数值比较器的应用
数值比较器原理
数值比较器原理
数值比较器是一种电子设备，用于比较两个或多个输入信号的大小，并输出相应的比较结果。
它常用于数字电路、模拟电路、传感器等方面，以实现信号的判定和控制。
数值比较器的设计原理基于比较两个输入信号的大小关系，并根据比较结果产生相应的输出。
常见的数值比较器设计有以下几种原理：
1. 电压比较器：电压比较器是一种将两个输入电压进行比较，并输出相应比较结果的电路。
它通常由一个差分放大器和一个比较器组成。
差分放大器用于放大输入电压的差值，使得比较结果更准确。
比较器则根据差值的正负判断输入信号的大小关系，并输出高电平或低电平信号来表示比较结果。
2. 数字比较器：数字比较器主要用于比较两个二进制数的大小。
它通常是由一组逻辑门和触发器构成的。
逻辑门用于实现数值的比较操作，触发器用于保存比较结果。
根据比较结果，触发器会输出相应的电平值，以表示大小关系。
3. 模拟比较器：模拟比较器用于比较两个模拟信号的大小。
它通常是由一个比较器和一个反馈网络构成的。
比较器将两个输入信号进行比较，并根据比较结果调整反馈网络的输出电压，使得其尽可能接近较大或较小的输入信号。
通过不断调整反馈网络的输出电压，模拟比较器可以实现精确的信号比较。
总的来说，数值比较器的原理主要依靠电压比较、逻辑比较或
模拟比较的方法，通过比较输入信号的大小来产生相应的输出结果。
不同的比较器设计有不同的原理，可以根据具体的应用需求选择合适的数值比较器。
比较器的应用(问题)
输出
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2、用门电路设计量值比较器有那些步骤？ 答： （1）根据要求画 1 0 1
（ >B） A 0 0 1 0
(A B =) 1 0 0 1
(A B <) 0 1 0 0
（2）根据真值表写出表达式 FA>B=A.B FA>B=A.B FA=B=A+B （3）根据表达式画出逻辑电路图并连接电路验 证结果。
2011-7-13
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（2）电子锁原理 利用比较器可以做一个有趣的电子锁实验， 将两个比较器串联，形成一个八位比较器，并假 设A组的8个输入为开锁的钥匙，B组的8个输入为 电子锁的密码。输入A组数据，与B组数据（密码） 做比较，如果A组等于B组，发光二极管发光并开 锁；如果A组不等于B组，则蜂鸣器报警，表示有 危险情况。我们可以利用两片四位比较器，将其 串联起来完成一个8位电子锁， 在电路中，A=B的输出端驱动发光二极管，A>B和 A<B的输出端接一个或门，只要有其中一种情况发 生，或门就输出高电平。
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2011-7-13
实验原理
（1）比较器原理 比较器对两组同样位数的二进制数进行数值比较。有等值比较 器和量值比较器两类，等值比较器只检验两数是否相等，量值比 较器不但要检验两数是否相等，还要判断出它们的大小。按数据 的传输方式，又有串行比较器和并行比较器之分。 现以具有控制输入端的四位量值比较器74LS85为例加以说明，它 有8个数码输入端（A0～A3，B0～B3），三个控制输入端（a>b） （a<b）（a=b）和三个控制输出端（ A>B）（A<B）和（ A=B）。 四位量值比较器74LS85以并行方式对二进制码和BCD码进行直接 比较，比较时先比较两组输入数据的最高位，如不等则输出比较 结果，如相等则再比较下一位，依次类推，直至最低位，这样的 比较可以提高比较速度。 对于两组四位字，比较结果直接在三个输出端输出，而较长的字， 则可将比较器级联起来进行比较。级联时，将低位比较器的三个 输出端接到高位比较器的控制输入端，而低位比较器的控制输入 端（a=b）必须接高电平；（a>b）和（a<b）必须接低电平。这样 的级联方式，要经过两级门延迟时间来完成长字的比较，还有另 一种能进一步降低比较时间的级联方式，并联方式。
数值比较器
A0 = B0
A0 = B0 A0 = B0 A0 = B0 A0 = B0
H
L × H L
L
H × H L
L
L H L L
L L L H
