【机组】算术逻辑运算单元实验的解密与实战
🌺一、 实验目的
- 掌握简单运算器的数据传输方式；
- 掌握74LS181的功能与应用；
- 了解算术逻辑运算单元的运行过程。
🌼二、 实验内容
- 完成不带进位的位算术；
- 完成逻辑运算实验。
🌻三、 实验详情
实验1：不带进位位逻辑或运算实验
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和D2CK用连线连到脉冲单元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二进制开关（请按下表接线）。
控制信号 | 接入开关位号 |
|---|---|
D1CK | PLS1 孔 |
D2CK | 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：
● 按启停单元中的运行按钮，使实验平台处于运行状态。
● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置33H（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 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 33H |
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 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D1CK上产生一个上升沿，把33H打入DR1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR1寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR1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55H（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 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 55H |
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 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D2CK上产生一个上升沿的脉冲，把55H打入DR2数据锁存器。
● 经过74LS181的计算，把运算结果（F=A或B）输出到数据总线上，数据总线上的LED显示灯IDB0~IDB7应该显示为77H。
实验2：不带进位位加法运算实验
● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置33H（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 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 33H |
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33H打入DR1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR1寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR1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55H（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 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 55H |
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 | 0 | 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55H打入DR2数据锁存器。
● 经过74LS181的计算，把运算结果(F=A加B)输出到数据总线上，数据总线上的LED显示灯IDB0~IDB7应该显示为88H。
实验思考
验证74LS181的算术运算和逻辑运算，在保持DR1=65H、DR2=A7H时，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填写以下表格来进行分析和比较。
DR1 | DR2 | S3 | S2 | S1 | S0 | M=0 （算术运算） | M=1 逻辑运算 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CN=1 | CN=0 | |||||||
65 | A7 | 0 | 0 | 0 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 0 | 0 | 0 | 1 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 0 | 0 | 1 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 0 | 0 | 1 | 1 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 0 | 1 | 0 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 0 | 1 | 0 | 1 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 0 | 1 | 1 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 0 | 1 | 1 | 1 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 0 | 0 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 0 | 0 | 1 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 0 | 1 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 0 | 1 | 1 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 1 | 0 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 1 | 0 | 1 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 1 | 1 | 0 | F= | F= | F= |
65 | A7 | 1 | 1 | 1 | 1 | F= | F= | F= |
附74LS181的逻辑
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） |
0000 | F=/A | F=A | F=A加1 |
0001 | F=/(A+B) | F=A+B | F=（A+B）加1 |
0010 | F=/A B | F=A+/B | F=（A+/B）加1 |
0011 | F=0 | F=减1（2的补） | F=0 |
0100 | F=/（AB） | F=A加A/B | F=A加A/B加1 |
0101 | F=/B | F=(A+B)加A/B | F=(A+B)加A/B加1 |
0110 | F=A⊕B | F=A减B减1 | F=A减B |
0111 | F=A /B | F=A/B减1 | F=A/B |
1000 | F=/A B | F=A 加AB | F=A 加AB加 1 |
1001 | F= /（A⊕B ） | F=A加B | F=A加B加1 |
1010 | F=B | F=(A+/B)加AB | F=(A+/B)加AB加1 |
1011 | F=AB | F=AB减1 | F=AB |
1100 | F=1 | F=A加 A | F=A加 A 加1 |
1101 | F=A /B | F=(A+B) 加 A | F=(A+B) 加 A 加1 |
1110 | F=A+B | F=(A+/B)加A | F=(A+/B)加A加1 |
1111 | F=A | F=A减1 | F=A |
🍀四、 实验步骤
实验1 不带进位位逻辑或运算实验
（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和D2CK用连接线到脉冲单元的PLS1上，把 EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二进制开关，如表1。
表1
控制信号 | 接入开关位号 |
|---|---|
D1CK | PLS1 孔 |
D2CK | 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：按启动单元中的运行按钮，让实验机箱处于运作状态。
（3）step3：二进制开关H16至H23作为数据输入，置33H（对应开关如下表2）。
表2
H8 | H7 | H6 | H5 | H4 | H3 | H2 | H1 | 数据总线值 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | 8位数据 |
0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 33H |
置各控制信号如下表3.
表3
H23 | H23 | H23 | H23 | H23 | H23 | H23 | H23 | H0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
EDR1 | EDR2 | ALU-O | CN | M | S3 | S2 | S1 | S0 |
0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
（4）step4：按下PLS1脉冲按键，在D1CK产生上升沿，把33H打入DR1数据锁存器.
（5）step5：二进制开关H16至H23作为数据输入，置55H（对应开关如下表）。
表4
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 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 55H |
置各控制信号如下表3.
表5
H8 | H7 | H6 | H5 | H4 | H3 | H2 | H1 | H0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
EDR1 | EDR2 | ALU-O | CN | M | S3 | S2 | S1 | S0 |
1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
（6）step6：按下PLS1脉冲按键，在D1CK产生上升沿，把55H打入DR2数据锁存器.经过74LS181计算，运算结果在数据总线上的LED显示灯应该为77H。
实验2 不带进位位加法运算实验
（1）step1：二进制开关H16至H23作为数据输入，置33H（如下表）。
表6
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 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 33H |
置各控制信号如下表7.
表7
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 |
（2）step2：按下PLS1脉冲按键，在D2CK产生上升沿，把55H打入DR2数据锁存器. 经过74LS181计算，运算结果在数据总线上的LED显示灯应该为88H。
🌿五、 实验结果
🌷六、 实验体会
- 通过在74LS181进行逻辑或运算，掌握了逻辑门电路实现与二进制输入关联的过程，加深了74LS181逻辑或运算的理解。
- 通过在不带进位位逻辑或运算实验的基础上完成了不带进位位加法运算实验，在显示数值变化可通过数值的二进制符对应元素相加进而求解显示器数值变化的原因。
📝总结
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