计组—运算器实验报告1最全分析总结
目錄
? ? ? ? ?第一部分? 8位算術邏輯運算實驗
第二部分 帶進位控制8位算術邏輯運算實驗
第三部分 16位算術邏輯運算實驗
第一部分? 8位算術邏輯運算實驗
一、實驗目的
1、掌握算術邏輯運算器單元ALU（74LS181）的工作原理。
2、掌握簡單運算器的數據傳送通路組成原理。
3、驗證算術邏輯運算功能發生器74LSl8l的組合功能。
4、按給定數據，完成實驗指導書中的算術／邏輯運算。
二、實驗內容
1、實驗原理
實驗中所用的運算器數據通路如圖1－1所示。其中運算器由兩片74LS181以并/串形成8位字長的ALU構成。運算器的輸出經過一個三態門74LS245到內部數據總線BUSD0～D7插座BUS1～2中的任一個（跳線器JA3為高阻時為不接通），內部數據總線通過LZD0～LZD7顯示燈顯示；運算器的兩個數據輸入端分別由二個鎖存器74LS273鎖存，兩個鎖存器的輸入并聯后連至內部總線BUS，實驗時通過8芯排線連至外部數據總線EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一個；參與運算的數據來自于8位數據開并KD0～KD7，并經過一三態門74LS245直接連至外部數據總線EXD0～EXD7，通過數據開關輸入的數據由LD0～LD7顯示。
算術邏輯運算功能發生器 74LS181（U31、U32）的功能控制信號S3、S2、S1、S0、CN、M。
2、實驗接線
A.本實驗用到4個主要模塊：
（1）低8位運算器模塊；（74LS181芯片2片? 74LS273 芯片2個，分別存放數據A和B）
（2）數據輸入并顯示模塊；（KD0~KD7）
（3）數據總線顯示模塊；（LD0~LD7）
（4）功能開關模塊（借用微地址輸入模塊，S0~S3，M，CN）
（5）脈沖信號：T4
| 高有效信號 | 運算器運算方式：S0~S3，M,CN；鎖存器控制：LDDR1、LDDR2； |
| 低有效信號 | 輸入控制臺：SWB 運算器輸出控制：ALUB |
E.根據實驗原理詳細接線如下：
說明：AR為算術運算時是否影響進位及判零標志控制位，低電平有效。
F.實驗原理圖
3、實驗預習
（1）用二進制數碼開關KD0—KD7向DR1和DR2寄存器置數。
ALU輸出三態門（ALUB`置 1），目的是關閉輸出三態門；
SW輸入三態門（SWB置 0），目的是開啟輸入三態門；
令LDDR1= ??1? ，LDDR2=? ?0 ，通過KD0-KD7開關輸入數據35H，按動手動脈沖發生按鈕，將數據35H置入DR1寄存；
令LDDR1= ?0 ?，LDDR2=? 1? ，通過KD0-KD7開關輸入數據48H，按動手動脈沖發生按鈕，將數據48H置入DR2寄存。
（2） 檢驗DR1和DR2中存入的數據是否正確。
具體方法：利用算術邏輯運算功能發生器 74LS181的邏輯功能，即M=1 。通過正確的邏輯運算，能夠依次讀出DR1和DR2的數據。
實現過程為：關閉數據輸入三態門SWB`＝? 1? ，打開ALU輸出三態門ALUB`＝? 0? ，當置S3、S2、S1、S0、M為? 11111?? 時，總線指示燈顯示? DR1?? 中的數，而置成?? 10101?? 時，總線指示燈顯示DR2中的數。
4、實驗步驟
（1）連接線路，仔細查線無誤后，接通電源。
（2）用二進制數碼開關KD0～KD7向DRl和DR2寄存器置數。
方法：關閉ALU輸出三態門(ALUB’=1)，開啟輸入三態門(SWB’=0)，輸入脈沖T4按手動脈沖發生按鈕產生。設置數據開關具體操作步驟圖示如下：
（3）檢驗DRl和DR2中存入的數據是否正確，利用算術邏輯運算功能發生器74LSl 8l的邏輯功能進行驗算，即M=1。具體操作如下：關閉數據輸入三態門SWB’=1，打開ALU輸出三態門ALUB’=0，當置S3、S2、S1、S0、M為11111時，總線指示燈顯示DR1中的數，而置成10101時總線指示燈顯示DR2中的數。
（4）驗證74LSl81的算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）
在給定DRl＝35H、DR2=48H的情況下，改變算術邏輯運算功能發生器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入實驗報告表中，并和理論分析進行比較、驗證。
三、74LS181功能表
實驗中用到的運算器74LS181功能表如表1.1所示。
表1.1? 運算器74LS181功能表（正邏輯）
??
