4位数值比较器设计
BCD-7段译码器、四位超前进位加法器、四位数值比较器
BCD-7段译码器一、电路图a=A0A1'A2'A3'+A0'A1'A2A3'=A1'A3'(A0异或A2) （其中撇号’表示“非”）b=A3'A2A1'A0+A3'A2A1A0'=A3'A2(A1异或A0)c=A3'A2'A1A0'd=A3'A2'A1'A0+A3'A2A1A0+A3'A2A1'A0'e=(A2+A1+A0)(A1'+A0)f=A3'A2'A1'A0+A3'A2A1A0+A3'A2'A1g=A3'A2'A1'+A3'A2A1A0二、实验结果a)仿真结果{A3,A2,A1,A0}取遍0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，结果均符合要求。
b)在实际FPGA中实验结果：符合要求。
三、结果分析a)输入值范围在0000-1001之间时，可以实现BCD码转7段显示码功能。
但在输入值超出范围时将显示乱码。
若不允许乱码出现，可将卡诺图中的不确定性项d全部改为需要的值，以提示输入错误或不显示任何内容。
但这将使电路规模大幅增加。
b)关键路径含3级门。
其中a，b使用了异或门，但异或门的输入均为原变量。
通过异或门的路径最多只需通过2级逻辑门。
若全部改用与门、或门，则必须有反变量输入，使a，b的关键路径仍然含有3级门，因此不能提升速度，但每个函数必需的带宽都将从4增加为8。
如果与门、或门过剩，异或门不足，且带宽不是制造过程中的制约因素，则更适宜使用与门、或门。
由以上可知，使用异或门可以避免反变量输入，节约1级非门的相应时间，节约带宽。
d函数在卡诺图的分布导致其无法很好化简，因此将占用较多带宽。
数值比较器 数电课件
出：
。
Li Ai Bi 、Mi Ai Bi 、Gi Ai Bi
3. 真值表
一位数值比较器的真值表如表4.4.1—1所示。
表4.4.1—1
4. 逻辑函数表达式
由表4.4.1—1可知，一位数值比较器的逻辑函数表达式为：
Li Ai Bi Mi Ai Bi Gi Ai Bi Ai Bi Ai Bi Ai Bi
。
CMOS电路
各级的级联输入端
必A须/ 预B先/预置为1，最低4位的级联输入端
必须预先预A置/ 为 B/，。A/ B/
0 ，1
这是因为在CMOS电路中L是由M和G来确定的。
L M gG M G
4位数值比较器CC14585的逻辑电路图
2. 并联扩展
返回
§4·4 数值比较器 （Digital Comparator）
所谓数值比较，是指对两个位数相同的二进制整数进行比较并判断它们之间的大小关 系。
一、一位数值比较器 1. 逻辑功能
我们把用来实现两个一位二进制数比较运算的组合逻辑电路，称为一位数值比较器。
2. 分析
Ⅰ. Ⅱ.
一由位于数比值较比结较果器的有有两大个于输、入 小于：和等于；三种A情i、况B，i 因此一位数值比较器有三个输
2. 真值表
四位数值比较器的真值表如表4.4.2—1所示。
表4.4.2—1
3. 功能表与逻辑函数表达式
设：
L A B， M A B， G A B；
Li Ai Bi ， Mi Ai Bi ， Gi Ai Bi ；
L/ A/ B/ ， M / A/ B/ ，G/ A/ B/ 。
详细设计方案_74hc85
四位数值比较器详细设计方案1.四位比较器简介：四位数值比较器是一个有多个输入和多个输出组合逻辑电路，在数字系统中有着广泛的应用。
它通过比较两个四位二进制数的值，以产生不同的输出结果。
本设计兼容数字电路中常用的74HC85数值比较器。
74HC85是4位数值比较器，其功能如表1所示，输入端包括A3～A0与B3～B0，输出端为FA>B、FA<B、FA=B，以及扩展输入端为IA>B、IA <B和IA=B。
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数值比较器。
2.四位比较器方案规格：四位数进行比较，输出比较结果。
3.四位比较器方案目的：1、使学生了解四位比较器。
2、使学生掌握四位比较器设计方法。
4.使用方法：KEY2 KEY1按键作为B1 B0输入，KEY4 KEY3按键作为A1 A0输入，3个LED（LED3 LED2 LED1）Fa>b、Fa<b、Fa=b指示，下载到FP GA上面，可以看到默认时候LED1发光，代表Fa=b，当KEY2或者K EY1按下时候LED3亮，代表A<B，当KEY4或者KEY3按下时候LED 2亮，代表A>B。
5.四位比较器硬件方案：6.四位比较器实现原理74HC85是4位数值比较器，其功能如表1所示，输入端包括A3～A0与B3～B0，输出端为FA>B、FA<B、FA=B，以及扩展输入端为IA>B、IA <B和IA=B。
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数值比较器。
其逻辑符号如图1所示。
