实验一 验证74LS181运算和逻辑功能
实验名称:
验证74LS181运算和逻辑功能
实验目的:
(1).掌握算术逻辑单元(ALU)的工作原理;
(2).熟悉简单运算器的数据传送通路;
(3).画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图;
(4).验证4位运算功能发生器(74LS181)组合功能。
实验设备:
74LS181,4段LED,开关若干
实验原理:
ALU能进行多种算术运算和逻辑运算。4位ALU-74LS181能进行16种算术运算和逻辑运算。功能表如下:
方式 |
M=1逻辑运算 |
M=0算术运算 |
|
S3 S2 S1 S0 |
逻辑运算 |
CN=1(无进位) |
CN=0(有进位) |
0 0 0 0 |
F=/A |
F=A |
F=A加1 |
0 0 0 1 |
F=/(A+B) |
F=(A+B) |
F=(A+B)加1 |
0 0 1 0 |
F=(/A)B |
F=A+/B |
F=(A+/B)加1 |
0 0 1 1 |
F=0 |
F=负1(补码形式) |
F=0 |
0 1 0 0 |
F=/(AB) |
F=A加A(/B) |
F=A加A/B加1 |
0 1 0 1 |
F=/B |
F=(A+B)加A/B |
F=(A+B)加A/B加1 |
0 1 1 0 |
F=A⊕B |
F=A减B减1 |
F=A减B |
0 1 1 1 |
F=A/B |
F=A(/B)减1 |
F=A(/B) |
1 0 0 0 |
F=/A+B |
F=A加AB |
F=A加AB加1 |
1 0 0 1 |
F=/( A⊕B) |
F=A加B |
F=A加B加1 |
1 0 1 0 |
F=B |
F=(A+/B)加AB |
F=(A+/B)加AB加1 |
1 0 1 1 |
F=AB |
F=AB减1 |
F=AB |
1 1 0 0 |
F=1 |
F=A加A |
F=A加A加1 |
1 1 0 1 |
F=A+/B |
F=(A+B)加A |
F=(A+B)加A加1 |
1 1 1 0 |
F=A+B |
F=(A+/B)加A |
F=(A+/B)加A加1 |
1 1 1 1 |
F=A |
F=A减1 |
F=A |
引脚 |
说明 |
M状态控制端 |
M=1逻辑运算;M=0算术运算。 |
S3 S2 S1 S0运算选择控制 |
S3 S2 S1 S0决定电路执行哪一种算术 |
A3 A2 A1 A0 |
运算数1,引脚3为最高位 |
B3 B2 B1 B0 |
运算数2,引脚3为最高位 |
Cn 最低位进位输入 |
Cn=0有进位,Cn=1无进位; |
Cn+4本片产生的进位信号 |
Cn+4=0有进位,Cn+4=1无进位; |
F3 F2 F1 F0 |
F3 F2 F1 F0运算结果,F3为最高位 |
(上表中的“/”表示求反)
ALU-74LS181引脚说明:M=1逻辑运算,M=0算术运算。
实验内容:
电路如下所示:
验证结果如下:
S0 S1 S2 S3 |
数据1 |
数据2 |
算术运算(M=0) |
逻辑运算 (M=1) |
|
CN=1(无进位) |
CN=0(有进位) |
||||
0 0 0 0 |
AH |
5H |
F=A |
F=B |
F=5 |
0 0 0 1 |
AH |
5H |
F=F |
F=0 |
F=0 |
0 0 1 0 |
AH |
5H |
F=A |
F=B |
F=5 |
0 0 1 1 |
AH |
5H |
F=F |
F=0 |
F=0 |
0 1 0 0 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
0 1 0 1 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
0 1 1 0 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
0 1 1 1 |
FH |
1H |
F=D |
F=E |
F=E |
1 0 0 0 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
1 0 0 1 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
1 0 1 0 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
1 0 1 1 |
FH |
FH |
F=E |
F=F |
F=F |
1 1 0 0 |
5H |
5H |
F=A |
F=B |
F=F |
1 1 0 1 |
5H |
5H |
F=A |
F=B |
F=F |
1 1 1 0 |
5H |
5H |
F=4 |
F=5 |
F=5 |
1 1 1 1 |
5H |
5H |
F=4 |
F=5 |
F=5 |
总结以及心得体会:
通过这次实验,我熟悉了multisim这个软件的使用,原来这个软件居然是如此的神奇,更加重要的是,原本在书本上的元件,实际使用之后愈加加深了我对计算机计算方式以及硬件组成的理解,计算机不再是书本上老学究们所讲的怎样怎样,我自己有了深刻的体会!
这个实验难度并不大,关键在于加深对计算机的理解!
