加法器
加法器电路设计实验报告

加法器电路设计实验报告【加法器电路设计实验报告】一、实验目的本实验的主要目标是通过实际操作,设计并实现一个基础的加法器电路,以深入理解数字逻辑电路的设计原理和工作方式。
通过对半加器、全加器以及多位加法器的设计与搭建,进一步熟悉集成门电路的应用,掌握组合逻辑电路的设计方法,并能对电路的逻辑功能进行有效的验证与分析。
二、实验原理加法器是数字系统中的基本运算单元,其核心工作原理基于二进制数的加法规则。
在最基础的层面上,一个半加器(Half Adder)用于计算两个一位二进制数的和,同时产生一个进位输出;而全加器(Full Adder)在此基础上增加了处理来自低位的进位输入,可以完成三位二进制数的相加。
对于多位二进制数的加法,可以通过级联多个全加器来实现。
1. 半加器:由两个异或门(XOR)实现“和”输出,一个与门(AND)实现“进位”输出,即S=A XOR B,Cout=A AND B。
2. 全加器:除了接收两个数据输入A和B外,还接收一个进位输入Cin,同样由异或门计算“和”,但“进位”输出需要考虑三个输入的与或逻辑关系,即S=A XOR B XOR Cin,Cout=(A AND B) OR (B AND Cin) OR (A AND Cin)。
三、实验步骤1. 半加器设计:首先,利用集成电路库中的逻辑门元件构建半加器,将A 和B作为异或门的输入得到和信号S,将A和B分别连接到与门的两个输入端得到进位信号Cout。
2. 全加器设计:在半加器的基础上,增加一个输入端Cin代表低位的进位,同样运用异或门和与门组合形成全加器的逻辑结构,根据全加器的逻辑表达式连接各门电路。
3. 多位加法器设计:为了实现多位二进制数的加法,将若干个全加器按照从低位到高位的顺序级联起来,每级全加器的进位输出连接到下一级的进位输入。
四、实验结果及分析经过电路设计与仿真测试,成功实现了从半加器到多位加法器的功能转化。
当给定两组多位二进制数后,所设计的加法器电路能够准确无误地计算出它们的和,并正确显示进位信息。
加法器

教学内容:
半加器
电路功能 真值表
表达式 逻辑电路
返回
根据真值表及输入、输出的关系列出逻辑表达式如下:
把两个表达式转化为异或关系:
教学内容:
全加器
电路功能 真值表
表达式 逻辑电路
返回
根据逻辑式画出 全加器逻辑图:
全加器也可以用两 个半加器和一个或 门组成(如图):
教学内容:
多位二进制数加法器
并行相加逐 位进位加法器
半加示意图如下: A +) B C S 进位 进位
1 +) 1 10
教学内容:
半加器
电路功能 真值表
表达式 逻辑电路
返回
半加器真值表:
输 A
0 0 1
入 B
0 1 0
输 S
0 1 1
出 C
0 0 0
1
1
0
1
教学内容:
半加器
电路功能 真值表
表达式 逻辑电路
返回
由半加器真值表,可列出S和C的逻辑表达式:
第二节
半 加 器 全 加 器 多位 二进 制数
加法器
加法器
计算机系统中最基本的运算器就是加法器
1.计算机中各种算术运算均要转化为加法运 算。 2.加法器分为半加器和全加器。
返回
教学内容:
半加器
电路功能 真值表
表达式 逻辑电路
返回
教学内容:
半加器
电路功能 真值表
表达式 逻辑电路
返回
半加器是用来完成两个一位二进制数求和的逻辑电 路。它只考虑本位数的相加,而不考虑低位来的进位数。
返回
练 习 二
返回
分析图组合逻辑电路功能(写出逻辑函数Y的表达式 并化简,列出真值表,说明逻辑功能)。
超前进位加法器

超前进位加法器超前进位加法器是一种重要的数电电路,广泛应用于计算机和其他电子设备中。
它的作用是在进行多位数相加时,实现进位的自动计算和传递,从而提高计算速度和准确性。
本文将对超前进位加法器进行详细介绍。
超前进位加法器是一种基于逻辑门电路的加法器。
它的设计理念是通过预先检测进位,减少进位的传输延迟,从而加快计算速度。
对于一位加法器来说,传统的进位加法器需要等待当前位的进位计算完成后,才能进行下一位的计算。
而超前进位加法器在当前位计算的同时,预先计算下一位的进位,从而节省了计算时间。
超前进位加法器的基本原理是利用逻辑门的延迟特性实现进位的预先计算。
常见的超前进位加法器包括Ripple Carry Adder(RCA)、Carry Select Adder(CSA)和Carry Lookahead Adder(CLA)。
这些加法器在实现进位预先计算的方式上有所不同,但核心思想都是一样的。
以Ripple Carry Adder为例,它由多个全加器级联而成。
全加器是一种可以同时实现两位相加和进位计算的电路。
Ripple Carry Adder通过将多个全加器级联,实现了对多位数相加的计算。
在每个全加器中,除了计算两位之和外,还需要计算当前位的进位。
传统的Ripple Carry Adder需要等待前一位的进位计算完成后,才能进行下一位的计算,而这就导致了较长的计算时间。
而超前进位加法器则在每个全加器中预先计算下一位的进位。
通过利用逻辑门的传输延迟,将当前位的进位信号传递到下一位,实现了进位的预先计算。
这样,在当前位的计算完成后,下一位的进位已经预先计算好了,从而减少了计算时间。
超前进位加法器在计算速度上有显著的优势。
相比传统的进位加法器,它能够减少计算时间,提高计算效率。
对于大规模的数值计算,超前进位加法器能够显著缩短计算时间,提高计算速度。
这对于例如计算机科学、数据处理和通信等领域的应用非常重要。
除了计算速度的优势,超前进位加法器在准确性上也有一定的优势。
八位加法器原理

