加减法运算电路算.docx
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加减法运算电路算.docx
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加减法运算电路算
辽宁工业大学
数字系统综合实验课程设计(论文)
题目:
加/减法运算电路计算
院(系):
电子与信息工程学院
专业班级:
*
学号:
*3
学生姓名:
*
指导教师:
*
教师职称:
*
起止时间:
2011.12.12—2011.12.26
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
电子与信息工程学院 教研室:
通信工程
学号
090405003
学生姓名
寇迪
专业班级
通信091
课程设计(论文)题目
加/减法运算电路设计
课程设计(论文)任务
设计一个加/减法运算电路,当控制信号M=0时将两个无符号的16位二进制数相加,而M=1时将两个无符号的16位二进制数相减,并用MAX+PLUSⅡ验证设计的正确性。
设计要求:
1.熟练掌握组合逻辑电路的设计思路和方法;
2.熟练掌握MAX+PLUSⅡ原理图输入方法;
3.熟练掌握MAX+PLUSⅡ仿真方法并对设计进行仿真验证,直至得出正确的设计方案;
4.熟练掌握MAX+PLUSⅡ编程下载方法并利用EDA实验箱验证设计的正确性;
5.熟练掌握加法器及减法器的设计方法。
报告要求:
1.能够对原理及设计方案进行适当的说明;
2.按照给定的模板要求完成设计报告。
指导教师评语及成绩
平时成绩(20%):
论文成绩(50%):
答辩成绩(30%):
总成绩:
指导教师签字:
学生签字:
年月日
1.结构设计与方案选择1
1.1实验原理1
1.2电路方案原理方框图1
1.3电路原理图2
1.4电路设计4
2.MAX+PLUSⅡ对原理图仿真4
3.管脚的重新分配与编程下载5
4.实验箱的验证6
5.实验结论8
参考文献9
设计目的与任务
1.熟练掌握组合逻辑电路的设计思路和方法;
2.熟练掌握MAX+PLUSⅡ原理图输入方法;
3.熟练掌握MAX+PLUSⅡ仿真方法并对设计进行仿真验证,直至得出正确的设计方案;
4.熟练掌握MAX+PLUSⅡ编程下载方法并利用EDA实验箱验证设计的正确性;
5.熟练掌握加法器及减法器的设计方法。
设计一个加/减法运算电路,当控制信号M=0时将两个无符号的16位二进制数相加,而M=1时将两个无符号的8位二进制数相减,并用MAX+PLUSⅡ验证设计的正确性。
1.结构设计与方案选择
1.1实验原理
一、加法运算基本原理
加法运算可以根据超前进位加法器74LS283直接相加。
二、减法运算基本原理
在计算机中,为了减少硬件复杂性,减法基本是通过加法运算来实现的。
这首先要求求出减少的反码(即把该数各位上的0变成1,1变成0)。
再在结果上加1得到补码,然后加到被减数上即可。
例如两个四位二进制数相减1100-0101
被减数1100
减数的补码+1011
_____________________________
10111
略去此进位
略去进位结果是0111
三、求二进制反码电路
二进制反码可以通过异或来实现,A
0=-A,A
1=A,为了满足俩个输入是16位二进制相加减,我们这里选用4个74LS283昨为加法器以及16个异或。
通过这些器件使减法变成加法。
1.2电路方案原理方框图
加法运算
电路
显示计算
置数结果
减法运算
电路
图1.1二进制加减法运算电路原理图
如图所示,第一步,先置入俩个16位的二进制数。
第二步,通过M控制想加减,当M=0时,俩个十六位的数想加,进入加法运算电路,当M=1时,则两数相减,进入加法运算电路。
第三步在试验箱的彩灯上显示结果。
1.3电路原理图
图1.2MAX+PLUSⅡ原理图
用74LS283作为操作芯片,然后将俩个16位的二进制数a1-a16\b1-b16加上一个控制加减的M作为输入,输出为16位的y1-y16.四个异或控制减数。
当M=0时,电路执行加法运算,异或门输出与输入数据相同,当M=1,电路执行减法运算,异或门的输出是输出的反码。
最后,将俩输入的16位的数据相加或相减得出结果,在做减法运算时候要注意,当a〉b时,对其输出结果CO要注意,CO=1略去,当a〈b时,对其输出结果CO=0,表示有错位,也就是说输出的结果y为负数。
咱门这里用的是多为加法器,相加时每一位是带进位想加的,因而必须使用全加器,只要依次将低位全加器的进位输出端CO接到高位的全加器的进位输入端CI,就可以构成多位加法器了。
开始时候考虑选用的事741LS183,不过这种加法器运算速度慢,在最不利的情况下,做依次加法运算需要经过几个全加器的传输延迟时间(从输入加数到输出状态稳定建立起来所需的时间)才能得到稳定可靠的运算结果。