L
H L L H
L
L H L L6
2. 集成数值比较器的位数扩展
用两片7485组成8位数值比较器（串联扩展方式）。
低四位
A0 B0 A1 B1 A2 B2 A3 B3 A4 B4
B3 IA=B
1 16 VCC 15 A3 14 B2 13 A2 12 A1 11 B1 10 A0 9
IA＜B 2
A0 B0 IA＞B IA＜B IA=B A1 B1 A2 B2 A3 B3
3
74LS85
FA=B FA＜B FA＞B
IA＞B 4 FA＞B 5 FA=B 6 FA＜B 7 GND 8
7
用7485组成16位数值比较器的并联扩展方式。
B15A15~B12A12
B15 A15 B12 A12
B11A11~B8A8
B8 A8
B7A7~B4A4
B4 A4
B3A3~B0A0
B0 A0
B3 A3 B2 A2 B1 A1 B0 A0 IA＞B C3 FA＜B FA＞B IA＜B IA=B
0 0 1
高四位
A5 B5 A6 B6 A7 B7
0 0 1
A0 B0 IA＞B IA＜B IA=B F A=B
A1 B1
A2 B2 C0
A3 B3
A0 B0 IA＞B IA＜B IA=B F A=B
A1 B1
A2 B2 C1
A3 B3
低位片
FA＞B
比较器的工作原理及应用
比较器的工作原理及应用1. 引言比较器是一种用来比较两个数值的电子元件，常用于电子工程和自动控制系统中。
它可以将输入信号与参考信号进行比较，然后输出一个相应的逻辑信号，用来表示两个信号之间的关系。
本文将介绍比较器的工作原理和应用场景。
2. 比较器的工作原理比较器的工作原理基于电压的比较。
通常，比较器有一个或多个输入端口和一个输出端口。
比较器根据输入端口的电压值与参考电压进行比较，并生成一个逻辑信号输出。
具体来说，比较器有以下几个基本的工作模式：2.1. 差分输入模式差分输入模式是比较器最常用的工作模式之一。
在这种模式下，比较器的两个输入端口分别连接两个输入信号，通常称为非反相输入和反相输入。
比较器将对这两个输入信号进行比较，并将结果输出。
2.2. 单输入模式在单输入模式下，比较器的一个输入端口连接输入信号，另一个输入端口连接参考电压。
比较器将输入信号与参考电压进行比较，并输出相应的逻辑信号。
2.3. 阈值模式阈值模式是一种特殊的比较器工作模式。
在这种模式下，比较器将输入信号与一个或多个预设的阈值进行比较，并输出一个逻辑信号。
3. 比较器的应用场景由于比较器具有高速、精确和稳定的特性，它在许多领域中都有广泛的应用。
以下是比较器常见的应用场景：3.1. 模拟信号处理比较器常用于模拟信号的处理。
例如，在音频处理领域，音频比较器可以用来判断音频信号的强度和频率，从而实现音频信号的增强或滤波。
3.2. 传感器接口比较器可以用于传感器接口电路。
当传感器输出的电压超过或低于一定的阈值时，比较器可以检测到并触发相应的动作，例如报警、自动控制等。
3.3. 电压监测比较器可以用于电源检测和电池管理系统中。
通过比较输入信号与预设的阈值，比较器可以判断电压是否处于安全范围，并触发相应的保护措施。
3.4. 数字信号处理比较器在数字信号处理中也有广泛的应用。
例如，比较器可以用于比较两个数字信号的大小，从而实现电子比较器、数字滤波器等。
数值比较器的定义及功能
数值比较器的定义及功能在数字系统中，特别是在计算机中都具有运算功能，一种简单的运算就是比较两个数Ａ和Ｂ的大小。
数值比较器就是对两数Ａ、Ｂ进行比较，以判断其大小的逻辑电路。
比较结果有Ａ＞Ｂ、Ａ＜Ｂ以及Ａ＝Ｂ三种情况。
1.１位数值比较器１位数值比较器是多位比较器的基础。
当Ａ和Ｂ都是１位数时，它们只能取０或１两种值，由此可写出１位数值比较器的真值表：由真值表得到如下逻辑表达式：由以上逻辑表达式可画出如下图所示的逻辑电路。
实际应用中，可根据具体情况选用逻辑门。
2.两位数值比较器现在分析比较两位数字A1A0和B1B0的情况。
利用1位比较器的结果，可以列出简化的真值表如下：为了减少符号的种类，不再使用字母Ｌ，而以（A i＞B i）、（A i＜B i）、（A i＝B i）直接表示逻辑函数。
可以由真值表对两位比较器作如下简要概述。
当高位（A1、B1）不相等时，无需比较低位（A0、B0），两个数的比较结果就是高位比较的结果。