八位加法器原理八位加法器是数字电路中常见的电路之一。
它的功能是将两个八位二进制数相加并输出结果。
在这个过程中,它需要进行多项运算,同时需要进行进位和溢出的处理。
下面我们就来详细了解一下八位加法器的原理。
八位加法器常见的实现方法是采用全加器的形式。
全加器由三个输入,即两个加数和进位信号,一个输出,即相加结果,以及一个输出,即输出进位信号。
而八位加法器则由八个全加器按照一定的结构组成。
在实际电路中,每个全加器只需三个晶体管和几个电阻等简单元器件即可实现。
当两个加数为A和B,并且它们的二进制位分别为a1,a2,a3...a8和b1,b2,b3...b8时,它们的相加结果可以用以下形式表示:S = a1 ⊕ b1 ⊕ C0a2 ⊕ b2 ⊕ Ci...a8 ⊕ b8 ⊕ Ci+6其中“⊕”表示异或运算,C0表示初始进位信号(一般为0),Ci表示第i位的进位信号,Si表示第i位的相加结果。
为了方便电路的设计和布线,通常把八个全加器按照位数分别编组,构成类似于“树”的结构,并设置相应的进位信号的传递逻辑。
具体来说,从最低位(即a1和b1)的全加器开始,将它的输出进位信号Ci接到第i+1位的全加器的进位信号输入端,直到第八位(即a8和b8)的全加器。
最终的相加结果S就是第八个全加器的输出。
在运算的过程中,如果某一位相加后的结果超出了8位二进制数的表示范围,则会发生溢出。
当发生溢出时,需要将结果重新调整,使其符合8位二进制数的表示规范。
此外,如果最高位的进位信号Ci+7为1,则也需要进行进位的处理。
总之,八位加法器是数字电路中一个常见、基础的电路。
通过它的组合运算,我们可以获得两个二进制数的和,并进行进位和溢出的处理。
理解八位加法器的原理和运作方式,对于数字电路的学习和设计都有很大的指导意义。
串行加法器

串行加法器简介串行加法器是一种基本的数字加法电路,用于将两个二进制数进行相加。
它的原理是将两个二进制数的每一位进行逐位相加,并根据进位信息将结果传递到下一位的相加操作中,最终得到相加后的结果。
串行加法器的主要优点是在每一位的计算中,只需要一个全加器,因此可以通过级联多个全加器来实现多位加法。
同时,由于计算过程是逐位进行的,串行加法器可以处理非常大的数字。
原理串行加法器由一个或多个全加器组成。
全加器是一个组合逻辑电路,具有三个输入和两个输出。
输入包括两个二进制位的值以及上一位的进位信号,输出是当前位的和值和进位信号。
假设我们要相加的两个二进制数为A和B,并且它们的长度为n位。
首先,我们将A和B的最低位输入到第一个全加器中,并将进位信号设置为0。
全加器通过逻辑门电路计算出当前位的和值和进位信号,并将和值输出。
接下来,将A和B的下一位输入到第二个全加器中,并将上一个全加器的进位信号作为输入。
重复这个过程,直到最高位的全加器计算完成。
最终,我们将所有全加器的和值连结在一起,得到最终的相加结果。
示例现在我们来看一个4位串行加法器的示例。
假设我们要相加的两个二进制数为A=1011和B=0110。
它们的长度都是4位。
首先,我们将A和B的最低位输入到第一个全加器中,并将进位信号设置为0。
根据逻辑门电路的计算规则,我们可以得到第一位的和值S1和进位信号C1。
此时,S1=1和C1=0。
接下来,将A和B的下一位输入到第二个全加器中,并将C1作为进位信号输入。
根据逻辑门电路的计算规则,我们可以得到第二位的和值S2和进位信号C2。
此时,S2=0和C2=1。
重复这个过程,直到最高位的全加器计算完成。
最终,我们可以得到相加后的结果为S=10001。
应用串行加法器在计算机体系结构中被广泛应用。
它可以用于实现各种数字逻辑操作,例如整数相加、浮点数相加等。
串行加法器的设计是计算机体系结构中的基础知识,理解串行加法器的原理和工作方式对于理解计算机的运算过程非常重要。
四位加法器实验报告