?
其中：①表中“+”表示邏輯或，“⊕”表示邏輯異或，“/”表示邏輯非，“AB”表示邏輯與。
?? ②加法運算時，CY=1表示運算結果有進位，CY=0表示運算結果無進位；
減法運算時，CY=1表示運算結果無借位，CY=0表示運算結果有借位。
四、實驗數據
1、實驗數據記錄
五.實驗結果分析及總結
1.實驗結果分析：74LS181是算術邏輯運算發生器，S0~S3，M，CN是它的功能控制信號，按照實驗步驟接線，關閉輸出三態門ALUB’=1，開啟輸入三態門SWB=0，通過KD0~KD7輸入數據，打開對應的鎖存器控制信息，同時按下T4手動脈沖，將加數1送到DR1寄存器，加數2送入到DR2寄存器。撥動181的功能控制信號，發現實驗結果與理論計算一致。CN=1時，即運算結果，CN=0時，運算器會給原本的運算結果自動加低位進位1。
2.實驗總結：在實驗時，實驗的接線是需要更改的，不然會導致實驗結果錯誤。驗證鎖存器DR中的數據是，需要使輸入三態門關閉，輸出三態門打開。還可以通過功能表中的算術運算驗證數據。
六、思考題
1、在向DR1和DR2寄存器置數時S3、S2、S1、S0、M、Cn如何設置？
答：控制信號S3、S2、S1、S0、Cn、M都是用來控制算術邏輯運算單元ALU的狀態的，ALU運算的數據來源于DR1和DR2寄存器，DR1和DR2的低四位與低四位，高四位與高四位在ALU中進行運算，結果通過三態門到數據總線上，最后顯示。當數據還未被置入這些寄存器時，置數操作與這幾個控制信號無關，因此不用設置這些控制端的狀態。驗證置入數據是否正確時，才需要根據74181的功能表設置S3、S2、S1、S0、M、Cn。
2、DR1置數完成后，如果不關閉控制端，LDDR1會怎樣？
答：LDDRl是寄存器DRl的控制信號，LDDR2是寄存器DR2的控制信號都是高電平有效。置入哪個寄存器，就打開哪個控制信號，其余寄存器控制信號關閉，如果不關閉控制端，則數據可能會丟失。
3、為什么在讀取74LS181的輸出結果時要打開輸出三態門的控制端ALUB’ ？
答：DR1和DR2的低四位與低四位，高四位與高四位在ALU中進行運算，結果通過三態門到數據總線上，而ALUB是輸出三態門的控制端，低電平有效，只有打開了才能將74LS181的輸出結果最后通過LD0~LD7顯示。
第二部分 帶進位控制8位算術邏輯運算實驗
一.實驗目的
1、驗證帶進位控制的算術邏輯運算發生器74LSl8l的功能。
二.實驗內容
1、實驗原理
帶進位控制運算器的實驗原理如圖2.1所示，在實驗1的基礎上增加進位控制部分，其中高位74LS181（U31）的進位CN4通過門UN4E、UN2C、UN3B進入UN5B的輸入端D，其寫入脈沖由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，在手動方式下進行實驗時，只需將跳線器J23上T4與手動脈沖發生開關的輸出端SD相連，按動手動脈沖開關，即可獲得實驗所需的單脈沖。AR是電平控制信號（低電平有效），可用于實現帶進位控制實驗。從圖中可以看出，AR必須為“0”電平，D型觸發器74LS74（UN5B）的時鐘端CLK才有脈沖信號輸入。才可以將本次運算的進位結果CY鎖存到進位鎖存器74LS74（UN5B）中。
2、實驗接線
實驗連線詳細如下：
（1）J20,J21,J22,接上短路片，
（2）J24，J25，J26接左邊；
（3）J27,J28 右邊；
（4）J23 置右邊T4選“ SD”
（5）JA5? 置“接通”；
（6）JA6? 置“手動”；
（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）總清開關撥在“1”電平。若總清開關撥在“0”電平，Cy清零。
