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图1-2 通用寄存器单元电路
表1-1 通用寄存器单元选通真值表
C
B
A
选择
1
R0-B
R1-B
R2-B
(三)移位寄存器实验
图1-3 带进位移位寄存器电原理图
上图所示,使用了一片74LS299作为移位发生器,其中8位输入/输出端以8芯扁平线连接形式和总线接口连接。
299-B信号控制其使能端(0有效),T4为时序节拍脉冲,实验时按【单步】命令键产生。
由S0、S1、M控制信号设置其运行状态,其控制特性列表如下:
表1-2
299-B
S1
S0
M
功 能
任意
保持
循环右移
带进位循环右移
循环左移
带进位循环左移
装数
说明:
令CBA=011时表中299-B=0。
四、实验连线
图1-4 实验连线示意图
按图1-4所示,连接实验电路:
①总线接口连接:
用8芯扁平线连接图1-4中所有标明“
”或“
”图案的总线接口。
②控制线与时钟信号“
”连接:
用双头实验导线连接图1-4中所有标明“
”图案的插孔(注:
Dais-CMH的时钟信号已作内部连接)。
图1-5 实验连线示意图
按图1-5所示,连接实验电路:
用8芯扁平线连接图1-5中所有标明“
用双头实验导线连接图1-5中所有标明“
图1-6 实验连线示意图
按图1-6所示,连接实验电路:
用8芯扁平线连接图1-6中所有标明“
用双头实验导线连接图1-6中所有标明“
五、实验内容及步骤
(一)算术运算实验
⑴写操作(置数操作)
拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数,具体操作步骤如下:
注:
【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲
图1-7 寄存器置数操作步骤
⑵读操作(运算寄存器内容送总线)
首先关闭数据输入三态控制端(SW-B=0),存储器控制端CE保持为0,令LDDR1=0、LDDR2=0,然后打开ALU输出三态门(CBA=010),置M、S0、S1、S2、S3为11111,再按【单步】键,数据总线单元显示DR1的内容,若把M、S0、S1、S2、S3置为10101,再按【单步】键,数据总线单元显示DR2的内容。
⑶算术运算(不带进位加)
置CBA=010,CN、M、S0、S1、S2、S3状态为101001,按【单步】键,此时数据总线单元应显示00001100(0CH)。
(二)进位控制实验
进位控制运算器的实验原理如实验四图所示,其中181的进位位进入74LS74锁存器D端,该端的状态锁存受AR和T4信号控制,其中AR为进位位允许信号,高电平有效;
T4为时序脉冲信号,当AR=1时在T4节拍将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中,实现带进位控制实验。
⑴进位位清零操作
在“L”状态下,按动【复位】按钮,进位标志灯CY“灭”,实现对进位位的清零操作。
(当进位标志灯“亮”时,表示CY=1)。
⑵用二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数
首先关闭ALU输出三态门(CBA=000)、CE=0,开启输入三态门(SW-B=1),设置数据开关,向DR1存入01010101(55H),向DR2存入10101010(AAH)。
操作步骤如下:
图1-8 寄存器置数操作步骤
⑶验证带进位运算的进位锁存功能
关闭数据输入三态门(SW-B=0)、CE=0,使CBA=010,AR=1,置CN、M、S0、S1、S2、S3的状态为101001,按【单步】键,此时数据总线单元显示的数据为DR1加DR2,若进位标志灯CY“亮”,表示有进位;
反之无进位。
(三)逻辑运算实验
【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍
图1-9寄存器置数操作步骤
⑶逻辑或非运算
逻辑或非运算的方法是置CBA=010,M、S0、S1、S2、S3状态为11000,按【单步】键,此时数据总线单元应显示00011000(18H)。
①加法运算时,CY=1表示运算结果有进位,CY=0表示运算结果无进位;
减法运算时,CY=1表示运算结果无借位,CY=0表示运算结果有借位。
(一)通用寄存器的写入
拨动二进制数据开关向R0和R1寄存器置数,具体操作步骤如下:
图1-10寄存器置数操作步骤
(二)通用寄存器的读出
关闭数据输入三态(SW-B=0),存储器控制端CE=0,令LDR0=0、LDR1=0、LDR2=0,分别打开通用寄存器R0、R1、R2输出控制位,置CBA=100时,按【单步】键,数据总线单元显示R0中的数据01H;
置CBA=101时,按【单步】键。
数据总线单元显示R1中的数据80H;
置CBA=110时,按【单步】键,数据总线单元显示R2中的数据(随机)。
(一)移位寄存器置数
首先置CBA=000,然后按下面所列流程图操作:
图1-11
(二)寄存器移位
首先置CBA=011(299-B=0)、SW-B=0、CE=0,然后参照表改变S0、S1、M的状态,按动【单步】命令键观察移位结果。
(三)移位结果的寄存
把移位寄存器移位后的内容寄存到通用寄存器(以R0为例),首先按图1-6所示连接实验电路。
在移位操作后保持CBA=011(即299-B=0)、置S0=0、S1=0,令LDR0=1,再按动【单步】命令键即可完成移位结果保存到通用寄存器R0的操作。
(四)移位结果的读出