四位加法器实验报告四位加法器实验报告一、引言在数字电路的学习中,加法器是一个非常重要的基础电路。
本次实验旨在通过设计和实现四位加法器,加深对数字电路原理的理解,并掌握加法器的设计方法和实现过程。
二、实验目的1. 理解加法器的原理和工作方式;2. 掌握加法器的设计方法和实现过程;3. 学会使用逻辑门电路和触发器构建加法器;4. 验证加法器的正确性和稳定性。
三、实验原理1. 半加器半加器是最基本的加法器,用于实现两个一位二进制数的相加。
其逻辑电路如下:(插入半加器电路图)2. 全加器全加器是由两个半加器和一个或门构成,用于实现三个一位二进制数的相加。
其逻辑电路如下:(插入全加器电路图)3. 四位加法器四位加法器是由四个全加器和一些其他逻辑门组成,用于实现四个四位二进制数的相加。
其逻辑电路如下:(插入四位加法器电路图)四、实验步骤1. 按照电路图连接逻辑门和触发器,搭建四位加法器电路;2. 使用开关设置输入数据,观察输出结果;3. 验证加法器的正确性,将不同的输入数据相加,并手动计算结果进行对比;4. 测试加法器的稳定性,观察输出结果是否随着时间稳定。
五、实验结果与分析通过实验,我们成功搭建了四位加法器电路,并进行了多组数据的测试。
实验结果表明,加法器能够正确地进行四个四位二进制数的相加,并输出正确的结果。
同时,实验中观察到输出结果在一段时间后稳定下来,验证了加法器的稳定性。
六、实验总结本次实验通过设计和实现四位加法器,加深了对数字电路原理的理解,并掌握了加法器的设计方法和实现过程。
通过实验验证了加法器的正确性和稳定性,提高了实际操作能力和解决问题的能力。
同时,实验中还发现了一些问题,比如电路连接错误、输入数据设置错误等,这些问题在实验中及时发现和解决,也对实验结果的准确性起到了保障作用。
在今后的学习中,我们将进一步深入研究数字电路的原理和应用,不断提高自己的实验技能和创新能力。
希望通过这次实验,能够为我们的学习和未来的工作打下坚实的基础。
加法器 减法器电路结构

加法器减法器电路结构
加法器和减法器是数字电路中常见的两种基本算术运算器件,
用于执行加法和减法运算。
下面我将分别从加法器和减法器的电路
结构进行解释。
加法器的电路结构:
加法器是用来执行数字加法运算的电路。
最简单的加法器是半
加器,它可以对两个输入位进行相加并产生一个和位和一个进位位。
半加器的电路结构包括两个输入端(用来输入待相加的两个数字)、两个输出端(和位和进位位)以及逻辑门(一般是异或门和与门)
组成。
当需要对多位数进行加法运算时,可以使用全加器。
全加器
能够处理三个输入位(两个加数位和一个进位位)并产生一个和位
和一个进位位。
多个全加器可以通过级联的方式构成多位数加法器。
减法器的电路结构:
减法器是用来执行数字减法运算的电路。
最简单的减法器是通
过使用加法器和取反器(或者补码器)来实现的。
当需要对两个数
字进行减法运算时,可以将减法转化为加法,即将被减数与减数的
补码相加。
这样就可以利用加法器的电路结构来实现减法运算。
另外,也可以使用专门设计的减法器电路来执行减法运算,这种减法器包括多个输入端和输出端,并且内部结构复杂一些,可以直接对两个数字进行减法运算。
总结:
加法器和减法器是数字电路中常见的基本算术运算器件,它们的电路结构可以根据具体的需求和设计来进行不同的实现。
从最简单的半加器和全加器到复杂的多位数加法器和减法器,它们都在数字系统中扮演着重要的角色。
设计和实现高效的加法器和减法器电路对于数字系统的性能和功能至关重要。
计算机组成原理 加法器和ALU

B16~B13
B12~B9
B8~B5
B4~B1
3.4 加法器和ALU
3.4.2 ALU电路
为了实现算术/逻辑多功能运算,则必须 对全加器(FA)的功能进行扩展,具体方 法是:先不将输入Ai、Bi和下一位的进位 数Ci直接进行全加,而是将Ai和Bi先组合 成由控制参数S0、S1、S2、S3控制的组 合函数Xi、Yi,如图3-16所示,然后再将 Xi、Yi和下一位进位数通过全加器进行全 加。这样,不同的控制参数可以得到不同 的组合函数,因而能够实现多种算术运算 和逻辑运算。
3.4 加法器和ALU
C4=G4+P4C3 C5=G5+P5C4= G5+ P5G4+ P5P4C3 C6=G6+P6C5= G6+ P6G5+ P6P5G4+ P6 P5P4C3 C7=G7+P7C6= G7+ P7G6+ P7P6G5+ P7P6 P5 G4+ P7P6 P5P4C3
C8=G8+P8C7 C9=G9+P9C8= G9+ P9G8+ P9P8C7 C10=G10+P10C9= G10+ P10G9+ P10P9G8+ P10 P9P8C7 C11=G11+P11C10= G11+ P11G10+ P11P10G9+ P11P10 P9 G8+ P11P10 P9P8C7
最高数值位与符号位相同,此时尾数连续左移,直到最高数值 位与符号位的值不同为止。同时从E中减去移位的位数,这称之 为“向左规格化”,简称“左规”。
4.舍入
右规或对阶时尾数低位上的数值会移掉,使数值精度受影响, 常用“0”舍“1”入法。当移掉的最高位为1时,在尾数的末位加 1,如果加1后又使尾数溢出,则要进行右规。
加法器、比较器

Y( A B ) (A 3 B3 ) (A 2 B2 ) (A 1 B1 ) A 0 B0 ) I ( A B )
Y B ( A B ) A 2 B ( A B ) ( A B ) A1 B ( A B ) A3 3 3 3 2 3 3 2 2 1 ( A B ) ( A B ) ( A B ) A0 B (A3 B3 ) (A 2 B 2 ) (A1 B1 ) A 0 B 0 ) I ( A B ) 3 3 2 2 1 1 0
74LS85逻辑图
L1 (A>B) ≥1 L2 (A<B) ≥1 L3 (A=B)
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
≥1 & 1 A3 & 1 B3 & 1 A2
≥1 & 1 B2 & 1 A1
≥1 & 1 B1 & 1 A0
≥1 & 1 B0 A'>B' A'<B' A'=B'
集成电路CC14585 实现4位二进制数的比较
同相比例放大电路和加法器

