运算电路设计样本
减法运算电路设计
减法运算电路设计1.减法原理减法运算的基本原理是通过将被减数与减数进行按位取反，然后加1，再进行加法运算，即可得到减法运算的结果。
这是因为减法运算可以转化为加法运算，减法可以通过加法实现。
2.减法电路设计减法电路的设计包含三个主要的步骤：将减法转化为加法、设计加法器、设计控制逻辑。
2.1将减法转化为加法将减法转化为加法是减法电路设计的第一步。
这里需要实现减数的取反和加1、取反可以通过异或门来实现，加1可以通过加法器来实现。
2.2设计加法器为了实现减法运算，我们需要设计一个能够同时处理加减法的加法器。
常用的加法器有半加器、全加器和多位加法器。
在减法电路中，我们可以使用多个全加器来实现两个二进制数的加法和减法运算。
2.3设计控制逻辑控制逻辑用于控制减法电路的操作，根据输入的操作信号，控制减数的取反和加法器的运行。
通常，控制逻辑由逻辑门和触发器组成，可以根据输入的操作码进行控制。
3.电路实现下面是一个4位减法器的例子，使用全加器进行加法和减法运算。
输入A:A3A2A1A0(被减数)输入B:B3B2B1B0(减数)输出D:D3D2D1D0(差值)首先，实现四个全加器用于处理每一位的减法运算。
全加器的输入包括两个加数和进位（来自前一位的借位），输出为和值和进位。
全加器的真值表如下：ABCi，SCo000，00001，10010，10011，01100，10101，01110，01111，11其中，A和B分别表示两个二进制数的对应位，Ci表示进位，S表示和值，Co表示进位。
根据全加器的真值表，我们可以通过组合逻辑来实现四个全加器。
每个全加器的输入包括A、B和前一位的进位（初始进位为0），输出为当前位的差值和进位。
最后，将四个全加器的输出作为减法器的输出，即得到了4位减法器的设计。
4.总结减法运算电路是数字电路中常见的逻辑电路，它可以通过将减法转化为加法，并实现加减法器和控制逻辑来实现减法运算。
在设计减法电路时，需要考虑减法转化为加法，选择适当的加法器，以及设计合适的控制逻辑。
积分运算电路
u0
1 R1C F
u1dt
表明该电路输出电压与输入电 压的积分成正比，比例系数为 +1/R1CF。
积分运算电路
1.2 同相积分运算电路 -公式推导
根据理想运放的虚短路性质，流入反相输入端的电流为零，
因此流经电阻R1电流等于流过电容CF的电流
0 u R1
CF
d( u u0 ) dt
（1）
流入同相端的电流为零，因此流经电
u1=10Sin(30t)，电容C=0.1μF，电阻RF=100kΩ，求输出电
压u0。
式12-51
图12-18 解：由式（12-51），可得：
u0
RF C
d u1 dt
u0
RF C
du1 dt
100103
0.1106
10 30 Cos(30t)
3Cos(30t)
模拟电子技术
阻R2的电流等于流经电容C2的电流
u1 u R1
CF
d( u 0 ) dt
（2）
根据虚短路性质，同相端的电压等于反相端电压，因此
u u （3）
求解上述方程组：
u1 R1
CF
du0 dt
对t积分
u0
1 R1C F
u1dt
积分运算电路
[例12-3] 微分电路如图12-18所示，已知输入信号
积分运算电路
1.1 反相积分运算电路-公式推导
根据理想运放的虚断路性质，流入运放反相输入端的电流
为零，因此流经电阻R1的电流等于流经电容CF的电流，即
u1 u R1
CF
d (u u0 ) dt
（1）
流入同相端的电流为零，因
此
0 u 0 （2）
运算电路设计波形图绘制
运算电路设计波形图绘制波形图绘制⏹比例⏹积分⏹减法⏹运算结果⏹坐标纸比例1.确认坐标轴及刻度2/I1pp I1m U U =2.绘制u I1技巧：先确定五个点位置，然后分段描绘3.绘制u I24.标注波形名称5.计算波形数据2/I1m I1U U =t(ms)(V)(V)0I1u O u 12-1-20.20.40.60.811.2I1u Ou Tf /1=积分1.确认坐标轴及刻度2/O1pp O1m U U =2.绘制u O技巧：先绘制对称轴（直流分量，图中示例u i2=0.11V ），再确定五个点位置，然后分段描绘3.绘制u O14.标注波形名称5.计算波形数据2/O1m O1U U =t(ms)(V)(V)O u 12-1-20.20.40.60.81 1.2O1u 0.22Ou O1u减法1.确认坐标轴及刻度2/O2pp O2m U U =2.绘制u O2技巧：先绘制对称轴（直流分量），再确定五个点位置，然后分段描绘3.绘制u O14.标注波形名称5.计算波形数据2/O2m O2U U =t(ms)(V)(V)O1u 12-1-20.20.40.60.81 1.2O2u 0.22O2u O1u运算结果1.确认坐标轴及刻度2/O1pp O1m U U =2.绘制u O3.绘制u O24.标注波形名称5.计算波形数据2/O1m O1U U =t(ms)(V)(V)0O u 12-1-20.20.40.60.81 1.2O2u Ou O2u坐标纸1.