3、實驗步驟
（1）仔細查線無誤后，接通電源。
（2）用二進制數碼開關KDO～KD7向DRl和DR2 寄存器置數。
方法：關閉ALU輸出三態門ALUB=1，開啟輸入三態門SWB=0，輸入脈沖T4按手動脈沖發生按鈕產生。如果選擇參與操作的兩個數據分別為55H、AAH，將這兩個數存入DR1和DR2的具體操作步驟如下：
（3）開關ALUB=0，開啟輸出三態門，開關SWB=1，關閉輸入三態門，同時讓LDDR1=0，LDDR2=0。
（4）驗證帶進位運算及進位鎖存功能
這里有兩種情況：
*進位標志已清零，即CY=0，進位燈滅。
A.使開關CN=0，再來進行帶進位算術運算。例如步驟（2）參與運算的兩個數為55H和AAH，當S3、S2、S1、S0、M狀態為10010，此時輸出數據總線顯示燈上顯示的數據為DRl加DR2再加初始進位位“1” （因CN=0），相加的結果應為ALU=00，并且產生進位，此時按動手動脈沖開關，則進位標志燈亮，表示有進位。
B.使開關CN=1，當S3、S2、S1、S0、M狀態為10010，則相加的結累ALU=FF，并且不產生進位。
*原來有進位，即CY=1，進位燈亮。
此時不考慮CN的狀態，再來進行帶進位算術運算。同樣步驟（2）參與運算的兩個數為55H和AAH，當S3、S2、S1、S0、M狀態為10010，此時輸出數據總線顯示燈上顯示的數據為DRl加DR2再加當前進位標志CY，相加的結果同樣為ALU=00，并且產生進位，此時按動手動脈沖開關，則進位標志燈亮，表示有進位。
（5）如果原來有進位，CY=1，進位燈亮，但需要清零進位標志時，具體操作方法如下：
A.AR信號置為“0”電平，DRl寄存器中的數應小于FF。
B.S3、S2、S1、S0、M的狀態置為0 0 0 0 0。
C.按動手動脈沖發生開關，CY=0，即清進位標志。
注：進位標志指示燈CY亮時，表示進位標志為“1”，有進位；
進位標志指示燈CY滅時，表示進位位為“0”，無進位。
三.實驗電路
帶進位控制運算器的實驗原理電路如圖2.1所示。
四、驗證兩種操作下帶進位的運算功能的實驗數據記錄
① Cy=0 進位燈滅
| DR1 | DR2 | S3 S2 S1 S0 | M=0,CN=0(帶進位算術運算) ???????? 運算結果 | 運算后 進位狀態 Cy | 理論計算 結果 |
| 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 |
② Cy=1 進位燈亮
| DR1 | DR2 | S3 S2 S1 S0 | M=0,CN=0(帶進位算術運算) ???????? 運算結果 | 運算后 進位狀態 Cy | 理論計算 結果 |
| 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、實驗結果分析及總結
1.實驗分析：和上一個實驗的接線稍微不同，置數操作相同。最后運算結果是否產生進位，需要通過按下T4脈沖，觀察進位標志燈CY來判斷。第一個表是在當前進位標志為0即CY=0基礎上進行的，撥動181的S0~S3，M=0,CN=0，實現的操作是運算結果自動加1，同時按下手動脈沖，觀察當前是否產生進位。若產生進位，需要進行進位標志清零保證不影響下一個計算結果，因為此表需要每一個算術運算的CY=0。第二個表是在CY=1的基礎上進行的，每次運算都需要先將CY調為1后，才能撥動181的S0~S3，M=0進行后續計算，實驗的操作是將結果加上當前進位標志CY。經實驗，結果與理論計算一致并且兩個表的實驗結果相同。
2.實驗總結：產生進位時，需要按動手動脈沖開關，若此時CY燈亮，則有進位。
如果不希望產生的進位對下一步操作造成影響就需要對進位標志清零。
