1、實驗安排1819周“計算機(jī)組成原理與接口技術(shù)課程設(shè)計”安排在計算中心，請各班按學(xué)號順序入座。具體機(jī)房如下：222：計算機(jī)1-5班，網(wǎng)絡(luò)1班220：網(wǎng)絡(luò)2-3班，物聯(lián)網(wǎng)1-2班330：信息安全1-3及瀟湘計算機(jī)01計算機(jī)組成原理與接口技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書適用年級及班級：計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院13級各班湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院2014年12月前言計算機(jī)組成原理與接口技術(shù)是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，同時也是一門實踐性很強(qiáng)的課程，計算機(jī)組成和運(yùn)行機(jī)制方面以及外設(shè)接口的許多基本概念、基本原理、基本設(shè)計和分析方法都需要在實踐中進(jìn)一步加深理解，同時在實踐中提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力?！坝嬎銠C(jī)

2、組成原理與接口技術(shù)課程設(shè)計”是與計算機(jī)組成原理與接口技術(shù)課堂教學(xué)同等重要的環(huán)節(jié)，希望通過課程設(shè)計，使學(xué)生對計算機(jī)組成原理與接口技術(shù)課程有一個更加全面、深刻的認(rèn)識，并能初步建立較完整的計算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)概念，培養(yǎng)學(xué)生獨立思維意識、提高學(xué)生實際動手能力和解決實際問題的能力?！坝嬎銠C(jī)組成原理與接口技術(shù)課程設(shè)計”開設(shè)這么多年來，主要使用朱更明老師組織編寫的、基于EWB(Electronics Workbench)5.0平臺的課程設(shè)計指導(dǎo)書，而該軟件近年來已經(jīng)改名并發(fā)展到Multisim 13.x版本，因此我在原來課程設(shè)計指導(dǎo)書基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改，改為針對Multisim軟件進(jìn)行介紹，并重點對運(yùn)算器實驗電路重

3、新設(shè)計、制作以適用軟件版本的改變。如果在教學(xué)實驗過程中有什么問題，希望大家指出以利改進(jìn)。另外接口技術(shù)部分的實驗則采用“微機(jī)接口網(wǎng)上虛擬實驗室”實現(xiàn)，該虛擬實驗室來自海軍航空工程學(xué)院青島分院計算機(jī)教研室，在此向他們表示感謝。由于課時問題，關(guān)于匯編編程和接口部分沒有進(jìn)行充分的介紹，希望同學(xué)們自行查閱相關(guān)資料，盡量更多更深了解各接口芯片(特別是8255A)工作原理以及編程等相關(guān)知識，看懂源程序并能按要求進(jìn)行修改或編寫及調(diào)試源程序。第一部分 實驗平臺一、 Multisim軟件（一）簡介隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計算機(jī)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更

4、新周期卻越來越短。電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)，使得電子線路的設(shè)計人員能在計算機(jī)上完成電路的功能設(shè)計、邏輯設(shè)計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設(shè)計。EDA是在計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機(jī)設(shè)計軟件系統(tǒng)。與早期的CAD軟件相比，EDA軟件的自動化程度更高、功能更完善、運(yùn)行速度更快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。MultiSim是由Electronics Workbench (EWB)發(fā)展而來，該軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，現(xiàn)已并入Natio

5、nal Instruments（NI，國家儀器有限公司）并改名Multisim，是一個完整的設(shè)計工具系統(tǒng)，提供了一個非常大的元件數(shù)據(jù)庫，并提供原理圖輸入接口、全部的數(shù)模Spice仿真功能、VHDL|Verilog設(shè)計接口與仿真功能、FPGA|CPLD綜合、RF設(shè)計能力和后處理功能，還可以進(jìn)行從原理圖到PCB布線工具包（如：Electronics Workbench的Ultiboard2001）的無縫隙數(shù)據(jù)傳輸。它具有這樣一些特點：（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機(jī)屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選??；（2）軟件儀器的控制面板外

