Однако, после анализа схем (планировалось собрать простое 8-разрядное АЛУ) на дискретных компонентах, мне стало лениво паять такую кучу корпусов и проводов. Но задумка осталась и однажды попала ко мне старая советская микросхема К155ИП3, которая представляет собой 4-разрядное АЛУ. Две таких микросхемы можно легко объединить между собой и получить 8-рязрядное АЛУ. Конечно желательно использовать и схему ускоренного переноса (К155ИП4), но для демонстрации в учебных целях это не критично. Ниже представлена сама микросхема, её обозначение на схемах,а также подробное описание.
1 — информационный вход младшего разряда B0
2 — информационный вход младшего разряда A0
3,4,5,6 — вход "выбор функции" (S3,S2,S1,S0)
7 — вход "перенос" C4
8 — вход "режим работы" (M)
9 — выход "образование функции" младшего разряда (F0)
10,11 — выход "образование функции" (F1,F2)
12 — общий
13 — выход "образование функции" старшего разряда (F3)
14 — выход "сравнения" (K)
15 — выход "распространения переноса" (P)
16 — выход "перенос" (C4)
17 — выход "образование переноса" (G)
18,19 — информационные входы старшего разряда (B3,A3)
22,23 — информационные входы (B1,A1)
24 — напряжение питания
Микросхема К155ИП3 — четырехразрядное, скоростное АЛУ. Оно может работать в двух режимах, выполняя либо 16 (24=16) логических, либо 16 арифметических операций. Для получения максимального быстродействия при обработке длинных цифровых слов в схеме АЛУ присутствует внутренняя схема управления переносом. Зарубежным аналогом микросхем К155ИП3 является арифметико-логическое устройство 74181.
На входы A0-A3 (активные уровни — низкие) подается четырехразрядное слово А (операнд А), на входы B0-B3 — аналогичное слово-операнд В. Арифметико-логическое устройство К155ИП3, имеет четыре входа выбора S0-S3 с помощью которых можно выбрать 16 функций устройства. Реально число этих функций в 2 раза больше: с помощыо входа М (mode control) переключаются режимы и АЛУ выполняет либо 16 арифметических операций, либо генерирует 16 логических функций двух переменных.
На входе Сn принимается входной сигнал переноса. Результат выполнения одной из 32 выбранных функций АЛУ появляется на выходах F0-F3. На выходе выделяется сигнал переноса (после четырех разрядов). Этот сигнал подается на вход Сn следующего АЛУ при составлении схем АЛУ большей емкости. Микросхемы К155ИП3 имеют три вспомогательных выхода: А=В — выход компаратора, отображающий равенство операндов (выход имеет открытый колектор), G — выход генерации переноса, P — выход распространения переноса. Выходы G и P имеют активные низкие уровни.
Микросхемы К155ИП3 управляются параллельными входами выбора S0-S3 и входом управления режимом М. Если на входе М напряжение высокого уровня, запрещаются все внутренние переносы и прибор будет исполнять логические операции поразрядно. При напряжении низкого уровня на входе М переносы разрешаются и будут выполняться арифметические операции над двумя четырехразрядными словами. За счет полной внутренней СУП сигнал переноса на выходе Cn+4 появляется при каждом входном сигнале переноса, поступившем на вход. Для организации переноса между корпусами АЛУ, объединяемыми в многоразрядную схему, используются выходы P и G. Данные, появляющиеся на них, не зависят от состояния входа переноса Сn.
Если от многокорпусного АЛУ не требуется максимальное быстродействие, можно использовать простой режим пульсирующего переноса (что я и сделал). Для этого выход переноса Сn+4 соединяют со входом переноса Сn следующего АЛУ. Для обеспечения высокоскоростных операций следует включать между приборами К155ИПЗ специальную микросхему ускоренного переноса К155ИП4. Один корпус К155ИП4 может обслуживать четыре АЛУ К155ИП3.
На выходе компаратора, т.е. на выходе отображении эквивалентности А=В, будет напряжение высокого уровня, если на всех четырех выходах F оказались высокие логические уровни. Этот выход применяется для отображения логической эквивалентности четырехбитных слов, если АЛУ работает в режиме вычитания. Выход А=В имеет открытый коллектор, что дает вазможность объединить несколько таких выходов по схеме "монтажного И". Таким способом можно сравнивать слова, длина. которых превышает 4 бит. Сигнал выхода А=В можно использовать совместно с сигналом Сn+1, для выяснения соотношения: А>В или А<В.
