4位二进制乘法器.docx

1、4位二进制乘法器4位二进制乘法器的设计一、概述4位二进制乘法器在实际中的应用相当广泛，是一些计算器的基本组成部 分，其原理适用于很多计算器和大型计算机，它涉及到时序逻辑电路如何设计、 分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理， 从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路图， 解决生活中的实际问题，将所学知 识应用于实践中。根据任务书设计电路主要要求是：绘制出电路的原理图，并且诠释每部分的 功能；根据设计的电路图分析所需要元器件种类和个数； 根据技术指标制定实验 方案，验证所设计的电路；进行实验数据处理和分析。设计任务技术指标；输入数据：被乘数X (0000-1111);乘

2、数Y (0000-1111); 输入命令：启动信号S1,高有效。输出数据：乘积C (0000000011100001;其 乘积可以存贮。二、方案说明此方案采用74LS194双向移位寄存器，74LS283力口法器和74LS00、74LS04 等门电路。乘法就是反复进行移位和加法，被乘数放入 MDW存器，乘数放入MQ 寄存器，A寄存器中放结果，乘数的位数放在C寄存器中。AC寄存器的初值为0o A寄存器的内容被右移时，最高位移入 0,其最低位内容被移入 MQ勺最高位。C 寄存器右移时，其最高位移入 1。若MQ寄存器的最低位(用 M(0)来表示)为1 时，将被乘数与A寄存器中的内容用全加器相加后，将结

3、果放回A寄存器中保存。 若M(0)的值为0,将0与A寄存器的内容相加，将其结果再存入A寄存器。接着， 将A、MQ C寄存器的内容右移1位。将此动作反复进行乘数位数那么多遍。此 乘法电路通过同步电路操作，运算与时钟脉冲同步进行。从以上方案中可知，方案设有信号发生电路，数据输入电路，移位寄存电路， 加法电路和运算结束判断电路和启动电路。 各部分功能明确且之间的联系容易理 解，所以采用这种方案。原理框图如图1所示。图1 4位二进制乘法器电路的原理框图三、电路设计1.信号发生电路因为A寄存器起着存储并移位的作用，所以它的时钟信号频率应为主时钟频 率的2倍，占空比相同且都大于50%如图2信号发生电路。U

4、20AU6 的 clkU21、 U24 的 clkU7、 U10 的 clk图2信号发生电路2.数据输入电路两个4位二进制数用开关控制其输入高低电平，左边四个为被乘数输入端左高位右低位，右边四个为乘数输入端，左高位右低位，如图 4数据输入电路。图3数据输入电路3.移位寄存电路因为两个4位二进制数相加结果可能为5位二进制数，所以将两个74LS194 芯片连成一个8位双向移位寄存器，被乘数和乘数分别保存在两个 74LS194寄存器中，如图4移位寄存电路U15的4个输入端左高右低雪半？ U6 74LS194DU21U15的另4个输入端 左局右低74LS194DU2474LS1MD吉兽昌自 言兽吕自工

5、耳八口OSMTU八Hq盘书叫 U10 74LS194D乘数被乘数主时钟主时钟图4移位寄存电路启动信号4.加法电路该电路将根据主时钟信号和乘数最低位数字有选择性的把 A寄存器中的数据和被乘数或0000相加，相加结果传送到A寄存器的输入端，如图5加法电路。图5加法电5.运算结束判断电路用一个移位寄存器初始存储0000,随着主时钟彳S号右移输入1,当寄存器中 四个输出端均为1时，返回给主时钟信号和辅助时钟信号一个低电平， 所有时钟 控制的芯片停止工作，此时 A寄存器中存储乘积的高位，MQ寄存器中存储乘积 的低电位，如图6运算结束判断电路。U7U8A主时钟074LS194D图6运算结束判断电路 CLK

6、74LS20D3反馈给主时钟的停止信号24-WVicon_LV1二 5V6.启动电路开关左掷时至零，右掷时Key = Space用电源电阻和一个单刀双掷开关组成的启动电路, 开始计算，如图7启动电路图。图7启动电路图四、性能的测试按电路图连接好电路，根据闭合或打开S2至S9的开关确定输入的被乘数和 乘数，打开仿真电源然后右掷S10,右上两个数码管（左端为高位，右端为地位） 稳定后的显示即为乘法的结果，如图 8。函数发生器信号发射如图9。表4.1列 出了一些二进制数相乘的结果，一个结果出来后再计算其它值可先在输入端改正输入的乘数和被乘数，将开关S10左掷时瞬间清零，然后右掷，即可得出新测试 的值