同相比例放大电路和加法器
放大电路和加法器是电子电路中常见的两种电路,它们在功能和应用上有着不同的特点。
首先,放大电路是一种用于放大电压、电流或功率的电路,它可以将输入信号放大到所需的幅度。
放大电路通常由放大器组成,常见的放大器包括运放放大器、差分放大器等。
放大电路的主要作用是增大信号的幅度,常用于音频放大、信号传输等领域。
而加法器是一种用于将多个输入信号相加的电路,它的功能是将多个输入信号相加并输出其总和。
加法器通常由多个输入端和一个输出端组成,输入信号经过加法器相加后,输出信号为所有输入信号的总和。
加法器常用于数字信号处理、数据处理、通信系统等领域。
从功能上来说,放大电路主要用于信号放大,而加法器主要用于信号相加。
从应用角度来看,放大电路常用于音频放大、信号处理等领域,而加法器常用于数字信号处理、通信系统等领域。
总的来说,放大电路和加法器在电子电路中有着不同的功能和
应用,它们分别在信号放大和信号相加方面发挥着重要的作用。
在实际应用中,根据具体的需求和场景,可以选择合适的电路来实现所需的功能。
第2章 加法器

3.5 定点运算器的组成 1)定点运算器的基本结构 • 不同的计算机其运算器的组成结构是不同的, 但一般都包含以下几部分。 1.算术逻辑运算单元ALU • 在计算机中,通常具体实现算术运算和逻辑 运算的部件称为算术逻辑运算单元 (Arithmetic and Logic Unit),简称ALU, 它是加法器、乘法器和逻辑运算器的集成, 是运算器的核心。ALU通常表示为两个输入 端,一个输出端和多个功能控制信号端的一 个逻辑符号。加法器是ALU的核心,是决定 ALU运算速度的主要因素。
第2 章 加法器
• 计算机要对各种信息进行加工和处理。 • 如对数值数据进行加、减、乘、除的数 值运算,对非数值数据进行与、或、非 的逻辑运算。 • 在计算机中必须有对数据进行处理的部 件,这个部件就是运算器。 • 目前,大多数计算机都将运算器和控制 器集成在一个芯片上,也就是我们常说 的CPU。
二进制加法器 1.半加器 • 两个一位二进制数相加(不考虑低位的进 位),称为半加。实现半加操作的电路称 为半加器。 • 半加器的真值表、逻辑图和逻辑符号。 2.全加器 • 在实现多位二进制数相加时,不仅考虑本 位,还要考虑低位来的进位,这种考虑低 位的进位加法运算就是全加运算, • 实现全加运算的电路称为全加器。
A8 A7A6A5 B8B7B6B5
A4 A3A2A1B4B3B2B1
16位行波进位加法器
• 在这种结构中,由于组间进位C4、C8、 C12、C16仍然是串行产生的,最高进位 的产生时间为4×(2.5ty)=10ty。 • 采用这种结构,在大大地缩短了进位延迟 时间的同时兼顾了电路设计的复杂性。 • 如果还需要进一步提高速度,可以采用两 级先行进位结构。
• 4)附加的控制线路 运算器要求运算速度快,运算精度高。为 了达到这一目的,通常还在运算器中附加 一些控制线路。 i -i • 如:运算器中的乘2 或乘2 运算和某些逻 辑运算是通过移位操作来实现的。这通常 是在ALU的输出端设置移位线路来实现。 移位包括左移,右移和直送。移位线路也 是一个多路选择器。 • 定点运算器的组成
同相加法器原理

同相加法器是一种电路器件,用于将多个输入信号相加成一个输出信号。
它的原理基于电流的叠加和电压的叠加原理。
同相加法器的基本原理如下:1. 输入信号:同相加法器通常有多个输入端口,每个输入端口都连接一个输入信号。
这些输入信号可以是电压信号或电流信号。
2. 叠加原理:根据电流的叠加原理,当多个电流源连接在一起时,它们的总电流等于各个电流源的电流之和。
同样地,根据电压的叠加原理,当多个电压源连接在一起时,它们的总电压等于各个电压源的电压之和。
3. 操作放大器:同相加法器通常使用操作放大器(Op-Amp)作为核心元件。
操作放大器是一种高增益、差分输入的电路元件,具有很好的线性特性。
4. 反馈电阻:同相加法器中,每个输入信号都通过一个电阻连接到操作放大器的输入端口。
这些电阻被称为反馈电阻。
反馈电阻的作用是将输入信号转换为电流信号,并将其输入到操作放大器中。
5. 输出信号:操作放大器的输出端口连接到输出信号的接收器。
输出信号是操作放大器对输入信号的放大结果。
通过以上原理,同相加法器可以将多个输入信号相加成一个输出信号。
具体的计算公式为:Vout = - (Rf/R1) * Vin1 - (Rf/R2) * Vin2 - ... - (Rf/Rn) * Vinn其中,Vout是输出信号的电压,Vin1、Vin2、...、Vinn是输入信号的电压,R1、R2、...、Rn是反馈电阻的阻值,Rf是操作放大器的反馈电阻的阻值。
需要注意的是,同相加法器的输入信号应该是直流或低频交流信号,而不适用于高频信号。
此外,同相加法器还需要满足一定的电源供电要求,以确保操作放大器正常工作。
8位加法器的设计

