4位二進(jìn)制乘法器

1、4位二進(jìn)制乘法器的設(shè)計(jì)一、概述4位二進(jìn)制乘法器在實(shí)際中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是一些計(jì)算器的基本組成部分，其原理適用于很多計(jì)算器和大型計(jì)算機(jī)，它涉及到時(shí)序邏輯電路如何設(shè)計(jì)、分析和工作等方面。通過(guò)此電路更深刻的了解時(shí)序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計(jì)滿足要求的各種電路圖，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中。根據(jù)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)電路主要要求是：繪制出電路的原理圖，并且詮釋每部分的功能；根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖分析所需要元器件種類和個(gè)數(shù)；根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路；進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。設(shè)計(jì)任務(wù)技術(shù)指標(biāo)；輸入數(shù)據(jù)：被乘數(shù)X(0000-1111);乘數(shù)Y(0000-1111);輸入命

2、令：?jiǎn)?dòng)信號(hào)S1,高有效。輸出數(shù)據(jù)：乘積C(0000000011100001;其乘積可以存貯。二、方案說(shuō)明此方案采用74LS194雙向移位寄存器，74LS283力口法器和74LS00、74LS04等門(mén)電路。乘法就是反復(fù)進(jìn)行移位和加法，被乘數(shù)放入MDW存器，乘數(shù)放入MQ寄存器，A寄存器中放結(jié)果，乘數(shù)的位數(shù)放在C寄存器中。AC寄存器的初值為0oA寄存器的內(nèi)容被右移時(shí)，最高位移入0,其最低位內(nèi)容被移入MQ勺最高位。C寄存器右移時(shí)，其最高位移入1。若MQ寄存器的最低位(用M(0)來(lái)表示)為1時(shí)，將被乘數(shù)與A寄存器中的內(nèi)容用全加器相加后，將結(jié)果放回A寄存器中保存。若M(0)的值為0,將0與A寄存器的內(nèi)容

3、相加，將其結(jié)果再存入A寄存器。接著，將A、MQC寄存器的內(nèi)容右移1位。將此動(dòng)作反復(fù)進(jìn)行乘數(shù)位數(shù)那么多遍。此乘法電路通過(guò)同步電路操作，運(yùn)算與時(shí)鐘脈沖同步進(jìn)行。從以上方案中可知，方案設(shè)有信號(hào)發(fā)生電路，數(shù)據(jù)輸入電路，移位寄存電路，加法電路和運(yùn)算結(jié)束判斷電路和啟動(dòng)電路。各部分功能明確且之間的聯(lián)系容易理解，所以采用這種方案。原理框圖如圖1所示。圖14位二進(jìn)制乘法器電路的原理框圖三、電路設(shè)計(jì)1 .信號(hào)發(fā)生電路因?yàn)锳寄存器起著存儲(chǔ)并移位的作用，所以它的時(shí)鐘信號(hào)頻率應(yīng)為主時(shí)鐘頻率的2倍，占空比相同且都大于50%如圖2信號(hào)發(fā)生電路。U20AU6的clkU21、U24的clkU7、U10的clk圖2信號(hào)發(fā)生電路2

4、 .數(shù)據(jù)輸入電路兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)用開(kāi)關(guān)控制其輸入高低電平，左邊四個(gè)為被乘數(shù)輸入端左高位右低位，右邊四個(gè)為乘數(shù)輸入端，左高位右低位，如圖4數(shù)據(jù)輸入電路。圖3數(shù)據(jù)輸入電路3 .移位寄存電路因?yàn)閮蓚€(gè)4位二進(jìn)制數(shù)相加結(jié)果可能為5位二進(jìn)制數(shù)，所以將兩個(gè)74LS194芯片連成一個(gè)8位雙向移位寄存器，被乘數(shù)和乘數(shù)分別保存在兩個(gè)74LS194寄存器中，如圖4移位寄存電路U15的4個(gè)輸入端左高右低雪半？U674LS194DU21U15的另4個(gè)輸入端左局右低74LS194DU2474LS1MD吉獸昌自言獸呂自工耳八口OSMTU八Hq盤(pán)書(shū)叫U1074LS194D乘數(shù)被乘數(shù)主時(shí)鐘主時(shí)鐘圖4移位寄存電路啟動(dòng)信號(hào)4 .加