实验二 运算器
实验名称:
运算器
实验目的:
(1) 进一步熟练掌握算术逻辑单元(ALU)的应用方法;
(2) 进一步熟悉简单运算器的数据传送原理;
(3) 画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图;
(4) 熟练掌握有关数字元件的功能和使用方法;
(5) 熟练掌握有关子电路的创建及使用。
实验原理:
本实验仿真单总线结构的运算器,原理如下图图2-2所示。相应的电路如图2-3所示。
电路图中,最右边的像5线谱的器件模拟8位数据总线;与74LS244连接的8个开关产生所需数据记为K8;74LS244为三态门电路,用于设置各个寄存器的值,切记总线只有一个输入;两个74LS273部件作为暂存工作寄存器DR1和DR2;两个74374部件作为通用寄存器GR1和GR2;众多的开关作为控制电平或打入脉冲;众多的8段显示屏显示相应位置的数据信息;核心为8位ALU部件。
图2-2单总线结构的运算器示意图
实验电路如下:
其中的一些层次块:
74244_BLOCK内容:
74273_BLOCK内容:
74374_BLOCK内容:
K8_BLOCK内容:
8BIT_ALU_BLOCK内容:
实验内容:
按图2-3搭建电路,完成如下操作。
(1) 说明整个电路工作原理。
(2) 说明74LS244N的功能及其在电路中的作用,及输入信号G有何作用;
(3) 说明74LS273N的功能及其在电路中的作用,及输入信号CLK有何作用;
(4) 说明74LS374N的功能及其在电路中的作用,及输入信号CLK和OC有何作用;
(5) K8产生任意数据存入通用寄存器GR1。
(6) K8产生任意数据存入通用寄存器GR2。
(7) 完成GR1+ GR2→GR1。
(8) 完成GR1- GR2→GR1。
(9) 完成GR1∧GR2→GR1。
(10)完成GR1∨GR2→GR1。
(11)完成GR1⊕GR2→GR1。
(12)~GR1→GR2。(“~”表示逻辑非运算)
(13)~GR2→GR1。
实验解答:
(1)整个电路的工作原理:该电路图完成一些基本的算数运算和逻辑运算,通过对181的控制端的输入,完成相应的运算。通过74LS244控制端输入相应的信号,送到总线,总线又把输入信号送到GR1,通过双击单脉冲,把输入信号送到DR1并在LED上显示出来,此时通过双击与273相连的脉冲,把输入信号暂时保存到DR1中,重复上述操作把另一个输入信号保存到DR2中。
(2)74LS244为三态门电路,用于设置各个寄存器的值,切记总线只有一个输入;输入信号G是使能控制端,低电平有效。
(3)74LS273部件作为暂存工作寄存器,暂时保存要进行运算的信号。CLR的作用即清零,清除保存到该寄存器的信号。
(4)74374部件作为通用寄存器GR1和GR2,在此电路中是保存和传送信号。
OC的作用是OUTPUT CONTROL控制输出。
(5)通过双击与74LS273(0)相连的单脉冲,即把数据存入到了GR1,并在相应的LED上显示出来。
(6)同(5)。
(7)^(13)略。
总结以及心得体会:
通过这次实验,我深刻地体味到了计算机世界的神奇,运算都是一步一步来实现的,既有运算的部件,也有存储的部件,也有控制传数的部件,一张计算机网络就像是一个忙碌的生产空间,一切都通过cpu的调度(这里是通过自己手动控制),计算机完成了一项又一项的运算这样的话,我想,如果把控制指令也存储起来,是不是计算机就可以自己运动起来了?实际上计算机也是这样做的,这次实验,我理解了以前的很多疑惑,比如说计算机里为什么要有时钟脉冲?这里是为了实现一步一步的运算,没有时钟脉冲的话,计算机会是一片混乱,等等。计算机里面的操作,不再是书本上冷冷的几句话语,现在,它已经出现在我眼前!
实验三:乘法实现
实验名称:
乘法实现
实验目的:
开放性实验,根据原理图实现乘法的电路设计以及运行。
实验原理:
如下图,下图是实现原码一位乘法运算的基本硬件配置框图,根据这幅图用一位相加方法实现乘法,自行选择器件设计电路并运行。
完成后的电路图如下:
74LS194_BLOCK内容:
实验内容:
略。
总结及心得体会:
通过这次实验,我更加深刻地体会到了计算器内乘法器的实现方式,这个实验的过程颇有一些曲折,由于开始时的两个实验都有原理图可以参考,但是这个实验完全是开放性的,完全没有原理图可以参考,我一开始是以为自己完不成这个实验的,毕竟自己不是弄这一行的,自己也是抱着玩玩的心态来对待这个实验的,不过,结果却出人意料,我自己居然完成了这个实验,看来那句话是对的“你对自己说了100万次‘我不行’,但是大多的时候,你还是行的!”,也对,一件事情,自己如果都没有尝试过,怎么能说自己不行呢?所以一定要尝试,努力去做就对了,没做出来也没有什么要紧的!
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