4位数值比较器

XX大学课程设计题目4位数值比较器学院X学院专业XXX班级XXX学生XXX学号200000000指导教师XXX二〇一〇年十二月二十七日XX大学课程设计-1-摘要随着时代的进步，社会的发展，科学技术的进步，我们会在很多地方用到比较器。例如，在体育竞技场地对一些选手的成绩进行比较，选出他们中的成绩优异者；我们为了比较一下不同物品的参数，我们可以利用一些科学技术来实现这些功能，使得我们的工作效率得以提高，减少了我们认为的工作量。我们可以根据不同的需要来制造出不同类型的比较器。我们可以利用一些我们所学的知识，利用一些简单的二极管、三极管、MOS管的开关特性来组成各种门电路的基本开关元件。我们再利用这些元件组成比较器的组合逻辑电路。根据不同的需要，来用不同的方法来连接元件实现不同的功能。我们可以实现1位数比较器，2位数比较器，4位数比较器，8位数比较器等多种比较器。关键词门电路；开关元件；比较器；逻辑电路；XX大学课程设计-2-目录摘要………………………………………………..…….….………….11前言……….…………………………………………….….…………….……………..31.1CMOS组成的门.........………………………….…....……….31.1.1CMOS组成的非门……….…………………………...41.1.2CMOS组成的与非门……….…………………………...41.2位数比较器...................……….......…………….………….………..524位数比较器................……..….………………………….…..….………….72.1原理框图…………………………………………………………………………72.2逻辑电路图…………………………….………………...………………..82.2.14位数逻辑电路图………………………………………….82.2.24位数比较器原理………………………………………...92.2.3电路板示意图…………………………………………………………10结论......................…………….…………………..….…..……………….………….11心得体会......................…………….…………………..….…..……………….………….12致谢......................…………….…………………..….…..……………….………….14参考文献......................…………….…………………..….…..……………….………….14XX大学课程设计-3-1前言本课程设计主要是根据我们学习的余孟尝主编的《数字电子技术简明教程（第三版）》的后续课程。这个课程设计在保证基础，精选内容，加强感念理解，联系实际，利于我们学习这门课程，加深对这门课程的理解。它还可以增加我们的实际思维能力和动手能力。1.1CMOS组成的门本次课程设计需要一些简单的电路，我们开始先介绍简单的电路。本实验中只用到TTL和CMOS组成的与门、非门两种门电路。先由这些简单门电路组成一位数比较器，再组成多位比较器。这里我们只介绍由CMOS组成的门。1.1.1非门图一、MOS三极管非门工作原理：当V2V0TNILGSUUuMOS管截止V10DDOHOVUu当V10IHIUuV2V10TNIHGSUUu；+VDD+10VRD20kBGDSuIuOXX大学课程设计-4-MOS管导通（在可变电阻区）V0OLOUu故AY；真值表AY01101.1.2与非门图二、CMOS与非门如图二所示，uA、uB只要有一个为低电平0V，TN1、TN2就总有一个截止，TP1、TP2就有一个导通，因此uY一定为高电平10V；只有当uA、uB同时为高电平10V时，TN1、TN2才都导通，TP1、TP2才都截止，uY为低电平0V。综上所述，课的如表所示电平关系表。如果用A、B、Y分别表示uA、uB、uY，且采用正逻辑，则可得如表所示真值表。与非门电平关系表uA/uB/VuY/V0010010101001010100uA+VDD+10VVSSTP1TN1TP2TN2ABYuBuYXX大学课程设计-5-与非门逻辑真值表ABY001011101110逻辑表达式ABY由此可知，图二所示电路图为与非门。1.2位数比较器1位数值比较器我们输入信号是两个要进行比较的1位二进制数，现在用Ai、Bi表示，输出信号是比较结果，则图三中所示的一位上的比较逻辑示意图，具体的比较结果如下：当AiBi时L=1G=0M=0；Ai=Bi时G=1L=0M=0；图三、对应1位数值比较器AiMiBiAi⊙BiAiBiiLiGiAiBi&1&1&XX大学课程设计-6-AiBi时M=1L=0G=0；则可得到真值表iABiLiLiLi000100010011010011010可得逻辑关系表达式：iiiBAL；iiiiiBABAG；iiiBAM由上边的一位数比较器可推得四位数的比较结果如下:AB时L=1G=0M=0A=B时G=1L=0M=0AB时M=1L=0G=0由上述表达式及其真值表我们可知1位数比较器的设计比较成功。XX大学课程设计-7-24位数比较器2.1原理框图分析4位数的比较可知道两个四位数先比较在最高位的数，如果两个数值不相等则所在位数大的那个四位数大可作出判断，不需要再进行比较；如果高位数的数值相等则对次高位数进行比较，方法如高位数判断方法，直到最后一位的比较。只有4位数值上的数全相等，才能判断两个四位数是相等的。