6、形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結(jié)果。（3）軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。（4）作為設(shè)計工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計和制板軟件交換數(shù)據(jù)。（5）還是一個優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進(jìn)行電路實驗，仿真電路的實際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。因此非常適合電子類課程的教學(xué)和實驗，由于其功能非常強(qiáng)大，所以在這里只對課程設(shè)計有關(guān)的初步知識，基本操作方法進(jìn)行介紹，有興趣深入了解的同學(xué)可自行登陸 (二)軟件基本操作方法介紹1. 電路創(chuàng)建軟件界面如圖1-1所示，由于Mutlisim是Windows下軟件，所以基本操作大家都非

7、常熟悉，無需贅言。圖中央部分為工作區(qū)：可設(shè)置圖紙大小，第二個實驗電路較復(fù)雜，可設(shè)置A3尺寸；左邊為元件工具欄：包含元件箱按鈕（Parts Bin）,單擊它可以打開元件族工具欄（此工具欄中包含每一元件族中所含的元件按鈕，以元件符號區(qū)分）。綠色的是虛擬元件，是可以隨意改變參數(shù)的。黑色元件是有封裝的真實元件，參數(shù)是確定的，不可以改變；右邊為儀表欄，在本課程設(shè)計過程中基本上不要用；右上角“開關(guān)”即“仿真開關(guān)”，當(dāng)然也可在菜單中找到該命令。圖1-1 Multisim界面示意圖1.1 放置元件利用元件工具欄放置元件，這是放置元件的一般方法。也可以用Place|Place Component放置元件，當(dāng)不知

8、道要放置的元件包含在哪個元件箱中時這種方法很有用。以放置電源為例進(jìn)行說明。將鼠標(biāo)指向單擊電源工具按鈕（要點：在按鈕上移動鼠標(biāo)會顯示按鈕所代表的元件族的名稱）；然后在Family中點擊POWER_SOURCES：然后在Component中點擊VCC；再將鼠標(biāo)移到要放置元件的左上角位置，利用頁邊界可以精確地確定位置，單擊鼠標(biāo)，電源出現(xiàn)在電路窗口中，可以連續(xù)放置同一元件，鼠標(biāo)右鍵結(jié)束。如圖1-1所示。同理，可以將電路中所需元件一一放置到工作區(qū)。另外雙擊元件出現(xiàn)對話框，可對元件的具體屬性進(jìn)行設(shè)置。通過鼠標(biāo)右鍵可選擇元件按一定角度旋轉(zhuǎn)以及進(jìn)行其他設(shè)置。1.2 連線Multisim有自動與手工兩種連線方法

9、。自動連線選擇管腳間最好的路徑自動為您完成連線，它可以避免連線通過元件和連線重疊；手工連線要求用戶控制連線路徑?？梢詫⒆詣舆B線與手工連線結(jié)合使用，比如，開始用手工連線，然后讓Multisim自動地完成連線。自動連線：單擊甲部件管腳，再單擊乙部件欲連線管腳，實現(xiàn)自動連線。手工連線：在甲乙兩部件之間增加若干“節(jié)點”，然后進(jìn)行連線。另外：已經(jīng)畫好的連線可選擇其線段用鼠標(biāo)進(jìn)行拖動改變位置，使線路更清晰。還可以在圖中增加文本進(jìn)行注釋。具體操作可自行詳細(xì)體會。所有元件都放置好并連線，就可以進(jìn)行仿真。2.用戶自定義元件的創(chuàng)建上述元件都是從軟件所帶的標(biāo)準(zhǔn)元件庫中選擇，而在實驗過程中有時也需要一些標(biāo)準(zhǔn)庫中沒有的

10、元件，此時只有自行定義了。下面以8位ALU為例進(jìn)行說明。（1） 創(chuàng)建菜單命令“Place” 、“New Hierarchical Block”出現(xiàn)如下對話框：圖1-2 新建層次塊示意圖在指定文件夾中創(chuàng)建指定的層次塊，當(dāng)然要指定輸入引腳和輸出引腳的數(shù)量。對于8位ALU層次塊來說，有22輸入，9個輸出引腳。如圖1-3所示。圖1-3 8位ALU層次塊示意圖在圖1-2中“確定”后進(jìn)入圖1-3，當(dāng)然中間的兩個74ls181n是后來加進(jìn)來的，并且圖右下側(cè)的“電源”和“接地”的元件如果沒有的話，在Multisim版本中層次塊無法正常使用。進(jìn)入圖1-3后，左邊一列為輸入引腳，雙擊引腳名可改為更直觀的A1A8,