7.Verilog HDL源代码Verilog HDL代码为：module compare4(input [3:0] a_in, // 第一个4位比较值input [3:0] b_in, // 第二个4位比较值input [2:0] i_in, // 扩展输入端output reg [2:0] f_out // 比较结果输出端);//******************************************************************** **********// 模块名称：4位比较器模块// 功能描述：完成4位比较器的功能//******************************************************************** **********always@( a_in or b_in or i_in ) beginif ( a_in > b_in )f_out = 3'b100; // 输出a大于belse if( a_in < b_in )f_out = 3'b010; // 输出a小于belse begincase( i_in )3'b000:f_out = 3'b110;3'b010:f_out = 3'b010; // 输出a小于b3'b100:f_out = 3'b100; // 输出a大于b3'b110:f_out = 3'b000;default:f_out = 3'b001; // 输出a等于bendcaseendendendmodule8.日积月累思考其他控制发光二极管放光的办法。
4位数值比较器设计教学资料
4位数值比较器设计电子技术课程设计报告题目： 4位数值比较器设计学生姓名：学生学号：年级：专业：班级：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A3A2A1A0与B3B2B1B0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+FA3=B3FA2=B2FA1=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 、IA<B 、IA=B 进行适当处理，IA>B=IA<B=0,IA=B=1。
4位数值比较器
X X大学课程设计题目 4位数值比较器学院 X学院专业 XXX 班级 XXX 学生 XXX 学号 200000000 指导教师 XXX二〇一〇年十二月二十七日摘要随着时代的进步，社会的发展，科学技术的进步，我们会在很多地方用到比较器。
例如，在体育竞技场地对一些选手的成绩进行比较，选出他们中的成绩优异者；我们为了比较一下不同物品的参数，我们可以利用一些科学技术来实现这些功能，使得我们的工作效率得以提高，减少了我们认为的工作量。
我们可以根据不同的需要来制造出不同类型的比较器。
我们可以利用一些我们所学的知识，利用一些简单的二极管、三极管、MOS管的开关特性来组成各种门电路的基本开关元件。
我们再利用这些元件组成比较器的组合逻辑电路。
根据不同的需要，来用不同的方法来连接元件实现不同的功能。
我们可以实现1位数比较器，2位数比较器，4位数比较器，8位数比较器等多种比较器。
关键词门电路；开关元件；比较器；逻辑电路；目录摘要 (1)1 前言.................................................................. ................ .. (3)1.1CMOS组成的门 (3)1.1.1C M O S组成的非门 (4)1.1.2C M O S组成的与非门 (4)1.2位数比较器 (5)24位数比较器 (7)2.1 原理框图 (7)2.2 逻辑电路图 (8)2.2.14位数逻辑电路图 (8)2.2.2 4位数比较器原理 (9)2.2.3 电路板示意图 (10)结论 (11)心得体会 (12)致谢 (14)参考文献 (14)1前言本课程设计主要是根据我们学习的余孟尝主编的《数字电子技术简明教程（第三版）》的后续课程。
这个课程设计在保证基础，精选内容，加强感念理解，联系实际，利于我们学习这门课程，加深对这门课程的理解。
它还可以增加我们的实际思维能力和动手能力。
4位数值比较器设计[整理]
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4位数值比较器设计[整理]四位数值比较器是一种常见的数字电子电路，广泛应用于计算机、通信、控制等领域。
其主要功能是将两个四位数字进行比较，输出比较结果。
下面将介绍如何设计一款四位数值比较器。
一、功能描述四位数值比较器输入两个四位数字A、B，比较它们的大小关系，输出比较结果。
如果A>B，输出1；如果A<B，输出-1；如果A=B，输出0。
二、设计步骤1.分析功能需求根据功能描述，我们需要完成以下任务：（1）输入两个四位数字A、B。
（2）将两个数字进行比较。
（3）输出比较结果。
2.确定输入输出端口和数据宽度根据上述功能需求，我们可以确定输入为两个4位数字A、B，输出为1位数字（1、0或-1）。
因此，输入端口需要8个引脚（4位输入A、4位输入B），输出端口需要1个引脚。
3.分析比较规则比较规则可以分为以下几个步骤：（1）判断A和B的位数是否相等，如果不相等，则将位数不足的数字前面补0。
（2）从高位开始比较A和B的每一位数字，如果相同，则继续比较下一位，如果不同，则输出A和B相应位数之差的符号。
（3）全部比较完成后，如果A=B，则输出0。
4.设计电路原理图基于上述分析，我们可以得到四位数值比较器的电路原理图，如下所示：（A>B）——Y=15.实现电路功能实现上述电路原理图的功能，需要对每个子模块进行详细设计和调试。
具体实现过程如下：（1）比较器比较器的功能是比较两个数的大小关系。