由此刻得到数值比较器的原理框图如图所示：其中我们设数值A=A3A2A1A0数值B=B3B2B1B0图四、4位比较器原理框图XX大学课程设计-8-2.2.14位数逻辑电路图图五、门电路组成的四位数比较器逻辑电路图2.2.24位数比较器原理要比较两个4位二进制数A=A3A2A1A0、B=B3B2B1B0，比较结果用L、G、M表示，且AB时L=1，A=B时G=1，AB时M=1。&&1&1&&1&1&&1&1&≥1≥1&1&1&≥1≥1MLGA2A1B3A3B2B1B0≥1A0XX大学课程设计-9-重最高位开始比较，依次逐次进行，知道比较结束为止。(1)、若A3B3则AB，L=1、G=0、M=0。(2)、当A3=B3时，即G3=1时，若A2B2时则AB，L=1、G=M=0。(3)、当A3=B3、A2=B2即G3=G2=1时，若A1B1则AB，L=1、G=M=0。(4)、当A3=B3、A2=B2、A1=B1即G3=G2=G1=1时，若A0B0则AB，L=1、G=M=0。对AB即L=1，上述四种逻辑情况是或得逻辑关系。(5)、只有当A3=B3、A2=B2、A1=B1、A0=B0即G3=G2=G1=G0=1时，才会有A=B即G=1.显然，对于A=B即G3、G2、G1、G0时与得逻辑关系。(6)、如果A不大于B也不等于B，即L=G=0时，则A必然小于B，即M=1.由分析上述电路图中可以看出我们得到的L、G、M的具体表达式如下表：4位数比较器真值表比较输入输出A3B3A2B2A1B1A0B0LGM100=100==100===100====010001=001==001===001由上表可经过计算得到逻辑表达式如下：M=3AB3+(A3⊙B3)2AB2+(A3⊙B3)(A2⊙B2)1AB1+(A3⊙B3)(A2⊙B2)(A1⊙B1)0AB0+(A3⊙B3)(A2⊙B2)(A1⊙B1)(A0⊙B0)I(AB)XX大学课程设计-10-G=(A3⊙B3)(A2⊙B2)(A1⊙B1)(A0⊙B0)I(A=B)L=GMI(AB)由此逻辑表达式可以算出当M=1时AB;当G=1时A=B;当L=1时AB;有此事可以推断出猜想是正确的2.2.3电路板示意图图六TTL比较器电路板图七CMOS比较器电路板上边的两个图中分别是由TTL和CMOS组成的4位数比较器的电路板。其中，TTL组成的电路板是由TTL组成的与非门和非门所组成。CMOS组成的电路板是由CMOS组成的非门和与非门组成。B2ABA=BABFABFA=BFABVss12345678161514131211109CC14585C663VDDA3B3FABFABB0A0B1B3ABA=BABFABFA=BFAB地12345678161514131211109748574LS85VCCA3B2A2A1B1A0B0B0XX大学课程设计-11-结论通过按照实验设计电路图来连接电路并且实验可以验证，上述所示的电路板和设计出来的电路是可行的，是正确的。通过上述电路图则可对两个4位二进制数进行比较。本次课程设计比较成功。在实验操作时要注意一些细微点，尤其是在连接电路时要仔细认真以免连错电路造成不必要的麻烦。XX大学课程设计-12-心得体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在这个设计课程开始的时候，我感到很迷茫，不知道该怎么去做这个课程设计。不知道该怎么去开使这个课程设计。最后再看了很多次的课程设计计划书之后终于做了4位数值比较器这个课题。这个课题老师在上课的时候也有讲过。当时听起来感觉害死十分的简单。当我开始这个课题的时候，我有发现了我对这个4位数比较器了解的太少了。在这个课程设计的过程中，我查阅了大量的资料，询问了同学老多问题，才把这个课题了解的比较清楚。为了使这个课题更加的增加深度，我开始时设想每个门可以用到二极管、CMOS和TTL这几种开关组成的门开关来进行应用。我又看了很多关于门得资料，对于门电路的理解更加更入。我有感觉到设计电路时总会出现问题.。开始时，对一位数比较器理解的比较深入，并且成功了，但在计设时总是忘记把少连或者多练一些线路，得开始的设计都以失败而告终。这样的情况浪费了我的很多时间。通过这次课程设计我深得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。经过一个星期的课程设计实习，使得我们经历过了坎坷的路程，其中的经历一言难尽。在这期间我曾经认为课程设计是比较简单的，从开始的满是激情，经过了一度忙乱，到最后的汗水背后的复杂心情，这期间的点点滴滴令我十分难忘，回味无穷。我感觉到这才是比较真是，充满活力的生活。生活就是这样，只有付出辛劳的汗水才能得到相应的收获，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。充满劳动的人生才更具有意义，才更加的美好。我忍艰苦奋斗这个词非常的适用于我们的这各课程设计，苦中作乐更是体现了他的精髓。我们全体的学生都在课程设计中留下辛勤的汗水。都在为了自己的课程设计更加的完美而不断地查阅资料，不XX大学课程设计-13-断地改进自己的方案。我们同学之间也在不断地相互帮助，使得我们之间的感情更加的好，更加的想一个大家庭里的兄弟姐妹。我们一起讨论问题一起又说有笑，人与人之间的距离更近了。当我们看到自己的成果时，心里十分的激动，十分的兴奋，也明白了很多的道理。我认为有些事情即使再难，再枯燥只要我们尽自己最大的努力也能完成的很好。我们要挑战自己的懒惰心理，执着的坚持下去才能使得我们的工作做得更加的出色。“世上无难事，只要肯登攀”做任何事都是如此。在设计的过程中遇到问题，可以说得是艰难险阻，这毕竟这是第一次接触这些东西，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程