5、法電路該電路將根據(jù)主時(shí)鐘信號(hào)和乘數(shù)最低位數(shù)字有選擇性的把A寄存器中的數(shù)據(jù)和被乘數(shù)或0000相加，相加結(jié)果傳送到A寄存器的輸入端，如圖5加法電路。圖5加法電5 .運(yùn)算結(jié)束判斷電路用一個(gè)移位寄存器初始存儲(chǔ)0000,隨著主時(shí)鐘彳S號(hào)右移輸入1,當(dāng)寄存器中四個(gè)輸出端均為1時(shí)，返回給主時(shí)鐘信號(hào)和輔助時(shí)鐘信號(hào)一個(gè)低電平，所有時(shí)鐘控制的芯片停止工作，此時(shí)A寄存器中存儲(chǔ)乘積的高位，MQ寄存器中存儲(chǔ)乘積的低電位，如圖6運(yùn)算結(jié)束判斷電路。U7U8A主時(shí)鐘074LS194D圖6運(yùn)算結(jié)束判斷電路>CLK74LS20D3反饋給主時(shí)鐘的停止信號(hào)24-WVicon_LV1二5V6 .啟動(dòng)電路開(kāi)關(guān)左擲時(shí)至零，右擲時(shí)Ke

6、y=Space用電源電阻和一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)組成的啟動(dòng)電路,開(kāi)始計(jì)算，如圖7啟動(dòng)電路圖。圖7啟動(dòng)電路圖四、性能的測(cè)試按電路圖連接好電路，根據(jù)閉合或打開(kāi)S2至S9的開(kāi)關(guān)確定輸入的被乘數(shù)和乘數(shù)，打開(kāi)仿真電源然后右擲S10,右上兩個(gè)數(shù)碼管（左端為高位，右端為地位）穩(wěn)定后的顯示即為乘法的結(jié)果，如圖8。函數(shù)發(fā)生器信號(hào)發(fā)射如圖9。表4.1列出了一些二進(jìn)制數(shù)相乘的結(jié)果，一個(gè)結(jié)果出來(lái)后再計(jì)算其它值可先在輸入端改正輸入的乘數(shù)和被乘數(shù)，將開(kāi)關(guān)S10左擲時(shí)瞬間清零，然后右擲，即可得出新測(cè)試的值。表4.1測(cè)試結(jié)果表被乘數(shù)乘數(shù)被乘數(shù)（2進(jìn)制）乘數(shù)（2進(jìn)制）積積（2進(jìn)制）81100000018000010013200110

7、010600000110103101000113000011110115101101015500110111670110011142001010109910011001810101000110310100011300001111012311000011360010010014511100101700100011015151111111122511100001I'O1SXEHD8ABCD3456cbo-wv2r8-veK08131RKICRLCDdQ9TX7QQQQD4Q9TX7oiuxbHDKLCRLC1S0SRSLSpDQDCQCBQBAQAc1SOSFRLSdcbaLR_cc1SO

8、SFSLSdcbaKRL24DAMWI9ra,/190ragKlAQsg1SLa7u0829T451USLa7am?-Sr4fA71U834130C4C1B2B3B4B1A1MUS2A2MUS3A3MUS4A4MUS629272K2D4QY.SL4/6U21GEXKLC4RLC1S0SRSLSDQDCQCBQBAQA2STX圖8被乘數(shù)1111上課數(shù)1111運(yùn)算結(jié)果圖反同no-10,000V時(shí)間0,0005通道/-1Q.0QDV：耨T2-T1保存Ext,Trigger時(shí)間軸比例而而X位置|o所加載|用A聞BIiBii!A比例|T標(biāo)V位置0AC0(5c"行逋道B觸發(fā)叱例M恤的,邊沿FF旬