加减运算电路主要由加法运算电路和减法运算电路这两个功能电路组成。
所以我对这两种电路进行分析和比较,以求用最简单的方式来达到我设计的目标。
查阅了教材上资料后,一般构成加法运算电路主要由集成4位超前进位加法器74LS283实现。
这个芯片可以进行两个4位2进制数的全加,符合我此次课程设计的要求,所以就采用它来完成我的电路功能。
为了提高运算速度,必须设计减小由于进位信号逐级传递所消耗的时间,那么就选择了74LS283通过逻辑电路事先得出每位全加器的进位输入信号,而无需再从最低位开始像高位逐位传递信号了,这就有效提高了速度。
图1.374LS283芯片图1.474LS183芯片
通过分析以上的加法和减法功能电路可以知道,加法和减法运算都可用74LS283超前进位加法器实现。
主要差别在加法运算需要1块74LS283芯片,而减法运算则需要加另一块
异或门芯片。
减法运算的时候需要输入的数据是被减数,减数的反码并加1。
而加法运算的时候都只需要输入数据的原码。
还有就是在输出方式上的不同,加法运算在一片283的输出上就可得到结果,减法运算则需要被减数取反最后才能得到结果。
所以我想以减法运算电路为原型进行改进,将加法和减法这两个功能运算电路整合到一个电路上来,通过开关整合数据的输入方式来切换运算模式,并讲结果输出整合到统一的输出端。
1.4电路设计
当进行加法计算的时候,计算结果在第一片283芯片就输出了(即只需4片74LS283)。
而进行减法运算的时候需要在第二片283上输出结果,当进行小数减大数的时候,第一片283输出的结果只是最后运算结果的补码。
所以要使用统一的输出端,必须要对输出端进行整合,运算加法的时候输出加法的结果,减法的时候输出减法的结果。
在非门后加入一个与门,取加减运算开关的信号作为控制信号,进行加法运算时,控制信号为0电平,与门输出恒为0电平,让第一片283的输出经过异或门后输出不改变,从而第二片283输出的结果与第一片的结果相同。
当进行减法运算时,控制信号为1电平,与门导通,电路变换为减法的运算电路。
可以在A、B端输入被加数和加数(被减数和减数),通过加减法切换开关切换加法运算和减法运算。
在同一的输出端显示计算结果。
此次设计的电路图是以减法运算电路图为原型改进而成,使电路不仅能进行减法运算还能正确的进行加法运算,并且在一个输出上得到计算结果。
2.MAX+PLUSⅡ对原理图仿真
为了验证试验原来的正确性,设计的电路就得顺利的通过编译,在电路不复杂的情况下,对芯片进行编程下载,测试硬件。
图2.1仿真图
仿真设的是a1-a4都为1,b3为1的一个简单仿真,加法时候是m=0段,仿真结果为y1=1,y2=1,y3=0,y4=0,y5=1。
减法的时候是在m=1段,仿真结果为y1=1,y2=1,y3=0,y4=1,所以仿真结果与所设计的电路要求相同,仿真结果正确,就可以进行下面任务艰巨的连接实验箱。
3.管脚的重新分配与编程下载
为了与试验箱相连的方便,我们对管脚进行了从新的分配。
连接成功以后进行编程正常以后就可以硬件来试验。
图3.1管脚的分配
4.实验箱的验证
在之前一切结果正确无误时,连接试验箱验证结论。
因为仿真的时候,后8位我设为0,在连接的时候我只连接了8位去验证,通过开关控制是0还是1,输出方面则看彩灯的亮与不亮。
安装管脚的分配直接连接试验箱。
图4.1加法验证图
图4.2减法验证图
5.实验结论
本次课程设计主要针对二进制的加减法进行了研究。
首先在设计原理时先考虑的74LS183芯片,但计算过于缓慢,虽然可以准确的计算出结果,后来经过研究选用了74LS283,处理了多位加法器上进位输出端与高位全加器的输入连接。
为了减少硬件复杂性,减法基本是通过加法运算来实现的。
这首先要求求出减少的,再在结果上加1得到补码,然后加到被减数上即可,方便相减。
有效的提供了两个十六位二进制相加减,保证输出正确。
仿真与事业箱连接按照要求一一连接,再观察现象中发现我所设计的加减法能够顺利运行,成功完成了本次设计。
参考文献
[1]阎石.组合逻辑电路.数字电子技术基础.高等教育出版社.2006
[2]辽宁工业大学电子信息工程教研室.组合逻辑电路.东北大学出版社.2007
[3]电子信息工程教研室.数字系统综合实验指导书.辽宁工业大学.2011
[4]郑学坚,周斌.微型计算机原理及应用.清华大学出版社.2011
[5]邹虹.数字电路与逻辑设计.人民邮电出版社.2004
[6]卢结成.电子电路实验及应用课题设计.中国科学技术大学出版社.2002
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- 关 键 词:
- 加减法 运算 电路