11、B1B8,S0S4,以及輸入進(jìn)位Cin和算邏運(yùn)算控制端M。右邊一列為輸入出引腳，同理，進(jìn)行修改。當(dāng)元件放置后并正確連線，存盤。（2） 引用如果在某電路文件中要使用該層次塊，可“Place” 、“Hierarchical Block from File”在對話框中選擇該層次塊文件，則將該自定義元件放置到電路中，如圖1-4所示。圖1-4 8位ALU層次塊引用示意圖層次塊加入電路后，連線組成具體電路。在后面實驗中還要使用一些層次塊電路，下面一一列出。圖1-5 74LS244N層次塊示意圖圖1-6 74LS273N層次塊示意圖圖1-7 74LS374N層次塊示意圖圖1-8 K8層次塊示意圖在高版本Mu

12、ltisim中有“DSWPK_8”可代替K8層次塊。在制作層次塊時對相關(guān)元件的功能請自行參詳。另外更高版本中已經(jīng)可以采用“子電路”形式創(chuàng)建用戶自定義元件，有興趣的同學(xué)可以自行嘗試。參考文獻(xiàn)：主要參考NI網(wǎng)絡(luò)文件Multisim 8 使用手冊二、微機(jī)接口網(wǎng)上虛擬實驗室（一） 系統(tǒng)介紹在計算機(jī)組成原理與接口技術(shù)課程教學(xué)中，實驗教學(xué)是一個很重要的環(huán)節(jié)，學(xué)生只有通過足夠的實驗操作和一定數(shù)量的綜合設(shè)計性實驗，才能加深理解和掌握該課程的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)，初步具備計算機(jī)硬件技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用能力。微機(jī)接口則是實驗教學(xué)中一個重要的內(nèi)容，目前的接口實驗都需要有專門的硬件實驗系統(tǒng)才能進(jìn)行，這不僅需要大量的實驗設(shè)備和

13、必要的器件、工具，而且還需要有專門的場所和經(jīng)常性的維護(hù)保障，“人、財、物”各方面都需要較大的投入。如何更合理地配置教育資源，解決好資金投入與人才培養(yǎng)之間的矛盾，是學(xué)校開展實驗教學(xué)亟待解決的問題。為了解決高校日趨緊張的實驗設(shè)備及實驗場地等實驗教學(xué)問題，海軍航空工程學(xué)院青島分院計算機(jī)教研室開發(fā)出了“微機(jī)原理虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)”。傳統(tǒng)的微機(jī)原理與微機(jī)接口實驗設(shè)備包括：“微機(jī)”和與其連接的“專用實驗臺”兩個部分，而微機(jī)原理虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)則采用以“軟”代“硬”和“虛”、“實”結(jié)合的設(shè)計思路，強(qiáng)調(diào)實用性、效益性為主，以最大限度地仿真真實的實驗環(huán)境。主要實現(xiàn)了“專用實驗臺”的虛擬化，將它“搬”到了“微機(jī)”的

14、顯示器上，而原有在微機(jī)上的實驗操作環(huán)境和方法仍然保持不變。這也是系統(tǒng)的主要特點之一，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性和最大的“真實性”。微機(jī)原理虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)包含虛擬接口電路和虛擬實驗操作臺。“虛擬接口電路”是實驗程序和虛擬實驗操作臺的連接通道，包含了實驗中常用的I/O接口芯片，有8255、8253、8251、A/D、D/A等，具有與實際芯片相同的功能，并與實際的微機(jī)實現(xiàn)了“連接”，能夠被實際的實驗程序所訪問，也即對調(diào)試程序而言與真實的存在幾乎沒有什么差別?！疤摂M實驗操作臺”主要包括常用的外圍單元電路，如指示燈、數(shù)碼管、鍵盤、開關(guān)、電機(jī)、傳感器等，它是一個交互性較強(qiáng)的可視化界面，不僅可以指示或反映出實

