两片74181芯片设计8位ALU电路执行加减法与、或、非、异运算

ID:453890 · 发表于 2018-12-24 21:46

选用两片74181，设计8位ALU电路。
按照实验要求设计简单ALU，能执行8种操作，分别为：
1）加、减、增1、减1等4种8位算术运算；
2）与、或、非、异或等4种8位逻辑运算。

一、实验原理
74181是4位的算逻单元，其中红色的标示为输入信号；
绿色的标示为输出信号；
其中A/B为两个输入的操作数据；
F为输出的结果；
S为ALU功能选择线：包括各种算术元算和逻辑运算等；
Cn为低位向他的进位，Cn+4为他向高位的进位；
G为进位产生函数；
P为进位传递函数；
A=B为指示A与B相等的输出信号。
将两个74181进行组合，由8个拨码开关给定数据a和数据b，实现a，b两个8位代码数字的输入。拨码开关用来设置当前ALU的运算功能，作为进行算术运算或逻辑运算的控制，进行加、减、增1、减1等4种8位算术运算，与、或、非、异或等4种8位逻辑运算，在输出端输出结果result，用8个LED指示灯D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7表示，若LED指示灯不亮表示0，若LED指示灯发光表示1，组成8位代码结果。
二、实验步骤
1.安装使用proteus软件，创建一个新工程
2.放置元器件
3.根据实验原理设计，并连接电路

拨码开关用来设置当前ALU的运算功能，作为进行算术运算或逻辑运算的控制。
由8个拨码开关给定数据a和数据b，将一个数字a的8位代码(8位信号位)送入ALU电路，再将另一个数字b的8位代码(8位信号位)送入ALU电路。
LED指示灯D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7表示计算结果result，若LED指示灯不亮表示0，若LED指示灯发光表示1，组成8位代码结果。

三、实验结果
（1）算术运算
做加法：输入a = 00000011，b = 01000011，result = 01000110。输入a = 01111111，b = 01111111，result = 11111110
做减法，其实就是将b取反再+1，然后参与到加法运算中。
做自加1运算，输入a = 00000001，result = 00000010。
做自减1运算，输入 a = 00000001，result = 00000000
（2）逻辑运算
“与”门运算，输入a = 00001111，b = 11000011，result = 00000011。
“或”门运算，输入a = 11110000，b = 00001111 ，result = 11111111。
“异或”门运算，输入a = 11001100，b = 10101010，result =01100110。
“非”门运算，输入a = 10010110，result = 01101001
四、实验结论
两片74181，组合设计成8位ALU电路，通过调节，能执行8种操作，加、减、增1、减1等4种8位算术运算，与、或、非、异或等4种8位逻辑运算。而且能够通过LED指示灯的信号实现结果准确输出。
五、讨论和分析
将理论知识学习理解，然后在实验中加以运用。要想将抽象的概念用实验设计出来，还需要对实验的元件充分了解，达到功能的实现。拨码开关能够很好地进行数据输入，而LED指示灯可以实现数据的输出，逻辑运算的元件用来进行运算。

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