4位存储单元与计算单元的简易CPU电路设计与Multisim仿真

在《数字电路与逻辑设计》课程的实验四中，学生们被要求设计一个简易CPU功能的数字电路。该实验的核心是利用74HC/HCT194作为4个存储单元和74HC283作为计算单元，通过时钟脉冲信号控制数据的读取、计算和存储。以下是关键知识点的详细解析： 1. **实验目的**： - 熟悉电路仿真软件Multisim的操作界面和功能：学生需要掌握如何在Multisim中创建、配置和调试电路，包括设置时钟脉冲的频率。 - 逻辑电路综合设计：设计者需要运用所学的逻辑门电路原理，结合74HC194和74HC283的功能，构建能够按照指令序列执行数据处理的逻辑电路。 2. **实验内容**： - 4个74HC/HCT194的使用：这四个存储单元负责存储数据，可以通过串行或并行方式输入和读取数据，DSR端用于右移数据，DSL端用于左移数据，而CLR端则用于异步清零操作。 - 74HC283的计算单元：这个部件用于实现数据的加法操作，通过连接相应的输入引脚，可以在特定时钟信号下执行加法并输出结果。 3. **时钟脉冲的控制**： - 实验的关键在于时间控制，第1个时钟脉冲用于读取存储单元1的数据，第2个时钟脉冲读取存储单元2，以此类推。第3个和第4个时钟脉冲则分别用于计算和存储结果。 - 在Multisim中，通过调整时钟脉冲的频率，模拟不同的操作周期，确保各个步骤的执行顺序。 4. **实验步骤与分析**： - 设计前需明确每个时钟脉冲的工作任务，如异步清零、数据移动和计算。 - 在Multisim中，首先创建电路，添加时钟脉冲元件，并设置其频率。接着，连接74HC194和74HC283，按照逻辑设计将数据流和控制信号正确连接。 - 分析电路设计的合理性，检查是否满足数据的顺序读取、计算和写回存储单元的要求，以及仿真结果的准确性。 5. **评分标准**： - 实验内容的完整性和实现质量占40%，包括设计的严谨性、电路的正确连接和功能实现。 6. **结论**： 完成这个实验后，学生不仅增强了对数字电路的理解和逻辑设计能力，还掌握了使用Multisim进行电路仿真和调试的技巧，为后续的数字系统设计打下了坚实的基础。 在进行实验时，务必仔细理解和应用74HC194和74HC283的数据传输和运算特性，同时确保在Multisim环境中正确配置时钟信号，以实现预期的CPU功能。