15、驗的結(jié)果，同時學(xué)生可以通過鼠標(biāo)來進(jìn)行模擬的連線和使用虛擬的測試儀器進(jìn)行檢測等操作。仿真實驗操作臺的設(shè)計主要通過多媒體技術(shù)和語言編程來實現(xiàn)，一方面要注重界面的逼真，操作臺的界面可分別采取通用和某項實驗專用兩種布局形式，另一方面還要注重模擬操作的靈活性和開放性。另外，系統(tǒng)還應(yīng)提供必要的測試儀器和工具（如三用表、示波器等），以便在實驗調(diào)試時能夠?qū)\(yùn)行結(jié)果進(jìn)行監(jiān)視或測量，如輸出電平或波形，這種虛擬的測試儀器和工具也應(yīng)在界面和操作方面做到盡可能逼真。由以上兩部分構(gòu)成的微機(jī)原理虛擬實驗系統(tǒng)，基本可以在很多功能方面取代傳統(tǒng)的硬件實驗平臺。利用該系統(tǒng)，學(xué)生通過匯編程序或其它語言程序?qū)ζ涮摂M的接口和電路進(jìn)行訪問

16、操作，也即進(jìn)行微機(jī)接口實驗，并且能達(dá)到跟傳統(tǒng)實驗相同的效果。（二） 功能特點本系統(tǒng)主要提供了與微機(jī)系統(tǒng)“連接”的虛擬實驗平臺，以便讓學(xué)生能夠進(jìn)行微機(jī)接口電路及其相關(guān)程序的實驗調(diào)試和操作。主要功能和特點: 仿真8255、8253、8251、A/D、D/A芯片和基本I/O接口電路等；虛擬常用外圍單元電路，包括指示燈、數(shù)碼管、鍵盤、傳感器、交通燈、霓虹燈等；提供虛擬測試設(shè)備和工具：示波器；除提供進(jìn)行實驗調(diào)試和操作外，還可進(jìn)行課程設(shè)計；提供典型實驗項目的參考實例和教學(xué)；能夠以Web方式在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上使用，適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)的發(fā)展要求。（三） 實驗項目1、 輸入輸出控制方式：查詢輸出方式實驗2、 8255可編

17、程并行接口芯片：1） LED顯示控制實驗2） 數(shù)碼管顯示控制實驗3） 鍵盤接口實驗3、 8253可編程定時/計數(shù)器芯片：8253方波輸出實驗4、 模數(shù)接口芯片：1） ADC0809實驗2） DAC0832實驗5、 8251串行通信芯片：雙機(jī)異步通信6、 課程設(shè)計：1） 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計2） 溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計3） 霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計（四）操作使用步驟1. 進(jìn)入“微機(jī)接口虛擬實驗室” 通過輸入網(wǎng)址，進(jìn)入如下圖所示網(wǎng)站。系統(tǒng)主要包含有11個典型“實驗項目”和對應(yīng)的11個“虛擬實驗臺”，并提供有關(guān)接口的常用芯片查詢等。每一個典型實驗的結(jié)構(gòu)又包括4個部分：目的內(nèi)容、實驗原理、例程演示、實驗操作。其中，

18、“目的內(nèi)容”部分給出該實驗項目包含的幾個具體內(nèi)容和實驗要求；“實驗原理”部分詳細(xì)介紹了該實驗的工作原理，或給出實驗設(shè)計的基本思路等；“例程演示”部分則給出實驗設(shè)計的參考方法和結(jié)果演示，便于學(xué)生的自學(xué)和難點解答；“實驗操作”部分提供一個專用虛擬實驗臺，虛擬了一個逼真的實驗平臺，讓學(xué)生在此做實驗，外部電路以及儀器都有真實的效果，學(xué)生可以進(jìn)行操作和程序調(diào)試。 2. 準(zhǔn)備“虛擬實驗臺” 點擊上圖中“免費(fèi)下載”，進(jìn)入如下圖頁面，輸入驗證碼后下載軟件并安裝，在桌面會生成“微機(jī)接口虛擬實驗”圖標(biāo)，雙擊即可運(yùn)行該虛擬實驗室。選擇“虛擬實驗臺”，點擊電源開關(guān)，稍等片刻連接網(wǎng)絡(luò)成功后即可開始實驗操作。注：如果網(wǎng)絡(luò)