确认坐标轴及刻度2.绘制u I13.绘制u O t(ms)(V)(V)0O u 12-1-20.20.40.60.81 1.2O2u Ou O2u 3.绘制u O13.绘制u I23.绘制u O23.绘制u O2坐标纸1.确认坐标轴及刻度2.绘制u I13.绘制u O4.绘制u O15.绘制u I26.绘制u O2t (ms)(V)0I1u 1-10.20.40.60.81 1.2 1.4(V)0Ou 12-1-2t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.4(V)012-1-2t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.4O1u 0.22(V)012-1-2t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.4O2u 0t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.41-1I2u (V)0.11坐标纸绘制u I1t (ms)(V)0I1u 1-10.20.40.60.81 1.2 1.4坐标纸绘制u O(V)0Ou 12-1-2t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.4坐标纸绘制u O1(V)012-1-2t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.4O1u 0.22坐标纸绘制u I20t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.41-1I2u (V)0.11坐标纸绘制u O2(V)012-1-2t (ms)0.20.40.60.81 1.2 1.4O2u。
除法运算电路(模拟电路课程设计)
模拟电路课程设计报告设计课题：除法运算电路专业班级：学生：学号：指导教师：设计时间：目录第一设计任务与要求 (3)第二方案设计与论证 (3)第三单元电路设计与参数计算 (4)第四总原理图及元器件清单 (9)第五安装与调试 (11)第六性能测试与分析 (12)第七结论与心得 (14)第八参考文献 (15)题目4：除法运算电路（4）一、设计任务与要求1．设计一个二输入的除法运算电路。
2．用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。
二、方案设计与论证该课程设计是做一个二输入的除法电路，而因此需要利用对数和指数运算电路实现或者用模拟乘法器在集成运放反馈通路中的应用来实现。
在产生正、负电源的实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路，即将四个二极管首尾相连，引出两根线接变压器，另外两个接后面电路，并将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。
电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。
方案一：除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除所得的商，所以利用对数电路、差分比例运算电路和指数电路，可得除法运算电路的方块图：I1 u方案二：利用反函数型运算电路的基本原理，将模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中，便可构成除法运算电路。
比较：方案一：该方案是利用对数电路、差分比例运算电路和指数电路的组合来设计的，运算放大器uA741要四个，电阻也很多，对焊接有很大的要求，要焊的器件比较多，相对来说比较复杂。
方案二：该方案是利用模拟乘法器放在集成运放的反馈通路中的应用，uA741只要一个，电阻也很少，焊接起来比较方便。
我选择方案二。
三、单元电路设计与参数计算1.对数运输电路（1）电路原理图由二极管方程知 )1e(DS D -=TU u I i 当 u D >>U T 时，TU u I i D e SD ≈2、差分比例运算电路（1）电路原理图电路只有二个输入，且参数对称，则3、指数运算电路（1）电路原理图SDD lnI i U u T ≈利用“虚地”原理，可得：RI u U I i U I i U u u T R T T S IS S D D O lnln ln -=-=-≈-= 用三极管代替二极管可获得较大的工作范围。
异或运verilog门电路设计
异或运verilog门电路设计
异或运算是一种常见的逻辑运算，它的运算规则是：当两个输入的值不同时，输出为1；当两个输入的值相同时，输出为0。
在数字电路中，异或运算可以通过使用异或门电路来实现。
异或门电路是一种基本的数字电路，它有两个输入端和一个输出端。