8位加法器的设计一个8位加法器的设计需要考虑到以下几个方面:输入端口、输出端口、运算器、控制电路和时序以及综合测试等。
输入端口是加法器的输入,我们需要为每个输入端口分配相应的位数。
对于一个8位加法器,我们需要8个输入端口,每个端口为1位。
可以使用开关或者其他输入设备来控制输入信号。
输出端口是加法器的输出,同样需要为每个输出端口分配相应的位数。
对于一个8位加法器,我们需要8个输出端口,每个端口为1位。
可以使用LED灯等输出设备来显示输出结果。
运算器是加法器的核心部件,负责实现加法运算。
我们需要使用逻辑门电路来实现8位加法。
常见的实现方式是使用二进制加法器来实现,其中包括全加器、半加器等。
控制电路和时序是为了保证加法器的稳定运行。
可以采用时钟信号来对加法器的运算进行控制,时钟信号可以通过一个时钟源或者其他方式来产生。
综合测试是为了确保加法器的正确性。
我们需要设计一个测试电路,输入各种可能的输入信号,并检查输出结果是否符合预期。
以下是一个8位加法器的设计实例:1.输入端口设计:设计8个输入端口,每个端口为1位。
2.输出端口设计:设计一个8位输出端口,用于显示加法结果。
3.运算器设计:使用全加器和半加器组成8位二进制加法器。
首先将每一位的输入与进位相加,得到部分和和进位,然后再将部分和与下一位的输入和进位再相加,依次类推,最后得到8位加法结果。
4.控制电路和时序设计:使用时钟信号来控制加法器的运算。
可以通过一个时钟源或者其他方式来产生时钟信号。
5.综合测试设计:设计一个测试电路,输入各种可能的输入信号,并检查输出结果是否符合预期。
可以使用计算机软件来进行模拟测试。
在设计过程中,需要充分考虑各个部件之间的连接和信息传递,确保输入信号能够正确地经过运算器进行运算,并将运算结果正确地传递到输出端口。
总之,一个8位加法器的设计需要考虑到输入端口、输出端口、运算器、控制电路和时序以及综合测试等方面。
在具体设计过程中,还需要充分考虑其稳定性、可靠性和正确性等因素。
加法器(Adder) 数电课件

2. 分析
半加器有两个输入:加数 、被加数Ai ;两个输出:B和i 输出 、进位输出 。
Si
Ci
3. 真值表
半加器的真值表如表4.2.1—1所示。
表4.2.1—1
4. 逻辑函数表达式
半加器的逻辑函数表达式为
Si Ai Bi Ai Bi Ai Bi Ci Ai Bi
5. 逻辑电路图
定
。
An1 An、2 L A2 A1 A0 Cn1Cn2 L C2C1C0
B和n1Bn给2出L,B便2可B1以B直0 接C确01
方法二
C0 P0C01 G0
C1 P1C0 G1
P1 P0C01 G0 G1
C2 P2C1 G2
P2 P1 P0C01 G0 G1 G2
图4.2.5—3 Ⅰ. 加减控制输入为0时,该电路实现加法运算; Ⅱ. 加减控制输入为1时,该电路实现减法运算(补码加法)。
返回
半加器的逻辑函数表达式为
Si Ai Bi Ai Bi Ai Bi Ci Ai Bi
5. 逻辑电路图
半加器的逻辑电路图如图4.2.1—1所示。
(公式4.2.1) (公式4.2.2)
图4.2.1—1
6. 逻辑符号
半加器的逻辑符号如图4.2.1—2所示。
图4.2.1—2
二、全加器(Full Adder)
依次递推可知,只要
定
。
An1 An、2 L A2 A1 A0 Cn1Cn2 L C2C1C0
B和n1Bn给2出L,B便2可B1以B直0 接C确01
四位超前进位加法器的逻辑电路图如图4.2.3—2所示。 图4.2.3—2
四、中规模集成加法器
数字电子技术-加法器

• 74LS283电路是一个四位加法器电路,可实现两个四位二进制 数的你相加,其逻辑符号如图2-23所示。
CO是向高位的进位
S3、S2、S1、S0是对应各位的和 CI是低位的进位
A3A2A1A0和B3B2B1B0是两个二进制待加
加法器
2.3 加法器(Accumulator)
算术运算是数字系统的基本功能,更是计算机中不可缺少的 组成单元。
本节介绍实现加法运算的逻辑电路。
完成加法运算的逻辑器件称为加法器。 加法器分为半加器和全加器。
2
2.3.1 全加器
在第1章中,我们讨论了半加运算电路
该电路实现两个一位二进制数相加的功能。S是它们的本位和,C是向高位的进位。 由于这一加法器电路没有考虑低位的进位,所以称该电路为半加器。
输 输出 入
AB SC
00 00 01 10 10 10 11 01
半加器的逻辑符号
在第1章中,我们还讨论了全加运算电路。
电路实现全加器FA(Full
全加器的逻辑符号
输入
AnBnCn-1
000 001 010 011 100 101 110 111
输出 Sn Cn
00 10 10 01 10 01 01 11
Adder)的逻辑功能。输入An 和Bn为一位二进制数,Cn-1 为低位的进位,输出Sn为本 位和,Cn为本位的进位。全
加器能把本位两个一位二进 制加数和来自低位的进位三 者相加,得到求和结果和该 位的进位信号。
由多个全加器,可构成多位加法运算电路。
2.3 加法器(Accumulator)
2.3.2 多位加法器
加法器原理