9、此百|(zhì)外部|v位置5AC。電平iO國(guó)二|隼艇JE整亞陛自動(dòng)|田圖9函數(shù)發(fā)生器信號(hào)發(fā)射圖五、結(jié)論、性價(jià)比該4位二進(jìn)制乘法電路實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書(shū)中的性能指標(biāo)，具有啟動(dòng)開(kāi)關(guān)S10（單刀雙擲），其乘積可以被存儲(chǔ)；S10右擲開(kāi)始計(jì)算，輸入和輸出以及中間計(jì)算的移位過(guò)程通過(guò)LED數(shù)碼顯示器顯示出來(lái)，非常直觀。得出結(jié)果后若要繼續(xù)計(jì)算其他數(shù)值可先改變輸入端，再將S10左擲清零，然后S10右擲開(kāi)始計(jì)算，因此具有較好的連續(xù)計(jì)算能力。該電路主要用到了移位寄存器和加法器這兩鐘器件，各元件功能明確聯(lián)系緊密，對(duì)乘法原理的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)明易了。所用元器件種類較少性價(jià)比比較合適。六、課設(shè)體會(huì)及合理化建議通過(guò)設(shè)計(jì)4位二進(jìn)制乘法器電路使我更深刻

10、的了解時(shí)序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計(jì)滿足要求的各種電路，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，將自己所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活和理論研究中，從而進(jìn)一步對(duì)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識(shí)有了新的理解。這次的課設(shè)我參閱了一些資料但與此課設(shè)相關(guān)的資料甚少，只找到了一篇關(guān)于二進(jìn)制數(shù)乘法原理的介紹，通過(guò)仔細(xì)閱讀分析深刻了解了乘法運(yùn)算過(guò)程中的移位和相加過(guò)程，結(jié)合任務(wù)書(shū)的原理圖，我開(kāi)始逐個(gè)的測(cè)試、學(xué)習(xí)和使用74LS194和74LS283,通過(guò)半天多的時(shí)間掌握了這兩個(gè)元件為后續(xù)電路的設(shè)計(jì)掃除了最主要的障礙。在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中最主要的體會(huì)就是將總的設(shè)計(jì)方案分為若干個(gè)小部分，逐個(gè)解決然后再拼接成總方案，這樣可以減少出錯(cuò)的可能，同

11、時(shí)容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改正錯(cuò)誤。在課設(shè)之中我提的建議就是：可以采取團(tuán)隊(duì)合作的方式，兩三個(gè)人共同完成一個(gè)課設(shè)但要求給出至少兩個(gè)方案，這樣既可以培養(yǎng)同學(xué)們的合作精神，又能激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)作熱情，同時(shí)能避免個(gè)別組員偷懶的可能。此外在課設(shè)第一天可以用一小堂課來(lái)初步講解Multisim的主要功能，例如各種元件在軟件中的位置和功能等。這樣可以提高同學(xué)們學(xué)習(xí)使用該軟件的效率，把更多的時(shí)間用在電路設(shè)計(jì)上。最后感謝老師這些天辛勤的教導(dǎo)，使我在本次課設(shè)過(guò)程之中獲得了很多知識(shí)，這次課設(shè)的順利完成會(huì)激勵(lì)我更加努力地學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試.M武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000年2閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2006年3付家才.電子實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐.M北京：高等教育出版社，2004年D4QWISI4/olu0-1KLCRLCd1S0SRSLSDQDCQCBQBAQAJd1d34k1SOS,sla7RsIsKkuR_oQQQQABCD1LssssDCBAc1ORL乩且D4919T3/42U33dbosl/-la7,uA465249uc4c?ssssDCBA-(1oRL乩且tfa!SLa712uraAHIDJ82sla7-la7彳uKLCRLC1S0SRSLSDQDCQCBQBAQA附錄II元器件清單廳P編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U15全加器74LS28312U6U7U1