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1、微电子实验_算术运算单元ALU的设计实验目的（1）设计4位ALU，可实现8种算术逻辑运算。a.进行两个四位二进制数的运算。b.算术运算：A+B,A-B,A+1,A-1c.逻辑运算：AandB,AorB,Anot,AxorB（2）4位输入A3—A0、B3---B0用开关设置输入。（3）8种算术逻辑运算通过3位功能选择开关选择某一种功能。（4）运算结果用两个数码管显示和2个发光管显示（有一个显示进借位、有一个显示溢出）。实验原理：该电路是是实现四种算术运算和四种逻辑运算功能的算术运算单元电路。主要是由算术运算模块、逻辑运算模块、输入控
2、制模块和输出控制模块几部分组成。通过时序输入控制实现信号A,B同时送入到运算电路中进行运算，这样能解决非时序信号先后输入进行运算时产生的错误。信号送入运算单元后，逻辑运算和算术运算是同时进行的，只是在不同的模块中进行的而已。而四种算术运算则是通过控制端来进行先后选择运算的。在输出时只显示一种功能则是通过5片74LS244（三态门芯片）和一些门电路通过控制信号f3,f2,f1置不同的数进行控制的选择输出的，数码显示管显示的算术运算的结果，小灯泡则是用来显示逻辑运算的结果。f3f2f1置数111、000、001、010、011、100
3、、101、110分别控制的输出显示是A+B,A-B,A与B,A或B,A异或B，非A，A+1，A-1.运算结果是同时被送出的，当f3f2f1被置某一个数时，对应的芯片244的使能端有效，那么相应的功能就被出去显示。当f3f2f1被置111、000，101、110时第一片244始终有效，此时输出的是哪一种功能则取决于这几个数所控制的算术运算电路在进行的是哪一种功能了，它们都是经过一定的门器件进行控制的。输出除了显示这8中功能外，还显示了算术运算中的溢出与进借位显示。功能介绍：（输入时序控制）解释：通过两片74LS373（锁存器）、一片
4、74LS161（计数器）和相应的门器件来实现使输入信号A、B能同时送入运算单元电路进行运算，避免了一些不必要错误的发生。当第一个脉冲输入时，计数器的输出端输出的是00信号，该信号通过门器件作用使第一片373ENG有效，使信号A送入锁存器里面锁存不输出，当第二个脉冲到来时，161输出端输出01，此时使信号B送入锁存器锁存不输出，当第三个脉冲到来时，两片373的的~OC有效，锁存在锁存器里面的信号A,B同时被送入运算电路进行运算，同时161被置零这三种情况分别控制两片373的状态，分别代表锁存A,锁存B和同时输出A,B.脉冲信号由一个
5、开关在总电路中控制。输出选择输出选择：真值表如下：f3f2f1accountEENandorxorr11110000000001100000001000100001000001000110000010100000000110110100001101110000当输出为1时对应的端口处于有效状态。f3f2f1置数111、000、001、010、011、100、101、110分别对应的功能是A+B,A-B,A与B,A或B,A异或B，非A，A+1，A-1(运算部分）（选择输出部分）算术运算算术运算：该部分由两个小部分组成，一部分是做加减
6、运算的，另一部分是用作选择输出的。因为只有一个数码管，要用该数码管既显示加的结果也显示减的结果，就选用了一个子电路来对其进行操作。E2为0时输出是加的结果，为1时输出减的结果。运算电路中运用了8个72LS183,1个74LS157和异或门组成了这个算术运算电路（可以实现被减数小于减数的运算）。157是一个数据选择器，-G始终为低电平选择器才处在工作状态，选择器的上部分与信号B连接，下部分置1，当-A/B端置1时做自加减运算，置0时做加减运算。具体是加还是减则取决于E端的置数，这些控制端都是用一定门器件通过f3f2f1来控制的。仿真
7、电路图：逻辑运算模块：运算功能：①加法功能电路图仿真1110+1101=1011产生进位，进位端有显示硬件搭建电路分析2+3=5，进位端和益出端均无显示电路仿真分析3+6=9，有益出无进位与运算：1110与1101=1100，f3f2f1为001，溢出与进位都有变化是因为f3f2f1变化了，而E与EN端都是有这里控制的0100（4）与0110（6）=0100（4）或运算：1110或1101=1111，f3f2f1为0100110（6）或0111（7）=0111（7）异或运算：1110异或1101=0011，f3f2f1为01101
8、00（4）异或0011（3）=0111（7）非A运算：1110非=0001，f3f2f1为1001110（14）非=0001（1）A自加运算：1000（8)+1=1001（9）,f3f2f1为101