当两个输入端的值不同时，输出端的值为1；当两个输入端的值相同时，输出端的值为0。
异或门电路可以用逻辑符号“⊕”表示。
在Verilog中，可以使用逻辑运算符“^”来表示异或运算。
例如，下面的代码片段定义了一个异或门电路：
```
module xor_gate(input a, input b, output c);
assign c = a ^ b;
endmodule
```
在这个代码片段中，module关键字定义了一个模块，它有两个输入端a和b，一个输出端c。
assign关键字用来给输出端c赋值，它的值是输入端a和b的异或运算结果。
使用Verilog语言可以方便地设计和实现各种数字电路，包括异或门电路。
在实际应用中，异或门电路常用于数据加密、校验和计算、数据传输等领域。
例如，在计算机网络中，异或运算可以用来检测
数据传输中的错误，保证数据的可靠性和完整性。
异或运算是一种常见的逻辑运算，可以通过使用异或门电路来实现。
Verilog语言提供了方便的工具和语法来设计和实现异或门电路，使得数字电路的设计和实现变得更加简单和高效。
简单加减计算电路
简单加减计算电路简单加/减运算电路1 设计主要内容及要求1.1 设计⽬的：（1）掌握1位⼗进制数加法运算电路的构成、原理与设计⽅法；（2）熟悉QuartusII的仿真⽅法。
1.2 基本要求:（1）实现⼆进制数的加/减法；（2）设计加数寄存器A和被加数寄存器B单元；（3）实现4bit⼆进制码加法的BCD调整；（4）根据输⼊的4bitBCD编码⾃动判断是加数还是被加数。
1.3 发挥部分:（1）拓展2位⼗进制数（2）MC存储运算中间值；（3）结果存储队列；（4）其他。
2 设计过程及论⽂的基本要求2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个⽅向：（2）符合设计要求的报告⼀份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各⼀份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告⼀起上交；报告的电⼦档需全班统⼀存盘上交。
2.2 课程设计论⽂的基本要求（1）参照毕业设计论⽂规范打印，⽂字中的⼩图需打印。
项⽬齐全、不许涂改，不少于3000字。
图纸为A3，附录中的⼤图可以⼿绘，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封⾯、任务书、成绩评审意见表、中⽂摘要、关键词、⽬录、正⽂（设计题⽬、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、⼯作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、⼩结、参考⽂献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
摘要当今的社会是信息化的社会，也是数字化的社会，各种数字化的电器与设备越来越普及，⼈们的⼤部分⽣活都依赖于这些数字化的设备。
⽽随着科技的发达，这些数字设备的功能越来越强⼤，程序越来越复杂。
但是我们都知道各种复杂的运算都是从简单的加减运算衍⽣出来的。
经过半学期的数字电⼦技术基础的学习，我们对数字电⼦技术的理论知识有了⼀定的了解。
在这个时刻，将理论结合实际的欲望，便显得更加迫切，⽽此时的课设安排正好可以帮助我们将理论结合实际，将梦想变成现实。
本次的简单运算电路是基于QuartusⅡ仿真软件⽽设计的，⽽每⼀个仿真软件都有它⾃⼰的特⾊与优缺点。
运算电路系统设计方案
运算电路系统设计方案运算电路系统设计方案运算电路是现代电子技术中常见的一种电路，用于进行数值运算和信号处理。
它由多个功能模块组成，如比较器、加法器、乘法器等，通过这些模块的相互组合和连接，实现各种复杂的数学运算。
本文将介绍一个基于运算电路的系统设计方案。
1.系统功能需求：本系统设计的主要功能是实现两个输入信号的加法运算，并输出运算结果。
输入信号的幅度范围在-10V到10V之间，输出信号的幅度范围也在-10V到10V之间。
此外，系统还要求具有较好的运算精度和快速的响应速度。
2.系统硬件设计：该系统的主要硬件设计包括信号放大器、运算电路和输出放大器。
信号放大器的作用是将输入信号的幅度放大到运算电路的工作范围内，同时保证信号的稳定和准确。
通过运算电路实现两个输入信号的加法运算，并将运算结果输出到输出放大器。
运算电路的设计需要选择合适的运算器件，如比较器、加法器、乘法器等，并根据实际需要进行电路的连接和调试。
其中，加法器模块是本系统的核心模块，它通过将两个输入信号相加，得到输出信号。
乘法器模块可以用于系统的扩展，在需要进行乘法运算时使用。
输出放大器的作用是将运算结果放大到输出信号的幅度范围内，并保持信号的质量和稳定性。
同时，输出放大器还要具有较低的失真和噪声，以保证输出信号的准确性和清晰度。
3.系统软件设计：除了硬件设计外，本系统还需要进行一定的软件设计。
