电了技术课程设计报告题目: 4 位数值比较器设计
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指导教师:
机械与电气工程学院制
2016年11月
4位数值比较器设计
机械与电气工程学院：自动化专业
1.课程设计的任务与要求
1.1课程设计的任务
采用Multisim 12.0 软件实现4位数值比较器的设计与仿真。
1.2课程设计的要求
（1）设计一个4位数值比较器的电路，对两个4位二进制进行比较。
（2）采用74LS85集成数值比较器。
（3）要有仿真效果及现象或数据分析。
2.四位数值比较器设计方案制定
2.1 四位数值比较器工作的原理
对两个4位二进制数A3A2A1A（与B3B2B1B（进行比较。
从A的最高位A3和
B的最高位B3进行比较，如果他们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。
若最高位A3=B3则再比较次高位A2=B2余此类推。
如果两数相等，那么，必须将进行到最低位才能得到结果。
可以知道：
FA>B=FA3>B3+FA3=B3FA2>B2+FA3=B3FA2=B2FA1>B1+FA3=B3FA2=B2FA1=B2FA0 >B0+F A3=B3FA2=B2FA仁B1FA0=B0IA>B （2-1）
FA<B=FA3<B3+FA3=B3FA2<B2+FA3=B3FA2=B2FA1<B1+FA3=B3FA2=B2FA1=B2FA0
<B0+FA3=B3FA2=B2FA1=B1FA0=B0IA<B （2-2）
FA=B=FA3=B3FA2=B2FA1=B1FA0=B0IA=B （2-3）
IA>B、IA<B和IA=B称为扩展输入端，是来自地位的比较结果。
扩展输入端与其他数值比较器的输出连接，以便组成位数更多的书值比较器。
若仅对4位数进行比较时，IA>B、IAvB、IA=B进行适当处理，IA>B=IA<B=0,IA=B=1。
2.2四位数值比较器设计方案
四位数值比较器主要由一个74LS85和三个信号灯组成。
通过四个开关的开通和闭合接收用户输入。
通过信号灯的亮与不亮来判断数值得大小。
黄灯亮表示A>B红灯亮表示A<B绿灯亮表示A=B其流程图如下图1所示。
数据输入
图1四位数值比较器电路组成框图
3.四位数值比较器设计的技术方案
3.1四位数值比较器单元模块功能及电路设计
3.1.1输入电路设计
输入电路设计采用单刀双掷开关。
单刀双掷开关的由动端和不动端组成，动端就是所谓的“刀”，它应该连接电源的进线，也就是来电的一端，一般也是与开关的手柄相连的一端；另外的两端就是电源输出的两端，也就是所谓的不动端，它们是与用电设备相连的。
它的作用，一是可以控制电源向两个不同的方向输出，也就是说可以用来控制两台设备，或者也可以控制同一台设备作转换运转方向使用。
在这个电路中单刀双掷开关控制高低电平，从而控制输入端，使得A、B电
平变化，实现四位数值比较。
3.1.2信号输出电路设计
信号灯里面装有一个传感器，当信号灯发出去的光被镜面反射回来时，传感 器接收到信号，你能保证信号灯亮的，只要有一点光接受就可以，所以只要不完 全挡住灯都会亮。
图3输出电路设计
$1
X1-X3;OF
5 =
B
■a a- 2 A
3.2主要芯片介绍
3.2.1 74L85D 芯片
74LS85 芯片是四位数值比较器，共有54/7485、54/74S85、54/74LS85三种线路结构型式。
74LS85D可进行二进制码和BCD码的对比，对两个4位字的比较结果有三个输出端(A>B,A=B,A<B)o两个4位数的比较是从A的最高位A3和E的最高位B3进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。
若最高位
A3= B3,则再比较次高位A2和B2,余类推。
显然，如果两数相等，那么，比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。
其功能结构电路如下图5。
四位数值比较器真
值表如下表1所示。
图4 74LS85D芯片
(Ifil
◎
…
A
卜
I 仝二
三
1—C
泸
* < 9
~~■ I
图5 75LS85D功能结构电路设计图
表四位数值比较器真值表
3.3、四位数值比较器整体电路原理图
3.4兀器件清单
名称 规格型号 编号 数量
四位数值比较器
74LS85D
U1 1 PROBE 黄色2.5V X1 1 PROBE 红色2.5V X2 1 PROBE
绿色2.5V
X3 1 单刀双掷开关
TD_SW1
s1、s2、s3、s4
4
4四位数值比较器设计的仿真实现 4.1仿真软件的介绍
本次课程设计采用Multisim 12.0来实现数字电子钟的仿真，它是电子线路 分析与设计的优秀仿真软件，其界面直观、操作方便，创建电路需要的元件和电 路仿真需要的测量仪器都可以以直接从屏幕抓取，且元件和仪器的图形与实物外 形接近。
Multisim
12.0已经成为电子技术领域进行教学、学习和实验的必不可 少的辅助软件，是每一个电
图6四位数值比较器整体电路原理图
子技术爱好者、学习者和工程技术人员必须掌握的工具软件之一，Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
4.2 四位数值比较器设计仿真实现
四位数值比较器未仿真实现，在仿真软件中的状态，图7所示。
图7四位数值比较器未开始
开关S1接通时，A3为高电势端，B3为低电势端，即A>B因此黄灯亮，如图8 所示。
开关Key、Key2接通，开关S3、S4接通时，A3、B3为低电势端；A2、B2为低电势端；A1、B1为高电势端，即A=B因此红灯亮，如图9所示。
图9 A=B的情况
开关Keyl、Key2、Key3、Key4接通时，A3 B3为低电势端，A2、B2为低电势端,
A1为低电势端，B1为高电势端，即A<B因此绿灯亮，如图10所示。
图10 A<B的情况
5总结及心得体会
本次数电的课程设计加深了我对Multisim 软件的进一步深入理解。
熟悉了该软件的元器件的查找，绘图及仿真，为我以后更深层次的学习奠定了良好的基础。
通过这次课程设计，使我受益颇多。
了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。
既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。
在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析
实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，解决问题，终于完成了四位数值比较器的仿真。
对于数字电路设计，尤其在使用Multism进行逻辑电路的连接与分析时，这种分析解决问题的能力就更为重要。
要在复杂的电子器件和密密麻麻的连线中找出头绪来，有时候并不是一件容易的事情。
就是在这种不断发现问题、分析问题、解决问题的过程中，我
提高了自己分析解决问题的能力，因此，我把这次课程设计看成一次综合学习的机会。
在设计过程中，出现了各种各样的问题，有些是单一原因引起的，有的是综合原因引起的，这些都很考验我的毅力与坚持。
但是我掌握了研究这类问题的方法，即问题解决的过程就是要从问题所表现出来的情况出发，通过反复推敲，作
出相应判断，逐步找出问题的症结所在，从而一举击破。
本次课程设计仍然存在一些不够完美的地方，例如在Multism环境下设计逻辑电路时，怎样更好地布局以及连线，使整个电路图更加清晰明了等等问题，虽然是细节问题，但往往可以决定成败，这些问题都应该引以为戒并作为以后设计相关电路时的参考。
在本次课程设计中，我反复的练习各项操作，在练习的同时，我不断地巩固，熟能生巧，我最后将此次课程设计完成的非常好。
这对我以后学习相关的课程以及进行更高层次的数字电路设计都奠定了不错的基础，我相信无论做什么事情都要坚持、细心，不放弃，遇到困难要去解决，一个人解决不了，要敢于不耻下问，需求他人的帮助，这样我们可以在一次次困难中成长，这样就一定会实现自己的目标。
6参考文献
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