ALU的设计与仿真.docx

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1、ALU的设计与仿真一、设计过程ALU的6个输入端由3个控制端和3个数据输入端组成。2个输出端。绘制功能表如图：控制端功能S2S1S0000与001或010A非011B非100异或101全加110全减111清零各个分功能的实现方法：1．与用一个与门,A、B作为数据输入,C悬空,输出F1=A·B,F2=1–F12．或用一个或门,A、B作为数据输入,C悬空,输出F2=A+B,F2=1–F13．A非用一个非门,A作为数据输入,B、C悬空,输出F1=1–A,F2=1–F14．B非用一个非门,B作为数据输入,

2、A、C悬空,输出F2=1–B,F2=1–F15．异或用一个异或门,A、B作为数据输入,C悬空,输出F1=A⊕B,F2=1–F16．全加一位全加器的真值表如下：加数进位in和进位outABCF1F20000000110010100110110010101011100111111利用之前做的加法器，因为三输入，二输出，联想到3线-8线译码器74LS138可以实现该功能。计算函数式：—————F1=ABCm0+ABCm1+···+ABCm7(将F1的取值带入化简)=m1+m2+m4+m7————=(m1

3、·m2·m4·m7)整体取非—————F2=ABCm0+ABCm1+···+ABCm7(将F2的取值带入化简)=m3+m5+m6+m7————=(m3·m5·m6·m7)整体取非逻辑电路：7．全减一位全加器的真值表如下：被减数减数借位in差借位outABCF1F20000000111010110110110010101001100011111同理，计算函数式：—————F1=ABCm0+ABCm1+···+ABCm7(将F1的取值带入化简)=m1+m2+m4+m7————=(m1·m2·m4·m7

4、)整体取非—————F2=ABCm0+ABCm1+···+ABCm7(将F2的取值带入化简)=m1+m2+m3+m7————=(m1·m2·m3·m7)整体取非逻辑电路：8．清零利用任意输入的原变量和非变量的与得到低电平的输出。ALU真值表：控制端功能数据输入端输出端S2S1S0ABCF1F200001001010100101101000与1000110101110101111000001001010101001110001或100101011011010111100001000110010100

5、1110010A非1000110101110011110100010001100100101101011B非1001010110110011110100001001010101001110100异或1001010110110011110100000001100101001101101全加1001010101110011111100000001110101101101110全减1001010100110001111100000001000100001100111清零10000101001100011

6、100二、仿真过程理论波形图：仿真电路图：仿真波形图：总结与分析：1）复杂电路图设计要注意设计的美学要素，以科学布局。2）仿真设计中容易出现的问题：A）高低电平的准确估计（之前U7用与门了，造成了麻烦）B）波形不正确时，要溯源debug，一级一级分析波形3）时序逻辑电路和打代码类似，对逻辑思维要求很高，设计时，应该有个全局的概念，数据的产生选择，分而治之，从而完成更加复杂的电路。