算术逻辑运算实验
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算术逻辑运算实验
实验目的：
（1） 了解运算器的组成与结构。
（2） 掌握运算器的工作原理。
（3） 学习运算器的设计方法。
（4） 掌握简单运算器的数据传输通路。
（5） 验证运算功能发生器74LS181的组合功能。
实验仪器设备：
TDN-CM+或者TDN-CM++教学试验系统一套和导线若干。
实验原理：
图1 运算器通路图
运算器数据通路图如图1。图中运算器主要由两片74LS181(功能见表1)芯片并/串形式构成，实现数据的运算，是运算器核心部件为。图中是8位字长的运算器，其中左边为高4位，右边为低4位。低位片的进位输出端Cn+4与高位的Cn相连，使进位可以输入高位片。
数据存储由DR1与DR2两个寄存器分别寄存，由锁存器74LS273实现。高电平有效。其控制端分别为LDDR1与LDDR2。当T4脉冲到达时总线上的数据就被锁存进DR1与DR2中。
数据输出是在输出端连接一个三态门（用74LS245实现），当三态门控制端ALU-B为低电平的时候，运算结果即可以输出到总线。否则为高阻态。
数据输入（实验板上INPUT DEVICE部分）用以给出参与运算的数据。由一个三态门（74LS245）控制输入。输入开关经三态门与内总线相连，当其控制信号SW-B为低电平的时，数据通过三态门送入内总线。
T4为脉冲信号，需要连接到“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2。
S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B各电平控制信号使用“SWITCH UNIT”单元中的二进制数据开关模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。
对于单总线的数据通路，实验时要分时控制总线，即当数据输入时（DR1、与DR2工作寄存器送入数据时），数据开关三态门打开（SW-B=0），同时保证运算输出三态门关闭（ALU-B=1）；同样，当输出结果至总线时，数据输出三态门处于打开（ALU-B=0），同时保证数据输入三态门处于关闭（SW-B=1）状态。
实验步骤：
实验中所用数据为：
A=65）16 =01100101）2，B=A7）2 =10100111）2，C=61）16=01100001）2。
主要运算为A+B和A+B-C。
步骤
（1）按图2连接实验电路并检查无误。
（2）打开电源开关。
（3）用输入开关向暂存器DR1置数。 1．拨动输入开关形成二进制数01100101（数据显示：灯亮为0，灯灭为1）。
2．使SWITCH UNIT单元中的开关SW-B=0（打开数据输入三态门）、ALU-B=1（关闭ALU输出三态门）、LDDR1=1、LDDR2=0。
3．按动微动开关KK2，则将二进制数01100101置入DR1中。
（4）用输入开关向暂存器DR2置数。
1．拨动输入开关形成二进制数10100111。
2．SW-B=0、ALU-B=1保持不变，改变LDDR1，LDDR2，使LDDR1=0、LDDR2=1。
3．按动微动开关KK2，将二进制数10100111置入DR2中。
（5）检验DR1和DR2中存的数是否正确。
1．关闭输入数据三态门（SW-B=1），打开ALU输出三态门（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，关闭寄存器。
2．置S3、S2、S1、S0、M为1、1、1、1、1，总线显示灯显示DR1中的数。
3．置S3、S2、S1、S0、M为1、0、1、0、1，总线显示灯显示DR2中的数。
（6）改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
1．SW-B=1，ALU-B=0保持不变。
2．按表1置S3、S2、S1、S0、M、Cn的数值，并观察总线显示灯的显结果。
3．置S3、S2、S1、S0、M、Cn为1、0、0、1、0、1，运算器进行无进位加法运算（至此进行了A+B的和运算）。
4．使LDDR1=1、LDDR2=0，同时保证SW-B=1，ALU-B=0保持不变。按动微动开关KK2，将A+B的结果00001100置入DR1中。（为多步运算做准备）
（7）用输入开关向暂存器DR2置数。
1．拨动输入开关形成二进制数01100001。
2．使SW-B=0、ALU-B=1（关闭ALU输出三态门），LDDR1=0、LDDR2=1。
3．按动微动开关KK2，则将二进制数01100001置入DR2中。
（8）改变运算器的功能设置，观察运算器的输出。
1．SW-B=1，ALU-B=0保持不变。
2．置S3、S2、S1、S0、M、Cn为0、1、1、0、0、0，运算器进行有进位减法运算（至此进行了A+B-C的运算）。结果为10101011.
实验数据
M=0 M=1
DR1 DR2 S3 S2 S1 S0 Cn=1 Cn=0
65 A7 0 0 0 0 65 66 9A
65 A7 0 0 0 1 E7 E8 18
65 A7 0 0 1 0 7D 7E 82 这三步为验证
65 A7 0 0 1 1 FF 00 00
65 A7 0 1 0 0 58 59 25
65 A7 0 1 0 1 28 29 A7 这三步为自己的计算
0C 61 0 1 1 0 AB 这步为A+B-C中的“-C”
65 A7 1 0 0 1 0C 这步为A+B
实验总结
完成A+B-C操作后，
总线显示灯最后的结果为暗、亮、暗、亮、暗、亮、暗、暗，即运算器最后输出的结果为10101011。完成了01100101+10100111-01100001=10101011运算。 以上结果跟理论计算的结果是一致，从而验证了运算器输出的正确性。
如果要进行更多步的运算（比如说A+B-C+D），只要重复步骤（6）的第4步以后的步骤即可。（多几步就重复几次）
通过这次实验我成功验证运算功能发生器74LS181的组合功能，对运算器的组成结构和工作原理有了一定的认识。
问题讨论
1. 在实验中必须要注意控制信号的发生时机和分时控制，其中一定要区分74LS181、74LS245和74LS273有效时候的电平情况。74LS273是高电平有效，其他的两块芯片为低电平有效。否则会造成数据输入有误，结果出错。
2. 在进行多步运算时要注意前一步运算结果的保存位置是DR1还是DR2，一定要根据自己所写的运算式一致。否则会使结果出错。
图2
