算術邏輯運算單元ALU

1、燕 山 大 學EDA課程設計報告書題目： 算術邏輯邏輯單元ALU 姓名：班級：學號：成績：一、設計題目及要求題目名稱：算術運算單元ALU要求：1進行兩個四位二進制數(shù)的運算；2算術運算：A+B, A-B, A×B；3邏輯運算：A and B, A or B, A not, A xor B；4. 用數(shù)碼管顯示算術運算結果，以LED指示燈顯示邏輯運算結果。2、 設計過程及內(nèi)容1.整體設計思路(1）根據(jù)設計要求將題目劃分為五個模塊。包括兩個邏輯運算模塊，兩個算術運算模塊，和一個控制模塊。其中邏輯運算模塊為A and B和A or B，A not和A xor B；算術模塊為A±B，A

2、×B。（2）因為需要進行四位二進制數(shù)的運算，因此用A3,A2,A1,A0表示四位二進制數(shù)A，用B3,B2,B1,B0表示四位二進制數(shù)B，用C4,C3,C2,C1表示四位二進制數(shù)C。其中A，B為輸入，C為輸出。2分模塊設計（1）A+B和A-B模塊（李佳樂負責）A+B可以直接通過74283 兩個四位二進制數(shù)加法器實現(xiàn)。A-B可以看作A+（-B），即A加B的補碼來實現(xiàn)。同時再設計一個轉換控制端M。M=0時實現(xiàn)A+B，M=1時實現(xiàn)A-B。最后再設計一個總的控制端K1，K1=1時模塊正常工作，K1=0時不工作。做加法時，C0為進位輸出，C0輸出1表示有進位，做減法時，C0為借位輸出，C0輸出1

3、表示有借位。通過74283五位輸出，進入譯碼器將五位變成八位輸出，在通過數(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（宋任強負責）乘法模塊計算部分由四個74285實現(xiàn)，計算結果經(jīng)譯碼器編譯為10位BCD碼，經(jīng)掃描器輸入到數(shù)碼管，K2控制是否進行乘法運算。AXB總原理圖：A×B運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（劉宏煒負責）A and B模塊通過四個二輸入與門實現(xiàn)，A or B通過四個二輸入或門實現(xiàn)。同時

4、設計一個轉換控制端M，當M1時，A and B模塊工作，M0時，A or B模塊工作。最后設計一個總的控制端K3，K31時模塊正常工作，K30時模塊不工作。最后，在C1,C2,C3,C4 四個輸出端接LED指示燈，當輸出1時，指示燈亮，輸出0時，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(劉宏煒負責)A not直接通過四個非門實現(xiàn)， A xor B直接通過四個異或門實現(xiàn)。同時設計一個轉換控制端M，當M1時，A非工作；當M0時，A異或B工作。另外再設計一個總的控制端K4。當K41時，模塊正常工作；當K40時，模

5、塊不工作。最后，在C1,C2,C3,C4 四個輸出端接LED指示燈，當輸出1時，指示燈亮，輸出0時，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（劉宏煒負責）控制模塊可以通過一個二線四線譯碼器來實現(xiàn)，依次控制上述總的控制端K1，K2，K3，K4。從而可以分別實現(xiàn)各個模塊的功能。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、 設計結論出現(xiàn)的問題：在實現(xiàn)如何讓四位二進制數(shù)相乘的結果，在數(shù)碼管顯示時，我們遇到麻煩，通過在網(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)進行轉換，將由乘法運算結果的八位輸出轉化為十位BCD碼輸出，再經(jīng)過掃描電路，最終實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。設計感想：這次為期兩周的EDA課程設計，讓我們進一步了解了一些芯片的功能，學習了MAX+PLUSII和EDA試驗箱的基本用法的，了解到如何將軟件里設計好的文