多思计组原理虚拟实验室 实验二 运算器实验

电路图

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以下为电路连接图

电路图直接下载打开即可：
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上面的图片中对线路的连接和每个组件的名称都有明确的说明。

以下为检验步骤
2.进行电路预设置，具体步骤如下：
1）将ALU - BUS设为高电平，关闭 ALU 输出端的三态门；
将ALU - BUS拨到向上
2） 将两片 74LS273 的MR都设为高电平，否则 74LS273 会一直处于清零状态。
将MR拨到向上
3. 打开电源开关。
4. 设置 SW7~SW0 向 DR1 和 DR2 置数。以 DR1=65H， DR2=A7H 为例，具体步骤如下：
1） 将SW - BUS置 0，打开数据输入端的三态门；
将SW - BUS拨到向下
2） 将数据开关的 SW7~SW0 置为 01100101；
根据上1下0的规则设置
3） 发出 P1 单脉冲信号，在 P1 的上升沿，数据打入寄存器 DR1；
点击P1
4） 将数据开关的 SW7~SW0 置为 10100111；
根据上1下0的规则设置
5） 发出 P2 单脉冲信号，在 P2 的上升沿，数据打入寄存器 DR2。
点击P2
6） 将SW - BUS置 1，关闭数据输入端的三态门；
将SW - BUS拨到向上
5. 检验 DR1 和 DR2 中存的数是否正确。其具体操作如下：
1） ALU - BUS=0，打开 ALU 输出端的三态门；
将ALU - BUS拨到向下
2） 设置 Cn=1， ALU 无进位输入；
将Cn拨到向上
3） 将 S3、 S2、 S1、 S0、 M 置为 00000，指示灯应显示 DR1 中数据 01100101；
根据上1下0的规则设置
4） 将 S3、 S2、 S1、 S0、 M 置为 10101，指示灯应显示 DR2 中数据 10100111。
根据上1下0的规则设置
检测图

小灯泡对亮了对应1，没亮对应0，判断自己电路是否正确即可。
具体的实验测量仿照根据上述过程即可。

报告

实验1运算器实验
1.1实验目的
（1）掌握算术逻辑运算单元的工作原理。
（2）熟悉简单运算器的电路组成。
（3）熟悉4位运算功能发生器（74LS181）的算术、逻辑运算功能。
1.2实验要求
（1）做好实验预习，看懂电路图，熟悉实验中所用芯片各引脚的功能和连接方法。
（2）按照实验内容与步骤的要求，认真仔细地完成实验。
（3）写出实验报告。
1.3实验原理
运算器实验电路如图1.1所示。两片4位的74LS181构成8位字长的ALU。其中74LS181(1)做低4位算术逻辑运算，74LS181(2)做高4位算术逻辑运算，74LS181(1)的进位输出信号Cn+4与74LS181(2)的进位输入信号Cn相连，两片74LS181的控制信号S3_{S0、M分别相连。74LS181(2)的进位输出信号Cn+4可另接一个指示灯，用于显示运算器进位标志信号状态。两个8位的74LS273作为工作寄存器DR1和DR2，用于暂存参与运算的操作数。参与运算的数据由数据开关通过三态门74LS245送入工作寄存器，ALU的运算结果也通过三态门74LS245发送到数据显示灯上。参与运算的操作数由SW7}SW0共8个二进制开关来设置，当=0时，数据通过三态门74LS245输出到DR1和DR2。DR1接ALU的A输入端口，DR2接ALU的B输入端口。在P1的上升沿将数据打入DR1，送至74LS181的A输入端口；在P2的上升沿将数据打入DR2，送至74LS181的B输入端口。
另外，图1.1中尾巴上带加粗标记的线条为控制信号线，其余为数据线。实验电路中涉及的控制信号如下：
1）M：选择ALU的运算模式（M=0，算术运算；M=1，逻辑运算）。
2）S3，S2，S1，S0：选择ALU的运算类型，例如在算术运算模式下设为1001则ALU做加法运算，详见74LS181功能表1-1。
3）：向ALU最低位输入的进位信号，=0时有进位输入，=1时无进位输入。
4）Cn+4：ALU最高位向外输出的进位信号，为0时有进位输出，为1时无进位输出。
5）P1：脉冲信号，在上升沿将数据打入DR1。74LS273触发器在时钟输入为高电平或低电平时，输入端的信号不影响输出，仅仅在时钟脉冲的上升沿，输入端数据才会发送到输出端，并将数据锁存。
6）P2：脉冲信号，在上升沿将数据打入DR2。
7）芯片74LS273的清零信号，低电平有效。当为电平时，74LS273的数据输出引脚被置零。
8）：ALU输出三态门使能信号，为0时将74LS245输入引脚的值从输出引脚输出，从而将ALU运算结果输出到数据总线。
9）：开关输出三态门使能信号，为0时将SW7~SW0数据送到数据总线。

图1.1 运算器实验电路
1.4实验内容与步骤
1.运行虚拟实验系统，按照图1.1绘制运算器实验电路，生成实验电路如图1.2所示：

图1.2 运算器虚拟实验电路
2.进行电路预设置，具体步骤如下：
（1）将设为高电平，关闭ALU输出端的三态门；
（2）将两片74LS273的都设为高电平，否则74LS273会一直处于清零状态。
3.打开电源开关。
4.设置SW7~SW0向DR1和DR2置数。以DR1=65H，DR2=A7H为例，具体步骤如下：
（1）将置0，打开数据输入端的三态门；
（2）将数据开关的SW7~SW0置为01100101；
（3）发出P1单脉冲信号，在P1的上升沿，数据打入寄存器DR1；
（4）将数据开关的SW7~SW0置为10100111；
（5）发出P2单脉冲信号，在P2的上升沿，数据打入寄存器DR2。
（6）将置1，关闭数据输入端的三态门；
5.检验DR1和DR2中存的数是否正确。其具体操作如下：
（1）=0，打开ALU输出端的三态门；
（2）设置Cn=1，ALU无进位输入；
（3）将S3、S2、S1、S0、M置为00000，指示灯应显示DR1中数据01100101；
（4）将S3、S2、S1、S0、M置为10101，指示灯应显示DR2中数据10100111。
6.验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）。在给定DR1=65H，DR2=A7H
的情况下，改变运算器的功能模式，观察运算器的输出，并填入表1-1，并和理论值进行比较、验证。
1.5 实验结果

1.6 思考与分析

1. 运算器主要由哪些器件组成？这些器件是怎样连接的？
   运算器是由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成。
   

2. 芯片 74LS181 没有减法：A minus B 的指令，怎样实现减法功能？
   在减法运算时,可用减法取反码运算后用加法器实现。