总线DJ2相连，并把D1CK、D2CK、CCK使用连接线接到脉冲单元的PLS1上，具体接线如下表。

控制信号	接入开关位号
D1CK	PLS1	孔
D2CK	PLS1	孔
CCK	PLS1	孔
EDR1	H8	孔
EDR2	H7	孔
ALU-O	H6	孔
CN	H5	孔
M	H4	孔
S3	H3	孔
S2	H2	孔
S1	H1	孔
S0	H0	孔

（2）step2：按停止按钮，机箱停机将CY清零，再按运行键。二进制开关H16至H23作为数据输入，置65H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
0	1	1	0	0	1	0	1	65H

置各控制信号如下表.

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
0	1	0	1	0	1	0	0	1

（3）step3：按下机箱的PLS1脉冲按键，在D1CK产生上升沿，把65H打入DR1锁存器中。

二进制开关H16至H23作为数据输入，置A7H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
1	0	1	0	0	1	1	1	A7H

置各控制信号如下表.

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
1	0	1	1	0	1	0	0	1

按下机箱的PLS1脉冲按键，在D1CK产生上升沿，把A7H成功打入DR2锁存器中。

置各控制信号如下表.

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
1	1	0	1	0	1	0	0	1

按下机箱的PLS1脉冲按键，在D1CK产生上升沿，总线指示灯IDB0至IDB7显示结果0CH。

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实验2  带进位移位实验

（1）step1：将CY清零，重新按运行键使机箱处于运行状态。RA-IN、RA-OUT分别与二进制开关单元JO1和总线DJ6相连，并把RACK、CCK使用连接线接到脉冲单元的PLS1上，具体接线如下表。

控制信号	接入开关位号
CCK	PLS1	孔
RACK	PLS1	孔
X0	H12	孔
X1	H11	孔
ERA	H10	孔
RA-O	H9	孔
M	H4	孔

（2）step2：二进制开关H16至H23作为数据输入，置81H（如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
1	0	0	0	0	0	0	1	81H

置各控制信号如下表.

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
0	1	0	0	0

（3）step3：按下机箱的PLS1脉冲按键，在D1CK产生上升沿，实现带进位的左移功能。

然后置各控制信号如下表.

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
1	0	0	0	0

按下机箱的PLS1脉冲按键，在D1CK产生上升沿，实现带进位的右移功能。

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五、 实验结果

实验1  算术逻辑单元带进位的位加法运算

实验1平台

实验1结果

实验2  带进位移位实验

实验2第一阶段平台

实验2第一阶段平台

实验2第二阶段平台

实验2第二阶段结果

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六、 实验体会

通过对实验操作以及结果分析，我熟悉了判零线路；掌握了在控制部分通过启停按键和运行按键以清零CY寄存器，并控制实验是否产生进位、左移或右移；熟悉了带进位控制的算术逻辑运算器的组成、硬件电路以及利用进位寄存器来实现带进位的左移、右移。

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总结

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