加法器原理加法器是数字电路中的重要组成部分,它能够对输入的数字信号进行加法运算,并输出相应的结果。
在计算机系统中,加法器扮演着至关重要的角色,它是实现算术运算的基础。
本文将对加法器的原理进行介绍,希望能够帮助读者更好地理解加法器的工作原理。
加法器的基本结构是由多个逻辑门组成的,其中包括与门、或门、非门等。
通过这些逻辑门的组合,可以实现对输入信号的加法运算。
在加法器中,通常会包括输入端、输出端和进位端。
输入端用来接收需要进行加法运算的数字信号,输出端则输出相应的加法结果,进位端用来传递进位信号,以实现多位数的加法运算。
加法器的原理可以简单地用真值表来描述。
以4位全加器为例,假设输入端为A、B,进位端为Cin,输出端为S、Cout。
其中S表示加法结果,Cout表示进位信号。
通过真值表可以清晰地展现出各个输入信号对应的输出结果,从而帮助我们理解加法器的工作原理。
在实际的数字电路中,加法器的原理是通过逻辑门的组合来实现的。
通过逻辑门的与、或、非等操作,可以将输入信号进行加法运算,并得到相应的结果。
在加法器的设计中,需要考虑到各个逻辑门之间的连线和布线,以及各个逻辑门的延迟时间,这些都会对加法器的性能产生影响。
除了基本的全加器外,还有多种加法器的衍生形式,如带有进位输入和进位输出的加法器、带有控制信号的加法器等。
这些不同类型的加法器在实际应用中具有各自的特点和优势,可以根据具体的需求进行选择和应用。
总之,加法器作为数字电路中的重要组成部分,其原理是通过逻辑门的组合实现对输入信号的加法运算。
在实际应用中,加法器的设计需要考虑到多方面的因素,以实现高性能和稳定可靠的加法运算。
希望通过本文的介绍,读者能够更好地理解加法器的原理和工作方式,为进一步深入学习数字电路奠定基础。
4.3 加法器解析
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功能:实现两个四位二进制数相加。 特点:电路结构简单,但运算速度慢。
2.超前进位加法器
第四章 组合逻辑电路
通过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号。 C3
超前进位电路
A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0 C0-1
CI
Σ
S3 S2 S1 S0
CI Σ
Σ CI
CI Σ
超前进位电路图
特点:运算速度快,电路比较复杂。
S i Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1
( Ai Bi )Ci 1 ( Ai Bi )Ci 1 Ai Bi Ci 1
Ci Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1
第四章 组合逻辑电路
4.3 加法器
• 定义
能够实现二进制加法运算的逻辑电路称为加法器。
• 分类
加法器 一位加法器
多位加法器
半加器 全加器
第四章 组合逻辑电路
4.3.1 半加器和全加器
• 定义 半加器:只能进行本位加数、被加数的加法运算 而不考虑相邻低位进位的逻辑部件。 全加器:能同时进行本位加数、被加数和相邻 低位的进位信号的加法运算的逻辑部件。
4.多位加法器的应用举例
例4.3.1 设计一个代码转换电路,将8421BCD码转换为 余3码,用74HC283实现。 解: (1) 依据逻辑功能,确定输入、输出变量 输入变量:8421BCD码DCBA 输出变量:余3码Y3Y2Y1Y0
第四章 组合逻辑电路
(2)真值表
例4.3.1的逻辑真值表 输入8421BCD码 输出余3码
Ai Bi ( Ai Bi )Ci-1
加法器工作原理

加法器工作原理
加法器是一种计算机电路,用于将两个二进制数相加。
加法器的工作原理如下:
1. 接收输入:加法器有两个输入端,每个输入端对应一个待相加的二进制数位。
输入的二进制数位可以是0或1。
2. 进行相加:将两个输入端的二进制数位进行相加。
如果相加结果为0或1,则直接输出;如果相加结果为2,则输出0,并将进位信号设置为1;如果相加结果为3,则输出1,并将进位信号设置为1。
3. 处理进位:将上一位的进位信号与当前位的相加结果进行相加处理,得到最终的相加结果。
如果相加结果为0或1,则直接输出;如果相加结果为2,则输出0,并将进位信号设置为1;如果相加结果为3,则输出1,并将进位信号设置为1。
4. 输出结果:将处理完的相加结果输出。
加法器可以使用多个加法器模块组成,逐位相加,从低位到高位。
高位加法器使用低位的进位信号进行相加。
最终的进位信号被丢弃,只输出相加结果。
通过这种方式,加法器能够实现将两个二进制数相加的功能。
这在计算机中是非常常见且重要的操作,用于实现数学运算、逻辑运算以及其他各种运算。
加法器简介

