验证74ls181运算和逻辑功能.doc

一、实验名称 验证74LS181运算和逻辑功能。二、实验目的（1） 掌握算术逻辑单元（ALU）的工作原理；（2） 熟悉简单运算器的数据传送通路；（3） 画出逻辑电路图及布出美观整齐的接线图；（4） 验证4位运算功能发生器（74LS181）组合功能。三、实验原理ALU（算术逻辑单元）能进行多种算术运算和逻辑运算。一个4位的ALU74LS181运算功能发生器能进行16种算术运算和逻辑运算。功能表如下：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）0 0 0 0F=/AF=AF=A加10 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10 0 1 0F=(/A)BF=A+/BF=(A+/B)加10 0 1 1F=0F=负1F=00 1 0 0F=/(AB)F=A加A(/B)F=A加A/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B)加A/BF=(A+B)加A/B加10 1 1 0F=ABF=A减B减1F=A减B0 1 1 1F=A/BF=A(/B)减1F=A(/B)1 0 0 0F=/A+BF=A加ABF=A加AB加11 0 0 1F=/(AB)F=A加BF=A加B加11 0 1 0F=BF=(A+/B)加ABF=(A+/B)加AB加11 0 1 1F=ABF=AB减1F=AB1 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（上表中的“/”表示求反）由上表可知，该实验中主要运用的算数加法和算数减法所对应的（S3 S2 S1 S0）分别是（1001）和（0110），主要运用的逻辑与运算、逻辑或运算、逻辑异或运算以及逻辑非运算所对应的（S3 S2 S1 S0）分别是（1011）、（1110）、（0110）和（0000）。实验电路总共有三个模块：输入模块、运算模块和显示模块。输入模块主要由八个开关组成，主要以八位二进制的形式实现不同的数据输入；显示模块主要由三个数码管构成，主要负责以十六进制的形式显示两个输入的数据和一个运算输出；运算模块主要由一块74LS181N芯片组成，主要实现两个四位二进制数的算术运算和逻辑运算，并将结果输出。ALU74LS181引脚说明：M=1逻辑运算，M=0算术运算。引 脚说 明M状态控制端M=1逻辑运算；M=0算术运算S3 S2 S1 S0运算选择控制S3 S2 S1 S0决定电路执行哪一种算术A3 A2 A1 A0运算数1，引脚3为最高位B3 B2 B1 B0运算数2，引脚3为最高位Cn 最低位进入输入Cn=0有进位，Cn=1无进位Cn+4本片产生的进位信号Cn+4=0有进位，Cn+4=1无进位F3 F2 F1 F0F3 F2 F1 F0运算结果，F3为最高位四、实验内容 1、实验电路图2、74LS181N芯片介绍该芯片总共由22个引脚，其中包括8个数据输入端（A0、A1、A2、A3，B0、B1、B2、B3，其中八个输入端中A3和B3是高位），这八个都是低电平有效。还包括S0、S1、S2、S3这四个控制端，这四个控制端主要控制两个四位输入数据的运算，例如加、减、与、或。CN端处理进入芯片前进位值，M控制芯片的运算方式，包括算术运算和逻辑运算。F0、F1、F2、F3是四个二进制输出端，以一个四位二进制形式输出运算的结果。CN4记录运算后的进位。其中AEQB、P和G这三个端口与本实验无关，所以这里不做额外介绍。3、运算过程假设现在控制信号（S3、S2、S1、S0）的值是（1、0、0、1），分别输入两个四位二进制数（A3、A2、A1、A0）和（B3、B2、B1、B0）。由原理表格可知该运算是加法运算，实验芯片内部的运算过程如下：（1）、判断CN端是否有信号。若有，在运算是低位端加1；否则不加。（2）、分别计算A0+B0、A1+B1、A2+B2、A3+B3，将结果通过F0、F1、F2、F3输出，并判断A3+B3是否有进位。若有进位，则另CN4为1；否则为1。例：计算5+7=？解答过程：因为这是无进位算数运算，所以通过开关控制，将开关M=0，CN=1。5的四位二进制数是0101，7的四位二进制数为0111，所以将开关按要求连接。因为是加法，所以将开关S3、S2、S1、S0设置成1001，于是就会输出结果1100，即C。4、数据验证表格验证74LS181型4位ALU的逻辑算术功能，填写下表：S3 S2 S1 S0数据1数据2算术运算（M=0）逻辑运算（M=1）CN=1CN=00 0 0 0AH5HF=AHF=BHF=5H0 0 0 1AH5HF=FHF=0HF=0H0 0 1 0AH5HF=AHF=BHF=5H0 0 1 1AH5HF=FHF=0HF=0H0 1 0 0FH1HF=DHF=EHF=EH0 1 0 1FH1HF=DHF=EHF=EH0 1 1 0FH1HF=DHF=EHF=EH0 1 1 1FH1HF=DHF=EHF=EH1 0 0 0FHFHF=EHF=FHF=FH1 0 0 1FHFHF=EHF=FHF=FH1 0 1 0FHFHF=EHF=FHF=FH1 0 1 1FHFHF=EHF=FHF=FH1 1 0 05H5HF=AHF=BHF=FH1 1 0 15H5HF=AHF=BHF=FH1 1 1 05H5HF=4HF=5HF=5H1 1 1 15H5HF=4HF=5HF=5H五、总结及心得体会这个实验主要考察了我们的电路设计和调试能力，通过一个简单运算器的形式，目的是为了让我们掌握电路设计和分析的方法和能力。为了对电路设计过程中遇到的问题作出一个较好地解决和解释，必须要对系统或者设计有着很清楚的认识。通过这个实验，我查阅了书籍和网络资源，较清