置CBA=100、SW-B=0、CE=0,按【单步】键,数据总线单元显示R0寄存器的内容,该内容应与移位寄存器的内容一致。
六、实验结果分析
手动实验:
(一)初始化操作
一旦进入“L”状态,首先应把“
二进制开关单元”的26只模拟开关拨至下方(即低电平信号“L”),使26只微控制状态指示灯处“暗”,然后按【单步】命令键关闭全部控制信号锁存输出位,用手动方法完成微控制器的初始清零操作。
在“L”状态下直接按【复位】按钮亦可完成微控制器的初始清零操作。
(二)控制信号的打入方法
⑴有效状态的特征:
本系统提供的是“正逻辑”控制电路,通常情况下把高电平“H”定义为有效状态,以点亮发光二极管为标志。
⑵有效状态的建立:
结合实验项目,按实验要求把相关的二进制开关拨向上方,点亮对应的发光二极管。
⑶有效状态的控制:
在建立有效状态的基础上,按【单步】命令键单次启动时序节拍信号T1、T2、T3、T4,模型机按时序要求在相关时刻发出控制信号,以手动方式实现相关单元实验。
(三)总线输入/输出约定
⑴输入约定
对于计算机各部件的数据输出必须通过数据总线来完成,为了避免总线冲突与竞争,模型机规定在同一机器周期内只能允许一个部件的数据占用总线。
结合手动控制列举如下约定:
①数据开关送总线:
令SW-B=1,CBA=000,CE=0
②存储器内容送总线:
令CE=1,SW-B=0,CBA=000
③其它部件送总线:
令CBA=001~111,SW-B=0,CE=0
⑵输出共享
对于计算机各部件的数据输入可共享总线内容,即在同一机器周期内允许把当前数据同时送2个以上部件单元,结合手动控制举例如下:
例:
把数据开关的内容送通用寄存器R0、运算寄存器DR1、地址寄存器AR、指令寄存器IR,令SW-B=1,LDR0=1,LDDR1=1,LDAR=1,LDIR=1,然后按【单步】命令键即可实现总线数据共享。
验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)
在给定DR1=65、DR2=A7的情况下,改变运算器的功能设置,观察运算器的输出,填入下表中,并和理论分析进行比较、验证。
表1-3验
DR1
DR2
S3S2S1S0
M=0(算术运算)
M=1
(逻辑运算)
Cn=1
无进位
Cn=0
有进位
65
A7
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
F=(65)
F=(E7)
F=(7D)
F=
(1)
F=(A5)
F=(27)
F=(BD)
F=(3F)
F=(8A)
F=(0C)
F=(A2)
F=(24)
F=(CA)
F=(4C)
F=(E2)
F=(64)
F=(66)
F=(E8)
F=(7E)
F=(00)
F=(A6)
F=(28)
F=(BE)
F=(40)
F=(8D)
F=(0D)
F=(A3)
F=(25)
F=(CB)
F=(4D)
F=(E3)
F=(9A)
F=(18)
F=(82)
F=(0)
F=(DA)
F=(58)
F=(C2)
F=(40)
F=(BF)
F=(3D)
F=(A7)
F=(25)
F=
(1)
F=(7D)
F=(E7)
在给定DR1=14、DR2=15情况下,改变运算器的功能设置,观察运算器的输出,填入下表中,并和理论分析进行比较、验证。
表1-4验
14
15
F=(14)
F=(15)
F=(FE)
F=(FF)
F=(29)
F=(12)
F=(13)
F=(16)
F=(2A)
F=(EB)
F=(EA)
F=(01)
F=(00)
F=(0)
F=(FF)
F=(FE)
F=(15)
F=(14)
在自动模式下
自动模式下如表6-3所示:
按键
8位LED显示
说明
【返回】
D
Y
-
H
P.
返回初始状态待命
输入DR1代号“0”
【寄存】
X
按【寄存】命令键
4
输入数字14
【写】
按【写】将14打入DR1
【增址】
按【增址】指向DR2代号“1”
5
输入数字15
按【写】将15打入DR2
输入CN代号“5”
28
2
8
输入运算控制符
按【写】将28打入CN
返回闪动的“H”待命状态
【运算】
U
输出结果
移位结果的读出
在自动模式下:
使用26只模拟开关进行控制。
先按【复位】按钮完成微控制器的初始清零操作。
1.进行写操作,拨动二进制数据开关向R0和R1寄存器置数;
2.进行读操作,R0和R1,在数据总线单元显示,倘若再按【单步】,数据总线单元显示R2是随机数。
表1-5通用寄存器单元选通真值表
CBA=010
DR1DR2
图1-12
当M=0,CN=1,S0~S3:
1001
先向DR1和DR2中打入两个人的学号,求出学号和,将它打入R0之后,将学号R1和R2打入寄存器。
通过此实验了解寄存器的数据写入和读出,观察仪器的显示情况。
两组数据完全对照,说明了实验的准确性。
实验结果如表1-6,输入数为14
00010100
00001010
CY=0
0A
带进位右移
00000101
05
带进位左移
CY=1
表1-6
实验结果如表1-76,输入数为65
01100101
10110010
B2
01011001
59
10110010
01100100
64
表1-7
分析:
1.在实验中先将SW-B等于1使三态门关闭;
2.299-B=1使移位运算器处于停止工作状态;
3.运用数据输入电路输入数据;
4.SW-B等于0使三态门打开完成将数据送入数据总线;
5.299-B=0打开移位运算电路此时S1,S0,M初始状态为0,移位运算电路功能为保持
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