六、思考題
1、如何在進位運算操作前對進位標志清零？
答：將總清開關置零可以對進位標志清零。
2、在進行進位運算操作時，在何種情況下要對進位標志清零？
答：產生進位時，但又不希望產生的進位對下一步操作造成影響就需要對進位標志清零。
3、分析硬件電路說明在什么條件下，才能鎖存8位運算后的進位標志？
答：AR可實現帶進位控制運算，且低電平有效，所以AR必須為“0”電平，D型觸發器74LS74（UN5B）的時鐘端CLK才有脈沖信號輸入，才可以將本次運算的進位結果CY鎖存到進位鎖存器74LS74（UN5B）中。
第三部分 16位算術邏輯運算實驗
一.實驗目的
1、驗證算術邏輯運算功能發生器 74LS181的16位運算組合功能。
2、掌握16位運算器的數據傳送通路組成原理。
3、按要求和給出的數據完成幾種指定的算術邏輯運算。
二.實驗內容
1、實驗原理
實驗中所用16位運算器數據通路如圖3.1所示。其中運算器由四片74LS181以并/串形成16位字長的ALU構成。低8位運算器的輸出經過一個三態門74LS245（U33）到內部總線，低8位數據總線通過LZD0～LZD7顯示燈顯示；高8位運算器的輸出經過一個三態門74LS245（U33`）到ALUO1`插座，實驗時用8芯排線和高8位數據總線BUSD8～D15插座KBUS1或KBUS2相連，高8位數據總線通過LZD8～LZD15顯示燈顯示；參與運算的四個數據輸入端分別由四個鎖存器74LS273鎖存，實驗時四個鎖存器的輸入并聯連至內部數據總線再用8芯線連接到外部數據總線EXD0～D7插座EXJ1～EXJ3中的任一個；參與運算的數據源來自于8位數據開并KD0～KD7，并經過一三態門74LS245直接連至外部數據總線EXD0～EXD7，輸入的數據通過LD0～LD7顯示。
2、實驗接線
本實驗需用到6個主要模塊：① 低8位運算器模塊；② 數據輸入并顯示模塊；③ 數據總線顯示模塊；④ 功能開關模塊（借用微地址輸入模塊）；⑤ 高8位運算器模；⑥ 高8位（擴展）數據總線顯示模塊。
根據實驗原理詳細接線如下（接線①～⑤同實驗一）：
（1）J20,J21,J22,接上短路片，
（2）J24，J25，J26接左邊；
（3）J27,J28 左邊
（4）J23 置右邊T4選“ SD”
（5）JA5? 置“接通”；
（6）JA6? 置“手動”；
（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）ALO1'接KBUS1
（12）開關CE 、AR? 置1
（13）0ZI2，CN4，CN0接上短路片
3、實驗步驟
（1）連接線路，仔細查線無誤后，接通電源。
（2）用二進制數碼開關KD7～KD0向DR1、DR2、DR3、DR4寄存器置數。方法：關閉ALU輸出三態門應使ALUB`=1（即開關ALUB=1），開啟輸入三態門應使SWB`=0（即開關SWB=0），選通哪一個寄存器用對應開關LDDR1～LDDR4（高電平有效），其中LDDR3、LDDR4開關在高8位運算器上部，輸入脈沖T4按手動脈沖發生按鈕。設置數據開關具體操作步驟圖示如下：
說明：LDDR1、LDDR2、ALUB`、SWB`、LDDR3、LDDR4六個信號電平由對應的開關LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB、LDDR3、LDDR4給出，撥至上面為“1”，撥至下面為“0”，電平值由對應顯示燈顯示；T4由手動脈沖開關給出。
（3）驗證74LS181的16位算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）。
·開關SWB=1，關閉輸入三態門；
