实验二 算术逻辑运算实验一、 实验目的（1） 了解运算器芯片（74LS181）的逻辑功能2） 掌握运算器数据的载入、读取方法，掌握运算器工作模式的设置3） 观察在不同工作模式下数据运算的规则二、 实验原理1. 运算器芯片（74LS181）的逻辑功能74LS181是一种数据宽度为4个二进制位的多功能运算器芯片，封装在壳中，封装形式如图2-3所示图 2-3 74LS181封装图主要引脚有：（1） A0—A3：第一组操作数据输入端2） B0—B3：第二组操作数据输入端3） F0—F3：操作结果数据输入端4） F0—F3：操作功能控制端5） Cn：低端进位接收端6） Cn4：高端进位输出端7） M：算数/逻辑功能控制端芯片的逻辑功能见表2-1.从表中可以看到当控制端S0—S3为1001、M为0、Cn为1时，操作结果数据输出端F0—F3上的数据等于第一组操作数据输入端A0—A3上的数据加第二组操作数据输入端B0—B3上的数据当S0—S3、M、Cn上控制信号电平不同时，74LS181芯片完成不同功能的逻辑运算操作或算数运算操作在加法运算操作时，Cn、Cn4进位信号低电平有效；减法运算操作时，Cn、Cn4借位信号高电平有效；而逻辑运算操作时，Cn、Cn4进位信号无意义。
2. 运算器实验逻辑电路试验台运算器实验逻辑电路中，两片74LS181芯片构成一个长度为8位的运算器，两片74LS181分别作为第一操作数据寄存器和第二操作数据寄存器，一片74LS254作为操作结果数据输出缓冲器，逻辑结构如图2-4所示途中算术运算操作时的进位Cy判别进位指示电路；判零Zi和零标志电路指示电路，将在实验三中使用第一操作数据由B-DA1(BUS TO DATA1)负脉冲控制信号送入名为DA1的第一操作数据寄存器，第二操作数据由B-DA2(BUS TO DATA2)负脉冲控制信号送入名为DA2的第二操作数据寄存器74LS181的运算结果数据由ALU-B（ALU TO BUS）低电平控制信号送总线S0—S3、M芯片模式控制信号同时与两片74LS181的S0—S3、M端相连，保证二者以同一工作模式工作实验电路的低端进位接收端Ci与低4位74LS181的Cn相连，用于接收外部进位信号低4为74LS181的Cn与高4位74LS181的Cn上相连，实现高、低4位之间进位信号的传递高4位之间进位信号的传递高4位74LS181的Cn4送进位Cy判别和进位指示电路表2-1 74LS181 芯片逻辑功能表功能选择输入、输出关系S3 S2 S1 S0M=H逻辑运算M = L 算术运算Cn = HCn = L0 0 0 0F = AF = AF = A 加 10 0 0 1F = A + BF = A + BF =( A + B)加 10 0 1 0F = A • BF = A + BF =( A + B)加 10 0 1 1F = 0F = 0 - 1F = 00 1 0 0F = A • BF = A加（ A + B）F = A加（ A + B）加 10 1 0 1F = BF=( A+B)加(A+B)F=( A+B)加(A+B)加10 1 1 0F = A⊕BF = A减B减1F – A减B0 1 1 1F = A • BF =(A • B)减1F = A • B1 0 0 0F = A + BF = A加（A • B）F = A加（A • B）加11 0 0 1F = A⊕BF = A加BF = A加B加11 0 1 0F = BF=( A+B)加(A•B)F=( A+B)加(A•B)加11 0 1 1F = A • BF =(A • B)减1F = A • B1 1 0 0F = 1F = A加AF = A加A加11 1 0 1F = A + BF=( A+B)加AF=( A+B)加A加11 1 1 0F = A + BF=( A+B)加AF=( A+B)加A加11 1 1 1F = AF = A减1F = A控制电平说明：“L”或“0”表示低电平，“H”或“1”表示高电平逻辑操作符说明：“—”表示非操作，“+”表示“或”操作，“•”表示“与”操作，“⊕”表示“异或”算术操作符说明：“加”表示加法操作，“减”表示减法操作三、 实验过程1. 连线参照实验逻辑原理图进行连线，实验台上数据线用总线连接器连接好后一般不动，控制信号线需手工连接，本实验要连接的控制线如下。
1）把输入、输出单元(INPUT/OUTPUT UNIT)的IO-R、IO-W与手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的IO-R、IO-W相连接INPUT/OUTPUT UNIT)的Ai接地把算术逻辑部件(ALU UNIT)的S3—S0、M、Ci与手动控制开关单元(MANUALUNIT)的S3-S0、M、Ci相连接把算术逻辑部件(ALU UNIT)的B-DA1、B-DA2、ALU-B与手动控制开关单元(MANUALUNIT)的B-DA1、B-DA2、ALU-B相连接图2 - 4 算数逻辑运算部件原理图2. 数据输入过程(1)把开关IO-R、IO-W、B - DAI、B - DAI2、ALU-B拔上，确保为高电平，使这些信号处于无效状态2)在输入数据的开关上拨好数据代码，例如“00010001”，即16进制数11H(以后再许多情况下要使用16进制表达方式)3)把输入控制信号IO-R开关拔下成低电平这时总线上显示的状态应该与输入数据一致4)把第一组数据输入控制信号B - DAI的开关拨动一次，即实现“1 - 0 - 1”，产生一个负脉冲，作用是把数据“11H”送第一数据寄存器DAI中。
