实验三  进位控制、通用寄存器判零实验

一、实验目的

1、熟悉带进位控制的算术逻辑运算器的组成和硬件电路，用进位寄存器来实现带进位的左移、右移。

2、熟悉判零线路。

二、实验内容

1、算术逻辑单元带进位位的加法运算实验

2、带进位移位实验

三、实验步骤和结果

实验一：算术逻辑单元带进位位的加法运算实验

● 把ALU-IN（8芯的盒型插座）与右板上的二进制开关单元中J01插座相连(对应二进制开关H16~H23)，把ALU-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线上的DJ2相连。

● 把D1CK、D2CK、CCK用连线连到脉冲单元的PLS1上，把EDR1、EDR2、ALU-O、S0、S1、S2、S3、CN、M接入二进制拨动开关（请按下表接线）。

控制信号	接入开关位号
D1CK	PLS1  孔
D2CK	PLS1  孔
CCK	PLS1  孔
EDR1	H8    孔
EDR2	H7    孔
ALU-O	H6    孔
CN	H5    孔
M	H4    孔
S3	H3    孔
S2	H2    孔
S1	H1    孔
S0	H0    孔

接线图示：

● 按启停单元中停止按钮，实验平台停机并且把进位寄存器CY清零（CY灯灭）。在本实验中使用算术逻辑单元作为进位发生器，按运行键，实验即进入运行状态。

● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置65H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
0	1	1	0	0	1	0	1	65H

置各控制信号如下：

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
0	1	0	1	0	1	0	0	1

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D1CK上产生一个上升沿，把65H打入DR2数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定DR2寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入DR2中。置S3、S2、S1、S0、M为11101时，总线指示灯显示DRl中的数，而置成10010时总线指示灯显示DR2中的数。

实验结果如图所示：

● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置A7H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
1	0	1	0	0	1	1	1	A7H

置各控制信号如下：

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
1	0	1	1	0	1	0	0	1

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D2CK上产生一个上升沿，把A7H打入DR2数据锁存器。

实验结果如图所示：

● 再置各控制信号如下：

H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1	H0
EDR1	EDR2	ALU-O	CN	M	S3	S2	S1	S0
1	1	0	1	0	1	0	0	1

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在CCK上产生一个上升沿，把74LS181的进位打入进位寄存器中，在有进位的情况下，CY指示灯亮，并且ALU-O为0，把计算结果输出到数据总线。

实验结果如图所示：

● 经过74LS181的计算将产生进位，即Cn+4输出0，当把计算结果输出到总线时，数据总线指示灯IDB0~IDB7将显示结果0CH。

实验结果如图所示：

实验二：带进位移位实验

● 按启停单元中停止按钮，实验平台停机时把进位寄存器CY清零（CY灯灭）。在本实验中使用通用寄存器作为进位发生器，按运行键，实验即进入运行状态。

把RA-IN（8芯的盒型插座）与右板上的二进制开关单元中J01相连(对应二进制开关H16~H23)，把RA-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线上的DJ6相连。

● 把CCK、RACK连到脉冲单元的PLS1，把ERA、X0、X1、RA-O、M接入二进制拨动开关。（请按下表接线）。

信号定义		接入开关位号
CCK		PLS1  孔
RACK		PLS1  孔
X0		H12   孔
X1		H11   孔
ERA		H10   孔
RA-O		H9    孔
M		H4    孔

接线图示：

● 二进制开关H16~H23作为数据输入，置81H（对应开关如下表）。

H23	H22	H21	H20	H19	H18	H17	H16	数据总线值
D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	8位数据
1	0	0	0	0	0	0	1	81H

置各控制信号如下：

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
1	1	0	0	0

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RACK上产生一个上升沿，把81H打入通用寄存器内。

● 此时数据总线上的指示灯IDB0~IDB7 应该显示为81H。由于通用寄存器内容不为0，所以ZD（LED）灯灭。

实验结果如图所示：

置各控制信号如下：

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
0	1	0	0	0

● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在RACK上产生一个上升沿，使通用寄存器中的值左移。因进位寄存器CY的初始值为0，在RACK脉冲作用下将CY打入通用寄存器的最低位Q0。同时在CCK脉冲作用下把通用寄存器的最高位Q7（为1）打入进位寄存器CY，使CY显示灯亮，这样就实现了带进位的左移功能。

实验结果如图所示：

● 同样置各控制信号如下，并且按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，可实现带进位的右移功能。

H12	H11	H10	H9	H4
X0	X1	ERA	RA-O	M
1	0	0	0	0

带进位左移功能三组测试数据实验结果如下图：

带进位右移功能三组测试数据实验结果如下图：

把M作为是否带进位的选择，M=0 带进位移位，M=1不带进位移位。控制型号X0、X1、M的功能状态如下：

四、实验总结

● 实验原理

        本次实验旨在探讨带进位控制的算术逻辑运算器（ALU）和通用寄存器的移位操作。通过使用进位寄存器，可以实现带进位的加法、左移以及右移操作。在ALU中，进位寄存器用于捕获运算过程中可能产生的进位，而在移位过程中，进位寄存器用于将进位信息与原有数据结合，提供更加灵活的位移结果。

● 实验结果分析

1. 加法运算实验：通过将65H和A7H输入ALU并执行加法，实现了带进位的计算。最终的计算结果为0CH，进位寄存器成功捕获了进位信息，验证了ALU与进位控制机制的工作原理。

2. 带进位左移实验：最初输入81H，这一数据在进行左移操作时，进位寄存器的初始值为0，经过左移，最高位的数据1被送入进位寄存器，并显示了进位状况。实验表明，带进位左移的功能有效，数据能够成功移位并与进位信息结合。

3. 带进位右移实验：在右移操作中，最终观察到进位寄存器的状态变化与移位操作相辅相成。多个测试数据的结果展示了带进位右移的可靠性和正确性。

● 个人感悟

        通过本次实验，我对算术逻辑运算器的结构、进位处理及通用寄存器的工作原理有了更深刻的理解。实验不仅让我实践了抽象的电路理论，还让我意识到进位控制在数字运算中的重要性。在构建和测试过程中，我增强了调试能力与逻辑思维，更加体会到细致操作对实验结果的重要性。这次实践经历进一步激发了我对电子技术与计算机体系结构的兴趣，期待在未来的学习和实践中探索更多的知识。