4位二進制乘法器

1、4位二進制乘法器的設(shè)計一、概述4位二進制乘法器在實際中的應(yīng)用相當廣泛，是一些計算器的基本組成部分，其原理適用于很多計算器和大型計算機，它涉及到時序邏輯電路如何設(shè)計、分析和工作等方面。通過此電路更深刻的了解時序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計滿足要求的各種電路圖，解決生活中的實際問題，將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐中。根據(jù)任務(wù)書設(shè)計電路主要要求是：繪制出電路的原理圖，并且詮釋每部分的功能；根據(jù)設(shè)計的電路圖分析所需要元器件種類和個數(shù)；根據(jù)技術(shù)指標制定實驗方案，驗證所設(shè)計的電路；進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。設(shè)計任務(wù)技術(shù)指標；輸入數(shù)據(jù)：被乘數(shù)X(0000-1111);乘數(shù)Y(0000-1111);輸入命

2、令：啟動信號S1,高有效。輸出數(shù)據(jù)：乘積C(0000000011100001;其乘積可以存貯。二、方案說明此方案采用74LS194雙向移位寄存器，74LS283力口法器和74LS00、74LS04等門電路。乘法就是反復(fù)進行移位和加法，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，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，其最高位移入1。若MQ寄存器的最低位(用M(0)來表示)為1時，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。將此動作反復(fù)進行乘數(shù)位數(shù)那么多遍。此乘法電路通過同步電路操作，運算與時鐘脈沖同步進行。從以上方案中可知，方案設(shè)有信號發(fā)生電路，數(shù)據(jù)輸入電路，移位寄存電路，加法電路和運算結(jié)束判斷電路和啟動電路。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位二進制乘法器電路的原理框圖三、電路設(shè)計1 .信號發(fā)生電路因為A寄存器起著存儲并移位的作用，所以它的時鐘信號頻率應(yīng)為主時鐘頻率的2倍，占空比相同且都大于50%如圖2信號發(fā)生電路。U20AU6的clkU21、U24的clkU7、U10的clk圖2信號發(fā)生電路2

4、 .數(shù)據(jù)輸入電路兩個4位二進制數(shù)用開關(guān)控制其輸入高低電平，左邊四個為被乘數(shù)輸入端左高位右低位，右邊四個為乘數(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 .移位寄存電路因為兩個4位二進制數(shù)相加結(jié)果可能為5位二進制數(shù)，所以將兩個74LS194芯片連成一個8位雙向移位寄存器，被乘數(shù)和乘數(shù)分別保存在兩個74LS194寄存器中，如圖4移位寄存電路U15的4個輸入端左高右低雪半？U674LS194DU21U15的另4個輸入端左局右低74LS194DU2474LS1MD吉獸昌自言獸呂自工耳八口OSMTU八Hq盤書叫U1074LS194D乘數(shù)被乘數(shù)主時鐘主時鐘圖4移位寄存電路啟動信號4 .加

5、法電路該電路將根據(jù)主時鐘信號和乘數(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 .運算結(jié)束判斷電路用一個移位寄存器初始存儲0000,隨著主時鐘彳S號右移輸入1,當寄存器中四個輸出端均為1時，返回給主時鐘信號和輔助時鐘信號一個低電平，所有時鐘控制的芯片停止工作，此時A寄存器中存儲乘積的高位，MQ寄存器中存儲乘積的低電位，如圖6運算結(jié)束判斷電路。U7U8A主時鐘074LS194D圖6運算結(jié)束判斷電路>CLK74LS20D3反饋給主時鐘的停止信號24-WVicon_LV1二5V6 .啟動電路開關(guān)左擲時至零，右擲時Ke

6、y=Space用電源電阻和一個單刀雙擲開關(guān)組成的啟動電路,開始計算，如圖7啟動電路圖。圖7啟動電路圖四、性能的測試按電路圖連接好電路，根據(jù)閉合或打開S2至S9的開關(guān)確定輸入的被乘數(shù)和乘數(shù)，打開仿真電源然后右擲S10,右上兩個數(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)生器信號發(fā)射如圖9。表4.1列出了一些二進制數(shù)相乘的結(jié)果，一個結(jié)果出來后再計算其它值可先在輸入端改正輸入的乘數(shù)和被乘數(shù)，將開關(guān)S10左擲時瞬間清零，然后右擲，即可得出新測試的值。表4.1測試結(jié)果表被乘數(shù)乘數(shù)被乘數(shù)（2進制）乘數(shù)（2進制）積積（2進制）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運算結(jié)果圖反同no-10,000V時間0,0005通道/-1Q.0QDV：耨T2-T1保存Ext,Trigger時間軸比例而而X位置|o所加載|用A聞BIiBii!A比例|T標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國二|隼艇JE整亞陛自動|田圖9函數(shù)發(fā)生器信號發(fā)射圖五、結(jié)論、性價比該4位二進制乘法電路實現(xiàn)了任務(wù)書中的性能指標，具有啟動開關(guān)S10（單刀雙擲），其乘積可以被存儲；S10右擲開始計算，輸入和輸出以及中間計算的移位過程通過LED數(shù)碼顯示器顯示出來，非常直觀。得出結(jié)果后若要繼續(xù)計算其他數(shù)值可先改變輸入端，再將S10左擲清零，然后S10右擲開始計算，因此具有較好的連續(xù)計算能力。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，對乘法原理的實現(xiàn)簡明易了。所用元器件種類較少性價比比較合適。六、課設(shè)體會及合理化建議通過設(shè)計4位二進制乘法器電路使我更深刻

10、的了解時序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計滿足要求的各種電路，解決生活中的實際問題，將自己所學(xué)知識應(yīng)用到生活和理論研究中，從而進一步對數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的知識有了新的理解。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)于二進制數(shù)乘法原理的介紹，通過仔細閱讀分析深刻了解了乘法運算過程中的移位和相加過程，結(jié)合任務(wù)書的原理圖，我開始逐個的測試、學(xué)習(xí)和使用74LS194和74LS283,通過半天多的時間掌握了這兩個元件為后續(xù)電路的設(shè)計掃除了最主要的障礙。在設(shè)計電路的過程中最主要的體會就是將總的設(shè)計方案分為若干個小部分，逐個解決然后再拼接成總方案，這樣可以減少出錯的可能，同

11、時容易及時發(fā)現(xiàn)錯誤并改正錯誤。在課設(shè)之中我提的建議就是：可以采取團隊合作的方式，兩三個人共同完成一個課設(shè)但要求給出至少兩個方案，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，同時能避免個別組員偷懶的可能。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，把更多的時間用在電路設(shè)計上。最后感謝老師這些天辛勤的教導(dǎo)，使我在本次課設(shè)過程之中獲得了很多知識，這次課設(shè)的順利完成會激勵我更加努力地學(xué)習(xí)。參考文獻1謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試.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.電子實驗與實踐.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編號名稱型號數(shù)量1U15全加器74LS28312U6U7U1