3. 数据输出过程(1)为了检验数据送入的正确性，现把DAI中的内容送到总线上2)把输入数据的开关上的输入数据代码拨成00H，与刚才送第一数据寄存器DAI的数据区分开3)把输入控制信号IO-R开关拨上成高电平无效，这是总线上的状态应该与输入数据无关，显示为FFH4）把74LS181功能控制端S3—S0设置为1111，M为1，参照表2—1 74LS181逻辑功能表，其输出数据F等于第一组数据输入端A，既DA1上的数据5）把ALU-B控制信号拨成低电平，可以看到第一数据寄存器DA1中的数据“11H”经74LS181的A输入端传送到输出口F，再传送到总线BUS6）使用类似的方法把“00100001”（即16进制数21H）用第二数据寄存器输入控制信号B－DA2，将其送到第二数据寄存器DA2，再把第二数据寄存器DA2中的数据送总线74LS181的功能控制端S3-S0为“1010”，M为1的功能是把第二组数据输入端B的数据送输出端F同样把——ALU－B控制信号拨成低电平，把数据传送到总线BUS4. 数据运算过程（1）在完成数据输入、输出的基础上进行数据运算操作2）从LS181逻辑功能表上查得“A加B，不考虑低端进位”操作的功能控制码为S3—S0＝1001、M＝0、Ci＝1，把这些控制码拨好。
3）把ALU-B控制信号拨下呈低电平，这时运算结果（正常的运算结果应为“00110010”，即16进制数32H）送到总线，在总线指示灯上可观察到此数据4）把IO-W控制信号开关拨动一次，即实现“1—0—1”，产生一个负脉冲，这时总线上的数据就输出缓冲器，显示在LED指示灯L7—L0上5）Ci是低端位进位输入，Ci＝1表示无进位，Ci＝0表示有进位在进行“A加B”操作时，Ci＝1，操作结果是“00110010”，即16进制数32H；Ci＝0，操作结果是“00110011”，即即16进制数32H，从而可以验证低端位进位输入的作用6）变换操作功能控制码S3—S0＝1001、M＝0，进行A－B操作，进行减法操作时，Ci＝0表示无进位，用上面的数据做减法运算，结果为16进制数10H（21H减11H减借位＝10H）7）变换不同的操作数据，观察不同的运算结果；变换不同的功能控制码S3—S0，M，进行不同的操作过程，观察不同的结果四、结果与总结（1）在实验过程中把实验步骤用时序图的形式表示出来2）变换不同的操作数据和不同的运算模式，把观察到的数据填入算术逻辑运算表2-2中表2-2 实验记录DA1DA2S3-S0M=1(算术运算)M=0（逻辑运算）Ci=1Ci=065H0A7H0000F=（01100101）F=（01100110）F=（10011010）65H0A7H0001F=（11100111）F=（11101000）F=（00011000）65H0A7H0010F=（01111101）F=（01111110）F=（10000010）65H0A7H0011F=（11111111）F=（00000000）F=（00000000）65H0A7H0100F=（10100101）F=（10100110）F=（11011010）65H0A7H0101F=（00100101）F=（00101000）F=（01011000）65H0A7H0110F=（10111101）F=（10111110）F=（11000010）65H0A7H0111F=（00111111）F=（01000000）F=（01000000）65H0A7H1000F=（10001010）F=（10001011）F=（10111111）65H0A7H1001F=（00001100）F=（00001101）F=（00111101）65H0A7H1010F=（10100010）F=（10100011）F=（10100111）65H0A7H1011F=（00100100）F=（00100101）F=（00100111）65H0A7H1100F=（11001010）F=（11001011）F=（11111111）65H0A7H1101F=（01001100）F=（01001101）F=（01111110）65H0A7H1110F=（11100010）F=（11100011）F=（11100111）65H0A8H1111F=（01100100）F=（01100101）F=（01100101）（3）分析试验中出现的问题，总结解决问题的方法和过程，结合上面两个问题，把观察到的现象和对课本上原理的理解写入实验报告。