组成原理实验一

实验一   基本操作实验

一、  实验前认识

1、         JYS－3型计算机组成原理实验仪的结构组成：

 

JYS—3型计算机组成原理实验仪由直流稳压电源、电平显示灯、逻辑开关、单脉冲按钮、时钟＼时序发生器，微程序控制器、八位数据通路，通用设计板9个部分组成。它采用模块组合结构。

2、         时钟，时序发生器

（1）时钟，时序发生器输出信号有：T₁—T₄, T₁—T₄，M₁。输入信号：HALT  。时序频率分二档：低频：10Hz     中频：２KHz

（2）时序频率的选择是通过电平开关K₂₃实现的。当开关为低电平时，时序频率为中频。为高电平时，时序频率为低频。

节拍信号T₁—T₄波形：

T₁

T₃

M₁

T₄

T₂

 

 

 

 

 

 

 

 

每个节拍内均包含脉冲M₁。节拍信号有三种工作方式。这三种工作方式受K24,K25电平开关组合控制。

K24	K25	功能说明
0	0	连续时标方式
0	1	单周期时标方式
1	0	单周期时标方式
1	1	单拍时标方式

 　　

 

时标信号的启动，停止受P1,P0按钮开关控制。当时标信号启动运行时，不论时标信号运行到第几拍，这时只要输入端信号（HALT）有低电平信号输入，时标信号都会回到T₁拍并停止运行。只有再次按启动按钮开关，时标信号才能运行。

二、  实验目的

1．            熟悉实验台的时标信号，弄清节拍信号、脉冲信号及各控制信号的时间关系。   

2．            掌握实验台上的各种实验手段。

3．            利用实验台上提供的各种时标信号，组合出自己实验系统中所需要的时标信号。

三、  实验内容

（1）            结合主题选择开关，检测时标编程开关K24K25的功能，特       别注意单指令功能的检测。

（2）           设计一电路，使得原设定在开关D0～D7的数据在机器运行

（3）           a）1秒；b）2秒；c）3秒；d）10秒。时送达L0~L7

四、  实验器材

JYS—3型计算机组成原理实验仪

74LS74(Ti)——产生置初值控制信号

74LS161(Ti)——时间计数器

74LS244(G)——数据缓冲器

74LS373(R)——数据锁存器

74LS04——数据取反

 

五、  实验原理

1、K24K25的功能

（a）            K24-K25=00时，T1~T4连续产生，频率由K23控制（1：慢速，2：250Hz）

（b）           K24-K25=01/10时， T1~T4只产生一个循环，K23功能同上

（c）            K24-K25=11时，每按一次P1，切换到下一个节拍

（d）           M：在K24-25=00/01/10，节拍自动切换时才会出现

2、电路设计                     LED

 

数据锁存器

74LS373(R)

                                                                                                                    

                                                                                                 控制信号

                                          LED

数据缓冲器

74LS244(G)

时间计数器

74LS161(Ti)

产生置初值控制信号74LS74(Ti)

 

 

 

 

 

控制信号

控制信号

 

 

 

 

 

 

                                                     初值

                                                                                                                                  数据输入 D3-D0

 

 

控制信号

 