当高位相等时，两数的比较结果由低位比较的结果决定。
由真值表可以写出如下逻辑表达式：根据表达式画出逻辑图：电路利用了１位数值比较器的输出作为中间结果。
它所依据的原理是，如果两位数A1A0和B1B0的高位不相等，则高位比较结果就是两数比较结果，与低位无关。
这时，由于中间函数（A1＝B1）＝０，使与门G1、G2、G3均封锁，而或门都打开，低位比较结果不能影响或门，高位比较结果则从或门直接输出。
如果高位相等，即（A1＝B1）＝１,使与门G1、G2、G3均打开，同时由（A1＞B1）＝０和（A1＜B1）＝０作用，或门也打开，低位的比较结果直接送达输出端，即低位的比较结果决定两数谁大、谁小或者相等。
数值比较器
输 出 FA＞BFA＜BFA = B ＞ ＜ 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1
× × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 1 0 0 0 1 0 0 0 1 × × 1
实验题
设计一个对两个两位无符号的二进制数进 行比较的电路；根据第一个数是否大于、 等于、小于第二个数，使相应的三个输出 端中的一个输出为“1”，要求用与门、与非 门及或非门实现。
4、设计一个对两个两位无符号的二进制数进行 比较的电路；根据第一个数是否大于、等于、 小于第二个数，使相应的三个输出端中的一个 输出为“1”，要求用与门、与非门及或非门实 现。 实验过程提示： 根据题意，第一个设为A1A0，第二个数设为 B1B0，列真值表如下
74LS85的功能表(187) 74LS85的功能表(187)
输 A3，B3 1 0 0 1 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3 A2，B2 × × 1 0 0 1 A2 = B2 A2 = B2 A2 = B2 A2 = B2 A2 = B2 A2 = B2 A2 = B2 A2 = B2 入 A1，B1 × × × × 1 0 0 1 A1 = B1 A1 = B1 A1 = B1 A1 = B1 A1 = B1 A1 = B1 A0，B0 × × × × × × 1 0 0 1 A0 = B0 A0 = B0 A0 = B0 A0 = B0 级联输入 IA＞BIA＜B IA ＞ ＜
( A < B) = A3B3 + A3 ⊕ B3 ⋅ A2B2 + A3 ⊕ B3 ⋅ A2 ⊕ B2 ⋅ A B1 1 + A3 ⊕ B3 ⋅ A2 ⊕ B2 ⋅ A ⊕ B1 ⋅ A B0 1 0 + A3 ⊕ B3 ⋅ A2 ⊕ B2 ⋅ A ⊕ B1 ⋅ A ⊕ B0 ⋅ (a < b) 1 0
数值比较器
数值比较器在一些数字系统（例如数字计算机）当中经常要求比较两个数字的大小。
为完成这一功能所设计的各种逻辑电路系统称为数值比较器。
1．位数值比较器首先讨论两个1位二进制数A和B相比较的情况。
这时有三种可能：1） A>B（即A＝1、B＝0），2）则，3）故可以用作为,A<B的输出信号。
2） A<B（即A＝0、B＝1），则，故可以用作为A<B的输出信号。
3） A＝B，则，故可以用作为A＝B的输出信号。
将上述的逻辑关系画成逻辑图，即得到图3.3.31所示的1位数值比较器电路。
图3.3.31 1位数值比较器二．多位数值比较器在比较两个多位数的大小时，必须自高而低的逐位比较，而且只有在高位相等时，才需要比较低位。
例如A、B是两个4位二进制数和，进行比较时应首先比较和。
如果，那么不关其他几位数码各为何值，肯定是A>B。
反之，如，则不管其他几位数码为何值，肯定是A<B。
如果，这就必须通过比较下一位和来判断A和B 的大小了。
依次类推，定能比出结果。
图3.3.32是4位数码比较器CC14585的逻辑图。
图中的、和是总的比较结果，和是两个比较的4位数的输入端，、和是扩展端，供片间连接时用。
由逻辑图可写出输出的逻辑表达式为（3.3.32）（3.3.33）（3.3.34）只比较两个4位数时，将扩展端接低电平，同时将和接高电平，即、。
这时式（3.3.32）中的最后一项为0，其余4项分别表示了A<B的四种可能情况，即；而；、而；、、而。