B31:28 A31:28
Cout
4-bit CLA Block
B27:24 A27:24
C27 4-bit CLA C23 Block
S31:28
S27:24
B7:4 A7:4
C7 4-bit CLA Block
S7:4
ห้องสมุดไป่ตู้
B3:0 A3:0
C3 4-bit CLA Block
Cin
S3:0
B3 A3 B2 A2 B1 A1 B0 A0
2
2
C15 4-bit CLA C11
Block
S15:12
B11:8 A11:8
C11 4-bit CLA C7
Block
S11:8
Cout
11
G11:8 P11:8
Cin
7
B7:4 A7:4
C7 4-bit CLA C3
Block
B3:0 A3:0
C3 4-bit CLA Cin
Block
S7:4
Cout= A3B3 + A2B2(A3 + B3) + A1B1(A2 + B2)(A3 + B3) + A0B0(A1 + B1)(A2 + B2)(A3 + B3)
+ Cin (A0 + B0)(A1 + B1)(A2 + B2)(A3 + B3)
先行进位加法器原理
• 对于4位模块使用G(generate)和P(propagate)两个信号计算该模块 的进位输出(Cout) – 对于每列i定义进位产生信号 (Gi) : Gi = Ai Bi • 如果Ai 和Bi 都是1,第i列会产生一个进位输出. – 对于每列i定义进位传播信号(Pi) :Pi = Ai + Bi • 当第i列有进位输入时,如果Ai 或 Bi 是1,则第i列会产生 一个进位输出,所以Ai + Bi为进位传递电路
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八位二进制加法器摘要:加法运算是最重要最基本的运算,所有的其他基本算术运算,减、乘、除、模乘运算最终都能归结为加法运算。
在不同的场合使用的加法器对其要求也不同,有的要求速度更快,有的要求面积更小。
常见的加法器有串行进位加法器、74LS283超前进位加法器等,因此可以通过选取合适的器件设计一个加法器。
本次设计主要是如何实现8位二进制数的相加,即两个000到255之间的数相加,由于在实际中输入的往往是三位十进制数,因此,被加数和加数是两个三位十进制数,范围在000到255之间.当输入十进制数的时候,8421BCD码编码器先开始工作,编码器先将十进制数转换成四位二进制数,输出的四位二进制数直接到达8421BCD码加法器的输入端,我们可以使用71LS185加法器构成的一位8421BCD码的加法器,8421BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数,4位二进制数内部为二进制,8421BCD码之间是十进制,即逢十进一。
而四位二进制加法器是按四位二进制数进行运算,即逢十六进一。
二者进位关系不同。
当四位二进制数加法器74LS283完成这个加法运算时,要用两片74LS283。
第一片完成加法运算,第二片完成修正运算。
8421BCD码加法器工作时,8421BCD码的加法运算为十进制运算,而当和数大于9时,8421BCD码就产生进位,而此时十六进制则不一定产生进位,因此需要对二进制和数进行修正,即加上6(0110),让其产生一个进位。
当和数小于等于9时,则不需要修正或者说加上0。
因此我们可以通过三个8421BCD码加法器的相连组成一个三位串行进位并行加法器,这样通过低位向高位产生进位进行十进制的加法运算,最后通过连接数码管显示所得的结果。
当输入二进制数的时候,两个串接的74LS283四位加法器进行加法运算,产生的八位二进制数通过集成芯片转换成三位十进制数,最后通过数码管显示。
另外,本次设计不仅可以适用加数和被加数是000到255的数字,同时也适用于加数和被加数是000到999的任何一个数,这是本次设计的创新之处。
关键字:串行进位加法器74LS283超前进位加法器7447七段数码显示译码器逢十进一数码管设计要求:1.八位二进制加数与被加数的输入2.三位数码管显示3.三位十进制加数与被加数的输入第一章系统概述1.总体设计方案及选择本次设计的目的是实现两个八位二进制数的相加,那么我们如何实现呢?通常在实际中输入的是三位十进制数,而要求是八位二进制数,八位二进制数换算成三位十进制数最大为255,也就是说要输入两个000到255之间的数。
要实现它们的相加,我们想到了两种方案,下面我说一下这二种方案。
第一种,当输入两个三位十进制数时,由于在数字电路中运算所用到的是二进制数,因此我们必须首先将十进制数转换为二进制数,于是一个问题出现了,那就是,我们如何实现十进制数到二进制数的转换,通过查阅相关资料,我们发现二-十进制编码器(也叫8421BCD码编码器,在实际中通常指74LS147)可以实现从十进制数到二进制数的转换,于是我们通过二-十进制编码器来实现上述的转换。
由于二-十进制编码器可以实现一位十进制数到四位二进制数的转换,而题目中的是两个三位十进制数,因此我们就需要用到6个二-十进制编码器,分别将三位十进制数的个位、十位、百位转换为其各自对应的8421BCD码,于是我们得到了两个十二位的8421BCD码。
于是如何实现两个三位十进制数的相加这个问题就变成了如何实现两个十二位的8421BCD码相加这个新问题。
那么,如何实现呢?我们想到了加法器,常用的加法器74LS283能够实现四位二进制数的相加,于是我们就要将74LS283进行串联,实现十二位数的相加,但加法器74LS283的进位是逢16进1,而这两个十二位的8421BCD码相加时的进位是逢10进1,那么就要对加法器74LS283的二进制和数进行修正,即加上一个6(0110),让其产生一个进位。
于是把大于9的项画在卡诺图里,另外考虑到若相加产生进位,则同样出现大于9的情况。
综合考虑,得到修正和数的条件,用与非门和与门来实现,得到了一个新的加法器,它可以实现逢10进1这个条件。
将这两个十二位的8421BCD码分别接到三个新的加法器的输入端,得到一个新的十二位的8421BCD码。
由于结果要得到一个三位十进制数,因此再将这个十二位的8421BCD 码通过三个7447七段显示译码器转换为一个三位十进制数,通过数码管将它显示出来,即为所求的结果。