各器件的逻辑布线图

（A）74LS74

n  当SD=H,CD=L时，Q=L

n  当SD=H,CD=H，且CLK为节拍上升沿时，D数据打入Q

（B）74LS161

n  作用：Load and Increment Counter

CLR:可接/P0

CLK:可接T2

LOAD:可接74LS74的Q

RIPPLE CARRY OUTPUT:溢出时为H

n  本实验中可通过控制初始输入值ABCD，来控制从开始计数到发生溢出的时间间隔，从而得到时间控制信号

（C）74LS244

n  注意：1G低电平有效

（D）74LS373

n  注意：

ENABLE高电平有效

OUTPUT：可接P0

六、实验步骤

1、检测时标编程开关K₂₄K₂₅的功能

（1）将节拍信号T1—T4分别对应接在灯L1—L4上，脉冲信号M接在灯L5上，以便观察节拍信号、脉冲信号的频率；

（2）将开关K23置于高电平（中频），按顺序调节开关K24和K25（00 、01 、10、 11）

K24K25每次调换成另一种状态时，按一次P0（启动按钮）按钮使得节拍复位到T1，其中当K24K15为11时，通过P1按钮单步控制节拍信号；

（4）           观察K24K25处于不同状态时，节拍信号（T1-T4）和脉冲信号（M）的变化情况，可通过观察亮灯的情况

3、          电路设计

（1）接好74LS74的相关管脚：1接—P0、2接+5V、3接T1、 4接+5V、5作为输出Q，其中输出Q用测电笔来检测；

（2）接好74LS161的相关管脚：3 、4 、5 、6作为最初计数数据的输入ABCD ，连接到开关K1-K4；

 CLR接—P0,  CLK接T2,  LOAD接74LS74的Q；

11 、12 、13 、14最为计数增值检测,对应接到灯L11——L14

15为OUTPUT标志，对应接到灯L15，当其溢出时为H，灯L15会亮，也将作为74LS244的控制信号（1/G电平），不过该信号要通过74LS04取反器，将高电平转化为低电平

（3）接好74LS244相关管脚：1A1  1A2  1A3  1A4作为数据D3-D0的输入端，连接到相关开关K5-K8；

1Y1  1Y2  1Y3  1Y4作为结果输出端，并作为74LS373的数据输入；

1/G接收来自74LS161的Q，且低电平有效

（5）           接好74LS373相关管脚：1D  2D  3D  4D作为数据输入端，接收来自74LS244的输出端的数据（1Y1  1Y2  1Y3  1Y4）；

1Q  2Q  3Q  4Q作为结果输出端，并且连接到灯L6-L9；

ENABLE高电平有效，将其接到74LS161的RIPPLE CARRY OUTPUT端；

OUTPUT接到P0；

（6）           一个个器件测试，最后把所有的器件连接在一起测试整体情况。

七、    实验分析和结果

1、          K24K25功能测试

K24-K25=00时，T1~T4连续产生，频率由K23控制（1：慢速，2：250Hz），灯L1-L4循环亮，L5跟随各个灯亮；

K24-K25=01/10时， T1~T4只产生一个循环，L1-L4只亮一次循环，L5灯跟随各灯亮一次循环，K23功能同上

K24-K25=11时，每按一次P1，切换到下一个节拍，灯L1-L4按顺序亮；

M：在K24-25=00/01/10，节拍自动切换时才会出现

2、          电路设计

（1）74LS74：

n  当SD=H,CD=L时，测电笔显示Q=L（低电平）

n  当SD=H,CD=H，且CLK为节拍上升沿时，D数据打入Q（高电平）

测试成功

（2）74LS161：令ABCD为0000，则输出Qa Qb Qc Qd变化为从0000-1111，灯L11-L14按照二进制0000-1111变化，灯对应为1时亮对应为0时不亮；其中当Qa Qb Qc Qd为1111时，OUTPUT对应的灯L15亮，此时OUTPUT为高电平H，测试成功

（3）74LS244：1/G接收来自74LS161的OUTPUT端取反的数据（通过74LS04取反）,令1A1-1A4的数据为1100，将1Y1-1Y2对应接到灯L17-L20观察到当1A1-1A4为1100时，1Y1-1Y4也为1100灯L17-L20亮的情况为 ——“亮亮暗暗”，测试成功；

（4）74LS373：ENABLE为高电平时才有效

输出端1Q-4Q灯根据输入端1D-4D的接收情况，因为1D-4D接收74LS244的1Y1-1Y4（1100），此时1Q-4Q也为1100，对应的灯L6-L9亮的情况为——“亮亮暗暗”，测试成功。

3 结论：K24K25功能测试比较简单，一次性成功，而关于电路设计就比较麻烦，各管脚的连接比较简单，但由于各器件接收的电平不一样，这在实验过程中还要考虑到如何取到所需要的电平，由于是很多器件连接在一起，为确保整个电路正确就要先测试芯片和导线，等结果都正确了才测试整体，测试过程中出现由于疏忽没有用到取反器74LS04导致结果不正确，后面接上结果就正确了，实验中用的灯还算比较多，前面用到的所有灯都一直接着导致在测试整体时，看着一片一片的灯在亮，显得有点乱，当你所有器件都测试成功时，就可以把当时用来测试部分器件所用的灯断开了，这样直接观察最终结果就更明显了。

以下是实验的照片