逻辑算术运算芯片SN74LS181的使用

“逻辑运算芯片实现4位的逻辑运算和算数运算，是CPU的重要组成部分。本实验讲解该芯片的详细使用过程，让读者全面了解该芯片，虽然在工程上并没有实际价值，但对读者学习计算机组成原理很有帮助”

01实验内容

1.1 实验内容

设计电路完成单个SN74181芯片的测试，让读者了解该芯片的运行逻辑，本人把实验是计算机组成课程的第一个实验

1.2 知识点

针对每一种算术运算，都必须有一个相对应的基本硬件配置，其核心部件是加法器和寄存器。当需完成逻辑运算时，势必需要配置相应的逻辑电路， 而ALU电路是既能完成算术运算又能完成逻辑运算的部件。

02实验准备

2.1 实验器材

要完成本次实验，我们需要如下的元器件。

• SN74181N芯片
• 5个共阴级数码管
• 面包板（可选，没有面包板，需要把元器件直接连接，容易出问题）
• 树莓派GPIO扩展组件（可选，建议选择）

2.2 元器件解释

SN74181芯片：

SN74181是一种具有并行进位的多功能ALU芯片

图1 芯片实物图

图2 芯片针脚说明图

2.3 工作原理

A表示 A3 A2 A1 A0针脚输入（高电平=1低电平=0）

B表示 B3 B2 B1 B0 针脚输入（高电平=1低电平=0）

F表示 F3 F2 F1 F0 针脚的输出 （高电平=1低电平=0）

A、B为输入4位二进制；S位控制位，M、Cn模式控制（如图）

03实验过程

3.1 接线

图3 实验电路设计图

说明：

通过开关选择两种模式可以测试芯片，开关全部置4，由树莓派GPIO控制针脚电压；开关置2表示给连接针脚高电压；开关置3表示给连接针脚低电压

3.2 实验过程

通过手动开关和树莓派编程控制输入针脚A0～A3、B0～B3、S0～S3、M、Cn

1、输入A3～A0：1 1 1 0

2、输入B3～B0: 0 0 0 0

3、输入S3～S0：0 0 0 0

4、输入M = 1 （设置为逻辑运算）

5、观察 F3～F0: 0 0 0 1 （/A）

6、输入M = 0 Cn = 1 （设置为算数运算）

7、观察 F3～F0: 1 1 1 0 （A）

8、输入M = 0 Cn = 0（设置为算数运算）

9、观察 F3～F0: 1 1 1 1 （A plus 1）

观察Cn+4 ：1 （表示没有进位）

10、输入A3～A0：1 1 1 1

11、观察 F3～F0: 0000 （A plus 1 ）

观察Cn+4 ：0 （表示进位）

04实验展示

演示程序采用树莓派编程的方式控制输入，采用8位数码管作为输出；

左边2个数码管的上半部分4个竖条分别表示A3～A0，下半部分4个竖条分别表示B3～B0

右边2个数码管上半部分4个竖条分别表示F3～A0，下半部分最右边的竖条表示Cn+4（进位）