19、擁擠無法下載可以錯開時間進(jìn)行。 每個“虛擬實驗臺”都有一個操作菜單，通過它可以查看該接口電路的“電路連接圖”和相關(guān)的“使用說明”等。其中“使用說明”中，主要給出該接口電路占用的端口地址，以及操作說明，在實驗前，應(yīng)仔細(xì)閱讀。3. 開始實驗1）打開“虛擬實驗臺”電源開關(guān)在調(diào)試運(yùn)行實驗程序前，若“虛擬實驗臺”上的電源開關(guān)沒有自動打開（紅燈“滅”狀態(tài)），則可點擊電源開關(guān)，等待與服務(wù)器的連接，連接成功后，紅燈亮，表示可以正常調(diào)試運(yùn)行實驗程序進(jìn)行實驗了。若連接不成功，則電源開關(guān)自動回復(fù)到關(guān)狀態(tài)。 注意：對于可編程接口芯片，每次加電時，都將自動復(fù)位和進(jìn)入默認(rèn)工作狀態(tài)，所以程序運(yùn)行中可能需要再次重新初始化。實

20、驗中，有時可以分別打開和關(guān)閉電源開關(guān)，查看和分析端口狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果的變化。2）調(diào)試實驗程序?qū)嶒灣绦虻恼{(diào)試一般是通過選擇“ DOS命令提示符”，打開DOS窗口，然后利用之前安裝的MASM匯編工具等進(jìn)行的。軟件調(diào)試過程主要包括：編輯程序、匯編程序、連接程序和運(yùn)行程序等。四、操作示例1接口命令操作示例（LED顯示控制）主頁中選擇“虛擬實驗臺”，打開“LED顯示控制實驗臺”和右擊后選擇“使用說明”，可看到該實驗臺中8255的端口地址為400H403H。選擇windows的“開始->程序->附件->DOS命令提示符”，即可打開DOS窗口；輸入命令debug 回車在”-”狀態(tài)下

21、輸入命令:O 403 80回車 (第一個是字母“O”，其它為數(shù)字“0”)這個命令是初始化“實驗臺”上的8255的3個端口均為輸出方式(其電源必須處于打開狀態(tài)才有效)；在”-”狀態(tài)下輸入命令: O 400 55回車這個命令是向8255的PA口輸出字節(jié)數(shù)01010101，此時應(yīng)能看到“實驗臺”上對應(yīng)連接到PA口的8個燈有4個亮4個滅（交錯）；在”-”狀態(tài)下輸入命令: O 401 0F回車這個命令是向8255的PB口輸出字節(jié)數(shù)00001111，此時應(yīng)能看到“實驗臺”上對應(yīng)連接到PB口的8個燈前4個滅后4個亮。由此說明，“虛擬實驗臺”是開放的，可以隨意實施控制。2接口程序調(diào)試過程（查詢式輸出程序） 1

22、）主頁中選擇“虛擬實驗臺”，打開“查詢式輸出裝置”和右擊后選擇“使用說明”，可看到該實驗臺的端口地址為43aH和43bH，關(guān)閉說明窗口，再最小化實驗臺。 2）編輯、匯編和連接匯編語言程序(真實實驗的操作過程)打開DOS窗口；進(jìn)入?yún)R編程序MASM所在目錄，假設(shè)MASM所在目錄名為C:Vlab當(dāng)前盤轉(zhuǎn)到C盤（輸入C:）,輸入命令CDVlab，再輸入EDIT my.asm 在編輯窗中輸入以下程序:Code segment Assume cs:codeGo: mov BH,1 MOV CX,10L1: MOV DX,43bH IN AL,DX TEST AL,1 JNZ L1 Mov al,BH MO