Арифметическое-логическое устройство может работать с высокими или низкими активными логическими уровнями. В зависимости от этого меняются знаки инверсии на входах и выходах , а также получаются различные таблицы соответствия логических и арифметических функций кодам выбора функции, (входы S0-S3). Ниже в таблице показан выбор функций АЛУ при высоких активных уровнях операндов и выходов (высокий уровень — В, низкий — Н).
Выбор функций АЛУ К155ИП3 при высоких активных уровнях
| Выбор функции | Выходные данные при активных высоких уровнях | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
Логические функции (на входе М напряжение высокого уровня) |
Арифметические операции (на входе М |
|
| Сn = B (без переноса) |
Сn = Н (с переносом) |
|||||
| Н | Н | Н | Н | A | A | A+1 |
| Н | Н | Н | В | A+B | A+B | (A+B)+1 |
| Н | Н | В | Н | AB | A+B | (A+B)+1 |
| Н | Н | В | В | 0 | -1 | 0 |
| Н | В | Н | Н | AB | A+AB | A+(AB)+1 |
| Н | В | Н | В | B | (A+B)+AB | (A+B)+AB+1 |
| Н | В | В | Н | A(+)B | A-B-1 | A-B |
| Н | В | В | В | AB | AB-1 | AB |
| В | Н | Н | Н | A+B | A+AB | A+AB+1 |
| В | Н | Н | В | A+B | A+B | A+B+1 |
| В | Н | B | Н | B | (A+B)+AB | (A+B)+AB+1 |
| В | Н | B | B | AB | AB-1 | AB |
| В | В | Н | Н | 1 | A+A | A+A+1 |
| В | В | Н | В | A+B | (A+B)+A | (A+B)+A+1 |
| В | В | В | Н | A+B | (A+B)+A | (A+B)+A+1 |
| В | В | B | B | A | A-1 | A |
Ниже в таблице приведены аналогичные данные для активных низких уровней. В обеих таблицах дан перечень арифметических операций без переноса и с переносом по входу Сn. Операции с переносом отличаются на единицу. При операции А+А каждый бит сдвигается на одну (старшую) позицию.
Выбор функций АЛУ К155ИП3 при низких активных уровнях
| Выбор функции | Выходные данные при активных высоких уровнях | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
S3 |
S2 |
S1 |
S0 |
Логические функции (на входе М напряжение высокого уровня) |
Арифметические операции (на входе М |
|
| Сn = Н (без переноса) |
Сn = В (с переносом) |
|||||
| Н | Н | Н | Н | A | A-1 | A |
| Н | Н | Н | В | AB | AB-1 | AB |
| Н | Н | В | Н | A+B | AB-1 | (AB) |
| Н | Н | В | В | 1 | -1 | 0 |
| Н | В | Н | Н | A+B | A+AB | A+(A+B)+1 |
| Н | В | Н | В | B | AB+(A+B) | AB+(A+B)+1 |
| Н | В | В | Н | A(+)B | A-B-1 | A-B |
| Н | В | В | В | A+B | A+B | (A+B)+1 |
| В | Н | Н | Н | AB | A+(A+B) | A+(A+B)+1 |
| В | Н | Н | В | A(+)B | A+B | A+B+1 |
| В | Н | B | Н | B | (AB)+(A+B) | (AB)+(A+B)+1 |
| В | Н | B | B | A+B | A+B | (A+B)+1 |
| В | В | Н | Н | 0 | A+A | (A+A)+1 |
| В | В | Н | В | AB | AB+A | AB+A+1 |
| В | В | В | Н | AB | AB+A | AB+A+1 |
| В | В | B | B | A | A | A+1 |
Микросхема АЛУ К155ИП3 (74181) потребляет ток 150 мА. Время задержки распространения сигнала от входов A, B; до выходов F1 составляют (соответственно): 42, 17 и 32 нс. Наибольшее время задержки распространения сигнала (50, 23 и 41 нс) наблюдается от входов A1, B1 до выхода Сn+4.
В итоге я объединил две микросхемы по схеме пульсирующего переноса, на выходы F0-F7 повесил светодиоды с ограничительными резисторами. Питается утройство от USB, на плате установлен mini-USB разъём, что очень удобно. Выходы и выходы выведены на штыревые линейки. Входы S0-S3 и М объединены и также выведены на штыри, коммутацией джамперов можно выбирать функцию.
