数电课程设计四位二进制乘法器的设计与实现

四位二进制乘法器的设计与实现

物理系

光信息科学与技术专业

1011202班 1101120218

1. 实验目的

设计一个乘法器，实现两个四位二进制数的乘法。两个二进制数分别是被乘数3210A A A A 和乘数3210B B B B 。被乘数和乘数这两个二进制数分别由高低电平给出。乘法运算的结果即乘积由两个数码管显示。其中显示低位的数码管是十进制的；显示高位的数码管是二进制的，每位高位片的示数都要乘以16再与低位片相加。所得的和即是被乘数和乘数的乘积。做到保持乘积、输出乘积，即认为目的实现，结束运算。

2.总体设计方案或技术路线

总体思路：将乘法运算分解为加法运算。被乘数循环相加，循环的次数是乘数。加法运算利用双四位二进制加法器74LS283实现，循环次数的控制利用计数器74LS161、数码74LS85比较器实现。运算结果的显示有数码管完成，显示数字的高位（进位信号）由计数器74LS161控制。

技术路线：以54 为例。被乘数3210A A A A 是5，输入0101；乘数3210B B B B 是4，输入0100.将3210A A A A 输入到加法器的A 端，与B 端的二进制数相加，输出的和被送入74LS161的置数端（把这个计数器成为“置数器”）。当时钟来临，另一个74LS161（被称之为“计数器”）计1，“置数器”置数，返回到加法器的B 端，再与被乘数3210A A A A 相加……当循环相加到第四个时钟的时候，“计数器”计4，这个4在数码比较器74LS85上与乘数3210B B B B 比较，结果是相等，A=B 端输出1，经过反相器后变为0返回到被乘数输入电路，截断与门。至此，被乘数变为0000，即便是再循环相加，和也不变。这个和，是多次循环相加的和，就是乘积。高位显示电路较为独立，当加法器产生了进位信号，CA 端输出了一个高电平脉冲，经过非门变为下降脉冲驱动74LS161计一次数，这个数可以通过数码管显示出来。但是由于二进制数是满足8421排列的，进位的数是10000，即是10进制数的16。这一点在读数的时候要格外注意！

2.实验电路图

说明：左下角的D1C1B1A1为被乘数的输入端，单刀双掷开关向上是“1”，向下时“0”。左侧的D2C2B2A2是乘数的输入端。被乘数经过中间靠右的“加法器低位片”循环相加，相加的结果经过右上方的“置数器”返回到加法器。“置数器”和“计数器”共用一个时钟信号，当“计数器”所计的数与乘数相等的时候，最上方的数码比较器输出“1”，经过非门变为“0”，“0”返回到4双输入与门中将与门封死，输出0000.同样是这个“0”信号，将“计数器”的使能端EP置为“0”，使计数器保持输出，达到稳定输出的目的。当“加法器低位片”有进位时，输出一个上升沿，经过非门后变为下降沿，驱动“进位信号计数器”计数，其结果被“高位显示”显示出来。“高位显示”的示数都要乘以16才可以变为10进制的数。最后的乘积可由两个数码管显示出来。读数方法：“高位显示”字形所对应的十进制数*16+“低位显示”字形所对应的十进制数。计算结束，目的达成。

4. 仪器设备名称、型号

74LS85 （一个）

74LS161 （三个）

74LS283 （一个）

74LS08 （两个）

非门（两个）

数码显示管（两个）

5.仿真分析结果

仿真结果1

被乘数1000，乘数1000，结果：4*16=64。具体情况请看图中的方框。仿真结果2

被乘数0011，乘数1100，结果：2*16+4=36。具体情况请看图中的方框。

6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

7.实验结论

我所设计的乘法器工作良好、结果准确。

8.实验中出现的问题及解决对策

1、问题：加法器循环相加的过程停不下来。

解决：引入“置数器”，时钟来临一次才可以循环相加一次；引入比较器，将循环次数与被乘数作比较，适当的时候封住被乘数，使之变成0000.

2、问题：“计数器”没有办法保持输出为循环次数。

解决：利用74LS161的使能端，如果循环到了规定的次数，产生“0”使使能端EP、ET 中的一个变为“0”，“计数器”保持输出不变。这样做的好处就是最终的输出结果

也可以保持住。

9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

体会：但凡是科研（姑且将本次设计看作是一次简单的科研），必须投入一定量的心血。为了完成这项设计，我几易其稿、呕心沥血、颇费心思地想了好几天。当最

初的设想被实现了的时候，我感到无比的满足。《数电》是一门很有实践价值的课，

通过课上系统的知识积累，我发现即便是比较基础的电子、电路知识也可以造出

来比较复杂的设备，当然这需要设计者的智慧和勤奋。看来平日生活中随处可见

的电子产品，无不凝聚着工程师、科研人员的汗水和努力。在设计的过程中，我

遇到了很多困难，有的时候被困难压得头疼，但是经过了与同学的讨论，许多困

难迎刃而解，我体会到了交流的重要性。

最后，感谢老师用这种课程设计的形式督促我应用知识。否则的话，以我的惰性，很可能就不会去费尽心思地去设计一个乘法器，这样的话，《数电》算白学

了。谢谢老师。

建议：略有遗憾的是实验室的元件不是十分齐全，以至于74LS85、74LS283芯片都是我们同学自费买的然后大家借着用。希望实验室可以配备更多的元件，至少把

书上讲过的芯片买齐了。不过这不是什么大问题，元件的缺少正好可以锻炼同学

们发散思维、用最少的成本达到最大目的的能力。

10．参考文献

杨春玲《数字电子技术》高等教育出版社