23、V DX,43aH OUT DX,AL INC BH LOOP L1 Mov ah,4ch Int 21hCode ends End go之后存盤退出；在DOS下輸入命令：MASM MY ，之后連續(xù)按三次回車對剛輸入的程序進(jìn)行匯編，若程序輸入有錯要回去修改；再輸入命令：LINK MY ，之后連續(xù)按三次回車進(jìn)行連接，生成可執(zhí)行程序MY.exe。 3）調(diào)試程序打開被最小化的“查詢式輸出裝置”，再回到DOS窗輸入：MY (運(yùn)行實驗程序)，此時應(yīng)能看到“輸出裝置”上完整地接收到了10個數(shù)據(jù)，則實驗成功，否則為實驗程序錯誤。 說明：系統(tǒng)安裝目錄（C:Vlab）下存放了一些匯編語言實例程序可供參考。參考文

24、獻(xiàn)： 有關(guān)網(wǎng)絡(luò)文檔。第二部分 課程設(shè)計一、 課程設(shè)計的主要任務(wù)和目的課程設(shè)計的主要任務(wù)是運(yùn)用有關(guān)的知識技術(shù)，正確處理各種因素間的相互關(guān)系，創(chuàng)造性地完成符合實際要求的設(shè)計任務(wù)。在獨立思考，獨立工作和聯(lián)系實際方面，它對實驗者的要求高于平時作業(yè)。具體要求如下：1)、能獨立運(yùn)用理論知識和實際材料來解決問題。2)、對所搜集的材料、參考書、文獻(xiàn)所提供的論點有周密的組織能力。3)、能用通順的文字和準(zhǔn)確的圖表，系統(tǒng)地、完整地表達(dá)設(shè)計的成果。4)、課程設(shè)計輔導(dǎo)老師檢查完成情況后，應(yīng)及時提交實驗報告，實驗報告主要內(nèi)容：實驗名稱及實驗完成者、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)、實驗結(jié)果及分析。課程設(shè)計的目的是：激發(fā)實驗者的學(xué)習(xí)熱情，培

25、養(yǎng)其獨立工作的能力，讓他們在實踐活動中將所學(xué)知識綜合運(yùn)用，增長才干，積累經(jīng)驗。二、具體實驗實驗一 驗證74LS181運(yùn)算和邏輯功能1、 實驗?zāi)康模?） 掌握算術(shù)邏輯單元（ALU）的工作原理；（2） 熟悉簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路；（3） 畫出邏輯電路圖及布出美觀整齊的接線圖；（4） 驗證4位運(yùn)算功能發(fā)生器(74LS181)組合功能。2、 實驗原理ALU能進(jìn)行多種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。4位ALU-74LS181能進(jìn)行16種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。功能表如下：方式M = 1 邏輯運(yùn)算M = 0算術(shù)運(yùn)算S3 S2 S1 S0邏輯運(yùn)算CN=1 (無進(jìn)位)CN =0 (有進(jìn)位)0 0 0 0F=/AF=AF=A

26、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=負(fù)1（補(bǔ)碼形式）F=00 1 0 0F=/(A B)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=A Å BF=A減B減1F=A減B0 1 1 1F=A/BF=A (/ B)減1F=A (/ B) 1 0 0 0F=/A +BF=A加A BF=A加A B加11 0 0 1F=/( A Å B)F=

27、A加 BF=A加B加11 0 1 0F=BF=( A + /B )加A BF=( A + /B )加A B加11 0 1 1F=ABF=AB減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 減1F=A (上表中的“/”表示求反)ALU-74LS181引腳說明：M=1 邏輯運(yùn)算，M=0算術(shù)運(yùn)算。引 腳說 明M 狀態(tài)控制端M=1 邏輯運(yùn)算；M=0算術(shù)運(yùn)算。S3 S3 S1 S1運(yùn)算選擇

28、控制S3 S3 S1 S1決定電路執(zhí)行哪一種算術(shù)A3 A2 A1 A1運(yùn)算數(shù)1，引腳3為最高位B3 B2 B1 B0運(yùn)算數(shù)2，引腳3為最高位Cn 最低位進(jìn)位輸入Cn =0 有進(jìn)位；Cn =1 無進(jìn)位；Cn+4本片產(chǎn)生的進(jìn)位信號Cn+4=0 有進(jìn)位；Cn+4=1 無進(jìn)位；F3 F2 F1 F0F3 F2 F1 F0運(yùn)算結(jié)果，F(xiàn)3為最高位3、 實驗內(nèi)容電路如圖2-1所示。圖2-1 4位ALU驗證電路示意圖驗證74LS181型4位ALU的邏輯算術(shù)功能，填寫下表：S3 S2 S1 S0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2算術(shù)運(yùn)算（M=0）邏輯運(yùn)算（M=1）CN=1 (無進(jìn)位)CN =0 (有進(jìn)位)0 0 0 0AH5HF=F