7、。表4.1 测试结果表被乘数乘数被乘数（2进 制）乘数（2进 制）积积（2进制）81100000018000010013200110010600000110103101000113000011110115101101015500110111670110011142001010109910011001810101000110310100011300001111012311000011360010010014511100101700100011015151111111122511100001IO1SXEH D8A BC D3 4 5 6cbo-wv2r8 - veK08131RKIC RLCDdQ

8、9TX7Q QQQD4Q9TX7 oiuxbH DKLC RLC1S0SRS LSpDQ DCQ CBQ BAQ Ac1SOSFRLSdcbaLR_cc1SOSFSLSdcba KRL24DAMWI9ra,/190ragKlAQsg1SLa7u0829T451USLa7am?-Sr4fA71U834 130C 4C1B2B3B4B1A 1 MUS2A 2 MUS3A 3 MUS4A 4 MUS62 9272K2D4QY.SL4/ 6U21GEXKLC 4 RLC1S0SRSLSDQDCQCBQBAQA2STX图8被乘数1111上课数1111运算结果图反同no-10,000 V时间 0,000

9、5通道/-1Q.0QDV：耨 T2-T1保存Ext, Trigger时间轴比例而而X位置 |o 所加载|用A 闻B IiBii! A比例|T标V位置 0AC0 (5c行逋道B 触发 叱例M恤的 ,边沿FF旬此百|外部|v位置 5AC 。电平 iO国二|隼艇JE整亚陛自动|田图9函数发生器信号发射图五、结论、性价比该4位二进制乘法电路实现了任务书中的性能指标，具有启动开关 S10 （单刀双掷），其乘积可以被存储；S10右掷开始计算，输入和输出以及中间计算的 移位过程通过LED数码显示器显示出来，非常直观。得出结果后若要继续计算 其他数值可先改变输入端，再将 S10左掷清零，然后S10右掷开始计算

10、，因此 具有较好的连续计算能力。该电路主要用到了移位寄存器和加法器这两钟器件， 各元件功能明确联系紧密，对乘法原理的实现简明易了。所用元器件种类较少性价比比较合适。六、课设体会及合理化建议通过设计4位二进制乘法器电路使我更深刻的了解时序逻辑部件的工作原 理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路，解决生活中的实际问题， 将自己所学知识应用到生活和理论研究中， 从而进一步对数字电子技术基础的知 识有了新的理解。这次的课设我参阅了一些资料但与此课设相关的资料甚少， 只找到了一篇关于二进制数乘法原理的介绍， 通过仔细阅读分析深刻了解了乘法运 算过程中的移位和相加过程，结合任务书的原理图，我开始逐

11、个的测试、学习和 使用74LS194和74LS283,通过半天多的时间掌握了这两个元件为后续电路的设 计扫除了最主要的障碍。在设计电路的过程中最主要的体会就是将总的设计方案 分为若干个小部分，逐个解决然后再拼接成总方案，这样可以减少出错的可能， 同时容易及时发现错误并改正错误。在课设之中我提的建议就是：可以采取团队合作的方式，两三个人共同完成 一个课设但要求给出至少两个方案， 这样既可以培养同学们的合作精神， 又能激 发同学们的创作热情，同时能避免个别组员偷懒的可能。 此外在课设第一天可以 用一小堂课来初步讲解 Multisim的主要功能，例如各种元件在软件中的位置和 功能等。这样可以提高同学

12、们学习使用该软件的效率， 把更多的时间用在电路设计上。最后感谢老师这些天辛勤的教导，使我在本次课设过程之中获得了很多知 识，这次课设的顺利完成会激励我更加努力地学习。参考文献1谢自美.电子线路设计实验测试.M武汉：华中理工大学出版社，2000 年2阎石.数字电子技术基础.M北京：高等教育出版社，2006年 3付家才.电子实验与实践.M北京：高等教育出版社，2004年D4QWISI4/ olu0-1KLCRLC d1S0SRSLSDQ DCQ CBQ BAQ AJ d 1 d3 4k1SOS,sla7RsIsKku R_oQQQQA B C D1L ss ss DCBA c 1O R L乩且D4

13、919T3/42U33dbosl/-la7,uA46 5249uc4c?ss ss DCBA -( 1 o R L乩且tfa!SLa712uraAHIDJ82sla7-la7 彳uKLC RLC1S 0SRS LSDQ DCQ CBQ BAQ A附录II 元器件清单厅P编号名称型号数量1U15全加器74LS28312U6 U7 U10 U21U24移位寄存器74LS19453U8四输入端与非门741LS2025S2S9单路开关SPST_NCSB107S10双路选择开关SPDT_SB18U16 U18 U19U22数码显示器LED49U1 U2 U20与非门74LS08310U3 U4非门74LS04211U5 U9 U11 U12U13 U14 U17U27三输入端与门74LS11812R2、R3, R6R13电阻100Q10