本电路中采用了四位全加器（4-bit full adder）实现比较器的功能。
根据比较规则，当A和B的相应位数相同时，将A和B相应位数之差的符号作为比较结果进行输出。
具体电路原理如下图所示：（2）选择器选择器的功能是根据比较结果输出相应的数值。
由于比较结果输出的是1、0或-1，因此我们需设置三个选择器，用于分别输出明确的比较结果。
具体电路原理如下图所示：多路选择器的作用是判断A和B的数字位数是否相同，并在数字位数不同时将位数不足的数字前面补0。
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
4位数值比较器
X X大学课程设计题目4位数值比较器学院X学院专业XXX班级XXX学生XXX学号*********指导教师XXX二〇一〇年十二月二十七日摘要随着时代的进步，社会的发展，科学技术的进步，我们会在很多地方用到比较器。
例如，在体育竞技场地对一些选手的成绩进行比较，选出他们中的成绩优异者；我们为了比较一下不同物品的参数，我们可以利用一些科学技术来实现这些功能，使得我们的工作效率得以提高，减少了我们认为的工作量。
我们可以根据不同的需要来制造出不同类型的比较器。
我们可以利用一些我们所学的知识，利用一些简单的二极管、三极管、MOS管的开关特性来组成各种门电路的基本开关元件。
我们再利用这些元件组成比较器的组合逻辑电路。
根据不同的需要，来用不同的方法来连接元件实现不同的功能。
我们可以实现1位数比较器，2位数比较器，4位数比较器，8位数比较器等多种比较器。
关键词门电路；开关元件；比较器；逻辑电路；目录摘要 (1)1前言.................................................................. ................ .. (3)1.1C M O S组成的门 (3)1.1.1C M O S组成的非门 (4)1.1.2C M O S组成的与非门 (4)1.2位数比较器 (5)2 4位数比较器 (7)2.1 原理框图 (7)2.2逻辑电路图 (8)2.2.14位数逻辑电路图 (8)2.2.24位数比较器原理 (9)2.2.3 电路板示意图 (10)结论 (11)心得体会 (12)致谢 (14)参考文献 (14)1前言本课程设计主要是根据我们学习的余孟尝主编的《数字电子技术简明教程（第三版）》的后续课程。
这个课程设计在保证基础，精选内容，加强感念理解，联系实际，利于我们学习这门课程，加深对这门课程的理解 。
它还可以增加我们的实际思维能力和动手能力。
1.1 CMOS 组成的门本次课程设计需要一些简单的电路，我们开始先介绍简单的电路。
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电子技术课程设计报告题目： 4位数值比较器设计
学生姓名：
学生学号：
年级：
专业：
班级：
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A3A2A1A0与B3B2B1B0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+FA3=B3FA2=B2FA1=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、IA<B、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。
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。
图2 输入电路设计
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
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)。
两个４位数的比较是从Ａ的最高位A3和Ｂ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
图5 75Ls85D功能结构电路设计图
表1 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
图6 四位数值比较器整体电路原理图
3.4元器件清单
表3 元器件清单
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。
图8 A>B的情况
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Key1、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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2004年1月
[2] 蓝和慧宁武等全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解 [M]
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[10] 孙梅升．《电子技术基础课程设计》[M]．高等教育出版社，2003．
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