主要包括输入输出接口的设计、信号处理算法的实现和系统控制模块的开发。
输入输出接口的设计需要实现与硬件之间的数据交互，将输入信号传输到运算电路中，将输出信号传输到输出放大器和外部设备。
可以使用数字信号处理芯片或单片机来实现这一功能。
信号处理算法的实现是本系统的关键，它需要根据输入信号的特点和系统的需求，选择合适的算法并进行编程实现。
常见的信号处理算法包括傅里叶变换、滤波器设计和数据拟合等。
系统控制模块的开发是对系统整体进行控制和管理的一种方式。
通过该模块，可以实现对输入信号的选择、运算方式的调整和输出信号的控制。
乘法运算电路设计
乘法运算电路设计通常涉及到模拟或数字电路设计。
这里提供一种基于数字电路设计的简单示例，说明如何设计一个二进制乘法器。
一、二进制乘法器设计
1. 设计原理：
假设有两个两位的二进制数A1 A0和B1 B0，它们相乘的结果是Y3 Y2 Y1 Y0。
这个设计基于基本的二进制乘法原理。
2. 逻辑电路图：
根据乘法的定义，可以归纳出输出4位二进制数与输入的两位二进制数之间的逻辑关系，并据此设计逻辑电路图。
3. 仿真波形图：
通过仿真测试，验证设计的正确性。
二、硬件乘法器电路设计
1. 设计思路：
利用硬件箱自带的16进制码发生器，通过对应的键控制输出4位2进制构成的1位16进制码，数的范围是0000~1111，即
0H~FH。
每按键一次，输出递增1，输出进入目标芯片的4位2进制数将显示在该键对应的数码管。
2. 乘数和被乘数的输入模块：
将16进制码的A~F码设计成输出为null，减少无用码的输入。
3. 程序设计：
利用移位相加的方法简化程序。
以上是一个简单的乘法运算电路设计的概述，具体的电路设计还需要根据实际需求和条件进行优化和调整。
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5.4对数和指数运算电路
一．对数运算电路
1．基本电路及函数关系
条件：
二极管导通，
有
分析：1.和是温度函数，故运算精度受影响2.小信号时和1相差小，故误差大
3.极管在电流较大时其伏安特性与PN结方程差别相大，故合用于一定电流范畴。
2．改进电路
a．用三极管代替二极管以获得较大工作范畴。
见下图：
条件：
,
b．运用参数相似对管抵消温度对影响。
具备
由
c．运用热敏电阻补偿温度相应响上图中电阻和（或和）为热敏电阻，只要参数适当，原则上可消除因受温度影响而引起误差。
若则保持不变
d．实用对数运算电路
考虑事实上是三极管和之差，故把发射极改接至发射极，而将基极与地断开，经分压电阻接到运放输出，由此
而
二．指数运算电路
1．基本电路及函数关系
设由
分析：基本指数运算电路也存在温度影响问题
2．实用指数运算电路
a．思路：将反相比例电路输出电压作为指数运算电路输入电压，而使指数运算电路输出与反相比例电路输入电压成正比，那么将与成指数关系。
电路如下：
b．条件：
而
这阐明参照电压为正值条件下，必要为负值。
c．函数关系：
而
上两式相对照
为指数关系
5．5 乘除运算电路
一．乘法运算电路
输出电压与两个模仿输入电压之乘积成正比，简称模仿乘法器。
从输出电压与输入电压函数关系来看，有
同相模仿乘法器
反相模仿乘法器
从输入电压来看，有
四象限乘法器：两个输入电压可为正，也可为负
两象限乘法器：只有一种输入电压可为负，另一种固定极性
单象限乘法器：两个输入电压均为单一极性
1．对数式乘法器：
思路：为两个对数运算电路输入电压，其输出电压经反像求和送给指数运算电路，则
函数关系推导：
其中令
由于对数和指数运算电路普通规定输入电压是单一极性，因此上述电路是单象限乘法器。
2．变跨导式乘法运算电路
函数关系推导：
式中
令为A
若必要
可见两象限乘法器（只能为正）改进电路:
当幅度小时误差很大，且只能为正值，故改进如下：双平衡式模仿乘法电路
函数关系：
由于输入电压和均可正可负，故这是一种四象限模仿乘法器。
3．功能符号和应用举例
如果无特殊阐明，普通以为是四象限模仿乘法器。
a. 平方运算：
b.正弦波倍频
若
如果平方运算电路输出端加一种隔直电容，便可得到频率是正弦输入信号频率两倍正弦波。
c. 调制
若和分别接载波信号和调制信号，则将是调幅波。
d．控增益
若接直流控制电压，接信号输入电压，
则
阐明可用电压大小控制放大倍数大小。
E. 测量电功率
若与被测电路电压成正比，与被测电路电流成正比，则与被测电路功率成正比。
二．除法运算电路
输出电压与两个模仿输入电压之商成正比。
也有单象限，两象限和四象限三种。
1. 对数式除法电路。
（单象限）
从电路可看出，除法电路和对数式乘法电路相似，只是将求和电路改为减法电路。
2．反函数式除法运算电路（两象限）
函数关系推导：
工作条件：
综上：可正可负，必要改为负值。
思考：若但愿上述电路为四象限，采用什么办法？
答：在x点接如一种绝对值电路，即全波夸流电路。
3．应用举例：
使则
即
由于故必要用同相乘法器才干不变化极性，。