算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU

1、燕 山 大 學(xué)EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目： 算術(shù)邏輯邏輯單元ALU 姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：成績(jī)：一、設(shè)計(jì)題目及要求題目名稱(chēng)：算術(shù)運(yùn)算單元ALU要求：1進(jìn)行兩個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算；2算術(shù)運(yùn)算：A+B, A-B, A×B；3邏輯運(yùn)算：A and B, A or B, A not, A xor B；4. 用數(shù)碼管顯示算術(shù)運(yùn)算結(jié)果，以L(fǎng)ED指示燈顯示邏輯運(yùn)算結(jié)果。2、 設(shè)計(jì)過(guò)程及內(nèi)容1.整體設(shè)計(jì)思路(1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求將題目劃分為五個(gè)模塊。包括兩個(gè)邏輯運(yùn)算模塊，兩個(gè)算術(shù)運(yùn)算模塊，和一個(gè)控制模塊。其中邏輯運(yùn)算模塊為A and B和A or B，A not和A xor B；算術(shù)模塊為A±B，A

2、×B。（2）因?yàn)樾枰M(jìn)行四位二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算，因此用A3,A2,A1,A0表示四位二進(jìn)制數(shù)A，用B3,B2,B1,B0表示四位二進(jìn)制數(shù)B，用C4,C3,C2,C1表示四位二進(jìn)制數(shù)C。其中A，B為輸入，C為輸出。2分模塊設(shè)計(jì)（1）A+B和A-B模塊（李佳樂(lè)負(fù)責(zé)）A+B可以直接通過(guò)74283 兩個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)加法器實(shí)現(xiàn)。A-B可以看作A+（-B），即A加B的補(bǔ)碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)再設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換控制端M。M=0時(shí)實(shí)現(xiàn)A+B，M=1時(shí)實(shí)現(xiàn)A-B。最后再設(shè)計(jì)一個(gè)總的控制端K1，K1=1時(shí)模塊正常工作，K1=0時(shí)不工作。做加法時(shí)，C0為進(jìn)位輸出，C0輸出1表示有進(jìn)位，做減法時(shí)，C0為借位輸出，C0輸出1

3、表示有借位。通過(guò)74283五位輸出，進(jìn)入譯碼器將五位變成八位輸出，在通過(guò)數(shù)碼管顯示。A+B，A-B總原理圖如下：A+B，A-B分原理圖如下：譯碼器原理圖如下：掃描電路原理圖如下：A+B仿真圖：15+15=30A-B仿真圖：14-6=8（2）AXB模塊（宋任強(qiáng)負(fù)責(zé)）乘法模塊計(jì)算部分由四個(gè)74285實(shí)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果經(jīng)譯碼器編譯為10位BCD碼，經(jīng)掃描器輸入到數(shù)碼管，K2控制是否進(jìn)行乘法運(yùn)算。AXB總原理圖：A×B運(yùn)算部分譯碼器掃描器AXB仿真圖：5x5=25（3）A and B和A or B模塊（劉宏煒負(fù)責(zé)）A and B模塊通過(guò)四個(gè)二輸入與門(mén)實(shí)現(xiàn)，A or B通過(guò)四個(gè)二輸入或門(mén)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)

4、設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換控制端M，當(dāng)M1時(shí)，A and B模塊工作，M0時(shí)，A or B模塊工作。最后設(shè)計(jì)一個(gè)總的控制端K3，K31時(shí)模塊正常工作，K30時(shí)模塊不工作。最后，在C1,C2,C3,C4 四個(gè)輸出端接LED指示燈，當(dāng)輸出1時(shí)，指示燈亮，輸出0時(shí)，燈不亮。A and B,A or B的原理圖如下：A and B仿真圖：A or B仿真圖：（4）A not和A xor B模塊(劉宏煒負(fù)責(zé))A not直接通過(guò)四個(gè)非門(mén)實(shí)現(xiàn)， A xor B直接通過(guò)四個(gè)異或門(mén)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換控制端M，當(dāng)M1時(shí)，A非工作；當(dāng)M0時(shí)，A異或B工作。另外再設(shè)計(jì)一個(gè)總的控制端K4。當(dāng)K41時(shí)，模塊正常工作；當(dāng)K40時(shí)，模

5、塊不工作。最后，在C1,C2,C3,C4 四個(gè)輸出端接LED指示燈，當(dāng)輸出1時(shí)，指示燈亮，輸出0時(shí)，燈不亮。A not,A xor B原理圖如下：A not仿真圖：A xor B仿真圖：（5）控制模塊（劉宏煒負(fù)責(zé)）控制模塊可以通過(guò)一個(gè)二線(xiàn)四線(xiàn)譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)，依次控制上述總的控制端K1，K2，K3，K4。從而可以分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。譯碼器真值表輸入端輸出端S1S0K1K2K3K4001000010100100010110001控制模塊原理圖如下：控制模塊仿真圖：3、 設(shè)計(jì)結(jié)論出現(xiàn)的問(wèn)題：在實(shí)現(xiàn)如何讓四位二進(jìn)制數(shù)相乘的結(jié)果，在數(shù)碼管顯示時(shí)，我們遇到麻煩，通過(guò)在網(wǎng)上查閱資料，以及小組成員討論，最終我們采用4片74185串聯(lián)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將由乘法運(yùn)算結(jié)果的八位輸出轉(zhuǎn)化為十位BCD碼輸出，再經(jīng)過(guò)掃描電路，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。設(shè)計(jì)感想：這次為期兩周的EDA課程設(shè)計(jì)，讓我們進(jìn)一步了解了一些芯片的功能，學(xué)習(xí)了MAX+PLUSII和EDA試驗(yàn)箱的基本用法的，了解到如何將軟件里設(shè)計(jì)好的文