·開關ALUB=0，打開輸出三態門；
·LDDR1～LDDR4四個開關全撥至“0”電平。
根據表3.1所示內容，置功能開關S3、S2、S1、S0、M、CN改變74LS181的算術運算和邏輯運算功能設置，觀察運算器輸出，將觀察結果填入表3.1中，并將理論計算結果寫入表3.2中，進行比較驗證。
注意：本實驗做完后，拔掉連線ALUBUS`和ALUO1`，去掉短路套ZI2、CN0、CN4。
三、設計內容
1、 若有兩個16位二進制數 ：00FFH和2D5AH， 要求通過74LS181的運算，計算這兩數相與的結果。
（1）實現的方法
將S3,S2,S1,S0置為1011，M置0、Cn置0，實現兩數相與。
（2）實驗步驟
a．連接線路，仔細查線無誤后，接通電源。
b．用二進制數碼開關KD7～KD0向DR1、DR2、DR3、DR4寄存器置數。
方法：關閉ALU輸出三態門應使ALUB`=1（即開關ALUB=1），開啟輸入三
態門應使SWB`=0（即開關SWB=0），選通哪一個寄存器用對應開關LDDR1
～LDDR4（高電平有效），其中LDDR3、LDDR4開關在高8位運算器上部，
輸入脈沖T4按手動脈沖發生按鈕。
（3）實驗結果
D25A
（4）理論計算結果
D25A
2、 若有兩個16位二進制數 ：1234H和A987H， 要求通過74LS181的運算，計算這兩數之和。
（1）實現的方法
將S3,S2,S1,S0置為1001，M置0、Cn置1，實現兩數之和。
（2）實驗結果
BBBB
（3）理論計算結果
BBBB
3、若被減數為7C69H和減數為1234H， 要求通過74LS181的運算，計算這兩數之差。
（1）實現的方法
將S3,S2,S1,S0置為0110，M置0、Cn置0，實現兩數之差。
（2）實驗結果
6A35
（3）兩數之差
6A35
4、若被減數為1234 H和減數為7C69H， 要求通過74LS181的運算，計算這兩數之差。和題4結果比較。
（1）實驗步驟
a．連接線路，仔細查線無誤后，接通電源。
b．用二進制數碼開關KD7～KD0向DR1、DR2、DR3、DR4寄存器置數。
方法：關閉ALU輸出三態門應使ALUB`=1（即開關ALUB=1），開啟輸入三
態門應使SWB`=0（即開關SWB=0），選通哪一個寄存器用對應開關LDDR1
～LDDR4（高電平有效），其中LDDR3、LDDR4開關在高8位運算器上部，
輸入脈沖T4按手動脈沖發生按鈕。
（2）實驗結果
95CB
（3）實驗結果表示的是什么
答：實驗結果表示1234H和7C69H的差。
（4）比較題4和題3結果，并加以說明。
答：題四和題三結果分別是6A35和95CB，兩者和為0000，所以互為相反數。
四、實驗結果分析及總結
1.實驗分析：16位的數據拆成兩個8位輸入，DR1存放加數1的低位，DR2存放加數2的低位，DR3存放加數1的高位，DR4存放加數2的高位。置數操作沒有變化，打開相應寄
存器的門，按下手動脈沖T4就行。然后撥動S0~S3，M,CN，驗證實驗結果。
2.實驗總結：實驗3是在實驗1的基礎上擴展，但是大體思路沒有變，注意存數就行。經過了3次實驗，對整個實驗流程有了進一步的掌握，體會到了74181的算術邏輯運算功能。實驗時，注意接線，按照實驗指導書一步一步來做，就沒有太大的問題。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的计组—运算器实验报告1最全分析总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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