式（3.3.33）表明，只有A和B的每一位都相等时，A和B才相等。
式（3.3.34）则说明，若A和B比较的结果既不是A<B又不是A=B，则必为A>B。
图3.3.32 4位数值比较器CC145585的逻辑图CC14585 4位数据比较器的功能列表如下：一片CC14585只要将、即可实现两个4位二进制数比较，两片CC14585只要适当利用、两个输入引脚即可实现两个8位二进制数比较。
数值比较器
数值比较器
在计算机中常常需要比较两个二进制数的大小。
数值比较器的功能就是用来比较两个相同位数的二进制数的大小。
数值比较的结果有3种情况即：A=
<
B
,。
>,
B
A
A
B
注意：多位数值比较器，先比较高位，高位相等时再比较低位。
例1 利用组合逻辑门器件，设计一个1位二进制数的数值比较器。
解：
（1）分析功能确定变量：假设A、B是两个待比较的1位二进制数，其比较的结果有3种情况分别设为F A＞B、F A＜B 、F A=B，比较结果中有一个发生即为1，不发生为0，则列出真值表。
两一位二进制数数值比较器真值表
（2）由真值表列出逻辑表达式： B A F B A =>
F A ＜B B A =
B A B A AB B A F B A +=+==
（3）由逻辑表达式画出逻辑电路图。
A B A>B
F A<B F A=B
F。
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数值比较器电路的仿真分析及应用
程勇陈素陈淑平
（机电信息工程系实训中心450008）
摘要：数值比较器是数字电路中经常用到的典型电路，传统的教学模式中，对数值比较器的学习及应用设计，离不开在实验室中的电路调试，学习方式较为枯燥抽象，又耗时费力，学习效果也不尽理想。
现代电子设计中，由于仿真软件的出现，变抽象的知识为直观的展示，既可以通过仿真学习数值比较器的工作原理，又可以通过仿真进行数值比较器的应用设计，学习及应用效果事半功倍。
关键词：数值比较器、仿真分析、应用
在各种数字系统尤其是在数字电子计算机中，经常需要对两个二进制数进行大小判别，然后根据判别结果转向执行某种操作。
用来完成两个二进制数的大小比较的逻辑电路称为数值比较器，简称比较器。
在数字电路中，数值比较器的输入是要进行比较的两个二进制数，输出是比较的结果。
一．电路设计分析
首先讨论1位数值比较器。
1位数值比较器是多位比较器的基础。
当A和B 都是1位二进制数时，它们的取值和比较结果可由1位数值比较器的真值表表示，如表1所示。
表1 1位数值比较器的真值表
由真值表可得如下逻辑表达式
A B A B A B F AB F AB F AB AB A B ><====+=⊕
由逻辑表达式可以画出如图1所示的逻辑图。
图1 1位数值比较器逻辑图
二．比较器电路的仿真分析
（一）元件选取及电路组成
打开仿真软件Multisim 10，根据图1所示的1位数值比较器逻辑图，可以在仿真软件Multisim 10中构建仿真电路，如
图3所示。
1．元件选取
（1）指示灯的选取
1位数值比较器逻辑运算完后，输出结果处
接一指示灯作为指示，灯亮表示运算结果成立，
灯灭表示运算结果不成立。
单击元件栏的Place
Indicator →PROBE ，选取PROBE_RED 指示灯。
为了观察清晰明白，将指示灯PROBE 连击打开其 图2 指示灯的Label 设置 设置对话框，在其Label 中的标号由默认的X1改为“A 等于B ”、“A 大于B ”、“A 小于B ”等。
如图2所示。
（2）其他元器件可参照以下说明取用。
电源VCC ：Place Source →POWER_SOURCES →VCC
接地：Place Source →POWER_SOURCES →GROUND ，选取电路中的接地。
或非门U1A 的选取：Place TTL →74LS →74LS02D
与门U3A 、U5A 的选取：Place TTL →74LS →74LS08D
非门U2 A、U4A的选取：Place TTL→74LS→74LS04N
2．电路组成
参照图3放置元件并进行连接，构成1位数值比较器的仿真测试电路。
（二）仿真分析
打开仿真开关，开关A、B上下表示不同的输入数值，接高电平VCC表示输入为1，接低电平地表示输入为0，输出结果灯亮为1，表示该结果成立。