第二种,当输入的不是三位十进制数而是八位二进制数时,我们如何实现它们的相加呢?我们知道,超前进位并行加法器74LS283可以实现四位二进制数的相加,于是,我们需要两个74LS283进行串联,这样我们就得到一个新的九位二进制数,其范围在000到510之间。
那么我们如何实现从九位二进制数到三位十进制数的转换呢?我们就想到了数码转换器,通过74185芯片来实现字码的转换。
这样,就得到了一个新的十二位8421BCD码,再通过7447七段数码显示译码器来实现8421BCD码到三位十进制数的转换,最后通过数码管显示出来,得到的就是所要求的的八位二进制数的和。
第三种,通过上述两种方案,我们会要进一步想到,能不能同时实现八位二进制数和三位十进制数的相加呢?那么我们可以对上述的思路加以扩展,假设输入的是三位十进制数,我们可以设法将其转换为BCD码,再通过加法器输出。
如果输入的是八位二进制数,先通过加法器实现二进制数的加法,再通过74185芯片实现二进制数到BCD码的转换,,再通过7447七段数码显示译码器来实现8421BCD码到三位十进制数的转换,最后通过数码管显示出来,得到的就是所要求的的八位二进制数的和。
通过这三种方案,经过分析验证我们发现,由于第三种思路符合设计要求,思路清晰,在连接上方便可行,不易出错。
同时由于原理清晰,一旦出现错误,我们可以尽快发现问题并加以改正。
因此我们选定第三种方案为最优方案。
2.系统框图输出和数输出十进制数串接3.工作原理当输入十进制数的时候,8421BCD 码编码器先开始工作,编码器先将十进制数转换成四位二进制数,输出的四位二进制数直接到达8421BCD 码加法器的输入端,我们可以使用71LS185加法器构成的一位8421BCD 码的加法器,8421BCD 码是用4位二进制数表示1位十进制数,4位二进制数内部为二进制,8421BCD 码之间是十进制,即逢十进一。
而四位二进制加法器是按四位二进制数进行运算,即逢十六进一。
二者进位关系不同。
当四位二进制数加法器74LS283完成这个加法运算时,要用两片74LS283。
第一片完成加法运算,第二片完成修正运算。
8421BCD 码加法器工作时,8421BCD 码的加法运算为十进制运算,而当和数大于9时,8421BCD 码就产生进位,而此时十六进制则不一定产生进位,因此需要对二进制和数进行修正,即加上6(0110),让其产生一个进位。
当和数小于等于9时,则不需要修正或者说加上0。
因此我们可以通过三个8421BCD 码加法器的相连组成一个三位串行进位并行加法器,这样通过低位向高位产生进位进行十进制的加法运算,最后通过连接数码管显示所得的结果。
当输入二进制数的时候,两个串接的74LS283四位加法器进行加法运算,产生的八位二进制数通过集成芯片转换成三位十进制数,最后通过数码管显示。
第二章单元电路设计与分析1.三位十进制数的加法运算模块1.1 8421BCD码编码器原理在电路图中,左端的10个开关分别代表输入的十进制的十个数码0—9,输入低电平有效,即某一个开关闭合,对应的输入信号为0。
输出为4位码,所以输出端输出的代码正好对应8421BCD码。
因此我们可以通过这个电路将十进制数转换成对应的8421BCD码,然后再进行计算。
图1 8421BCD码编码器电路1.2 8421BCD码加法器原理这部分是使用四位加法器构成的一位8421BCD码的加法器,8421BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数,4位二进制数内部为二进制,8421BCD码之间是十进制,即逢十进一。
而四位二进制加法器是按四位二进制数进行运算,即逢十六进一。
二者进位关系不同。
当四位二进制数加法器74LS283完成这个加法运算时,要用两片74LS283。
第一片完成加法运算,第二片完成修正运算。
8421BCD码的加法运算时十进制运算,而当和数大于9时,8421BCD码就产生进位,而此时十六进制则不一定产生进位,因此需要对二进制和数进行修正,即加上6(0110),让其产生一个进位。
当和数小于等于9时,则不需要修正或者说加上0。
因此我们可以通过三个8421BCD码加法器的相连组成一个三位串行进位并行加法器,这样通过低位向高位产生进位进行十进制的加法运算。
一位8421BCD码加法器电路图1.3 三位8421BCD码加法器电路三位8421BCD码加法器是基于一位8421BCD码的加法器的原理上连接的,十进制数的个位相加大于9,则8421BCD码的加法器就向下一级产生一个进位,输出为1,如没有输出为0,这样我们就可以通过三位串行进位加法器进行加法计算。
图22.八位二进制加法运算模块2.1八位二进制的加法电路的实现○1 74LS283串接实现八位二进制加法的原理:用两片74LS283进行串联,四位加数与四位被加数的低位位在同一片74LS283上实现,低位在同一片74LS283上实现,将低位的进位位接入至高位的74LS283,最后输出9位二进制数。
○2电路图如下:其中U1为高位输入输出,U2为低位的输入输出。
最后的输出的二进制从右至左读取。
图32.2 九位二进制在数码管的显示○1二进制在数码管的显示:想要将二进制输出在数码管上显示,首先要将二进制转化为相应的8421BCD码,然后进行译码最后用数码管显示,在本设计中,考虑到实验的复杂性,我们用四输入数码管,该数码管集成了8421BCD译码器。
因而可以直接用来连在BCD转化电路上直接显示。
○2九位二进制数的转化原理74185能将6位二进制数转换为BCD数。
因转换器二进制数最低位和BCD 数最低位在逻辑上是相同的,所以最低位是绕过转换器直接输出。
这就意味着芯片的输入引脚为5位,实际上构成了6位转换器。
该芯片亦可级联为N位。
74185的引脚图为作为6位二进制-BCD转换器的应用,其逻辑功能图为74185实现九位二进制数BCD码的转化原理图:3.译码电路:U97447N图4译码电路是总体电路的第四部分,在总电路中也占据着举足轻重的作用。
译码器的作用在于将加法器输出得到的十二位数通过译码器再转换为三位十进制数,那么我们用什么样的译码器呢?常用的译码器有惟一地址译码器(基本译码器)、码制转换译码器和显示译码器。