29、=F=0 0 0 1AH5HF=F=F=0 0 1 0AH5HF=F=F=0 0 1 1AH5HF=F=F=0 1 0 0FH1HF=F=F=0 1 0 1FH1HF=F=F=0 1 1 0FH1HF=F=F=0 1 1 1FH1HF=F=F=1 0 0 0FHFHF=F=F=1 0 0 1FHFHF=F=F=1 0 1 0FHFHF=F=F=1 0 1 1FHFHF=F=F=1 1 0 05H5HF=F=F=1 1 0 15H5HF=F=F=1 1 1 05H5HF=F=F=1 1 1 15H5HF=F=F=4實驗要求（1） 根據(jù)實驗內(nèi)容，認(rèn)真完成實驗操作，并做好記錄。（2） 實驗報告。實驗

30、二 運(yùn)算器（2）1. 實驗?zāi)康模?） 熟練掌握算術(shù)邏輯單元（ALU）的應(yīng)用方法；（2） 進(jìn)一步熟悉簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送原理；（3） 畫出邏輯電路圖及布出美觀整齊的接線圖；（4） 熟練掌握有關(guān)數(shù)字元件的功能和使用方法。（5） 熟練掌握子電路的創(chuàng)建及使用。2. 實驗原理本實驗仿真單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器，原理如圖2-2所示。相應(yīng)的電路如圖2-3所示。電路圖中，上右下三方的8條線模擬8位數(shù)據(jù)總線；K8產(chǎn)生所需數(shù)據(jù)；74244層次塊為三態(tài)門電路，將部件與總線連接或斷開，切記總線上只能有一個輸入；兩個74273層次塊作為暫存工作寄存器DR1和DR2；兩個74374層次塊作為通用寄存器組（鑒于電路排列情況，只畫

31、出兩個通用寄存器GR1和GR2，如果可能的話可設(shè)計4個或8個通用寄存器）；眾多的開關(guān)作為控制電平或打入脈沖；眾多的8段代碼管顯示相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)信息；核心為8位ALU層次塊。圖2-2 單總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器示意圖3. 實驗內(nèi)容在Multisim畫出電路圖并仿真，完成如下操作。（1） 說明整個電路工作原理。（2） 說明74LS244N的功能及其在電路中作用，及輸入信號G有何作用；（3） 說明74LS273N的功能及其在電路中作用，及輸入信號CLK有何作用；（4） 說明74LS374N的功能及其在電路中作用，及輸入信號CLK和OC有何作用；（5） K8產(chǎn)生任意數(shù)據(jù)存入通用寄存器GR1。（6） K8產(chǎn)生任

32、意數(shù)據(jù)存入通用寄存器GR2。（7） 完成GR1+GR2GR1。（8） 完成GR1-GR2GR2。（9） 完成GR1GR2GR1。（10） 完成GR1GR2GR2。（11） 完成GR1GR2GR1。（12） GR1GR2。（“”表示邏輯非運(yùn)算）（13） GR2GR1。4. 實驗要求（1） 根據(jù)實驗內(nèi)容，認(rèn)真完成實驗操作，并做好記錄。（2） 實驗報告。圖2-3 運(yùn)算器示意圖實驗三 乘法實現(xiàn)1. 實驗?zāi)康模洪_放性實驗，根據(jù)原理圖實現(xiàn)乘法的電路設(shè)計并運(yùn)行。2. 實驗原理如圖2-4是實現(xiàn)原碼一位乘運(yùn)算的基本硬件配置框圖，根據(jù)該圖用移位相加方法實現(xiàn)乘法，自行選擇器件設(shè)計電路并運(yùn)行。圖2-4 原碼一位乘運(yùn)算的基本硬件配置提示：用74LS181作為加法器，用74LS194作為移位寄存器；手動開關(guān)作為計數(shù)器，實現(xiàn)4位*4位