可按表1的真值表进行仿真测试，观察输出结果的灯亮指示，这样就明白比较器工作的含义了，图3所示电路的状态，表示数值A等于B。
图3 1位数值比较器仿真电路
三．仿真分析总结
实际工作中，不需要自己组合数值比较器，已有现成的集成芯片供用户使用。
下面介绍集成数值比较器74LS85的使用。
集成数值比较器74LS85是4位数值比较器。
两个4位数的比较是从A的最
高位A
3和B的最高位B
3
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A
3=B
3
，则再比较次高位A
2
和B
2
，以此类推。
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。
74LS85功能如表2所示。
表2 74LS85功能表
真值表中的输入变量包括两个4位二进制数人：A 3A 2A 1A 0与B 3B 2B 1B 0，以及I A ＞B 、I A ＜B 、I A=B ，其中I A ＞B 、I A ＜B 、I A=B 是低位数的比较结果，由级联低位芯片送来，
用于与其他数值比较器连接，以便组成位数更多的数值比较器。
当2个数值比较器级联时，若高位比较器的两数相等，则比较结果由级联输入信号I A ＞B 、I A ＜B 、I A=B 而定。
为了简化比较过程，可先看级联输入I A=B 是否为1。
若I A=B ＝l ，即低位比较器的两数相等，则比较结果为
F A=B =1。
若I A=B ＝0，则再看级联输入I A ＞B 和I A ＜B ，如果I A
＞B ＝l ，即低位比较器的A>B ，则比较结果为F A ＞B ＝1；如
果I A ＜B ＝1，即低位比较器的A<B ，则比较结果为F A<B ＝1。
74LS85的引脚图如图4所示。
实际使用时，若仅对
4位数进行比较，需对I A ＞B 、I A ＜B 、I A=B 进行处理，即I A ＞B =I A
＜B =0，I A=B =1。
图4 74LS85的引脚图
四．数值比较器的应用（温度报警器电路）
通过仿真学习，了解掌握了数值比较器的工作原理以后，即可将数值比较器应用于实用电路中，下面以温度报警器电路为例，介绍数值比较器在应用设计中的过程。
如图5所示为温度报警器电路的逻辑图，温度检测电路已检测出温度数值，并以8位二进制数输出，8位二进制数的范围为0～255，表示温度数值为0℃～255℃，其中温度检测电路可由温度传感器组成。
温度报警器电路采用了两片级联的74LS85用作8位数值比较。
数据输入端A 连接输入的温度数据，而数据输入端B 接报警数值。
B 输入端连接状态为
“01100010”。
二进制数01100010转换为十进制数为98。
的A>B．输出端输出为“1”，当A输入端数值大于B输入端的设定值时。
IC
2
晶体管9013饱和导通，蜂呜器发出报警声音，即当检测温度大于98℃时报警器报警。
图5 温度报警器电路逻辑图
明白了该电路的工作原理以后，就可以自行设计检测温度在0℃～255℃间的任一温度的报警电路了，只需改变B输入端的二进制数设定值。
图6 温度报警器的仿真电路
温度报警器的仿真电路如图6所示，温度输入端用8个开关模拟输入温度的8位二进制数，温度设置端已设置为“01100010”，二进制数01100010转换为十进制数为98，所以温度设置端设置的报警温度为98℃，温度输入端此时的输入代码为01100100 ，01100100转换为十进制数为100，表示此时的输入温度为100℃，所以报警指示灯亮。
仿真电路中为了观察方便，以指示灯代替了实际电路的报警器，工作原理是完全一样的。
以往的电路设计往往需要在实验室进行芯片线路的搭接、调试，费时又费力。
仿真软件的出现，极大的提高了电路设计的效率，通过数值比较器的仿真应用设计，可以看出，仿真软件不仅是学习数字电路的好帮手，也是电路开发设计的利器。
参考文献
[1] 潘明，潘松. 数字电子技术基础. 北京：科学出版社，2008
[2] 阎石. 数字电子技术基本教程. 北京：清华大学出版社，2007
[3] 曹林根. 数字逻辑. 上海：上海交通大学出版社，2007
[4] 陈志武. 数字电子技术基础辅导教案. 西安：西北工业大学出版社，。