减法运算电路设计
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。
verilog 加减法
verilog 加减法Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于设计电子电路和系统。
它是工业界和学术界最广泛使用的HDL之一，被广泛用于设计数字集成电路（ASIC）和可编程逻辑器件（FPGA）。
加法和减法是数字电路中最基础的运算操作。
在Verilog中，我们可以使用各种不同的方法来实现加法和减法电路。
本文将详细介绍Verilog中的加法和减法电路的设计和实现。
一、加法电路设计加法电路是将两个二进制数相加得到二进制和的电路。
在Verilog中，我们可以使用全加器（full adder）来实现加法电路。
全加器的真值表如下：输入输出A B Cin Sum Cout0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 1根据真值表，我们可以得到全加器的逻辑表达式如下：Sum = A XOR B XOR CinCout = (A AND B) OR (Cin AND (A XOR B))下面是一个使用全加器实现的4位加法电路的Verilog代码示例：```verilogmodule adder4(input [3:0] A,input [3:0] B,input Cin,output [3:0] Sum,output Cout);wire c1, c2, c3;full_adder fa0(A[0], B[0], Cin, Sum[0], c1);full_adder fa1(A[1], B[1], c1, Sum[1], c2);full_adder fa2(A[2], B[2], c2, Sum[2], c3);full_adder fa3(A[3], B[3], c3, Sum[3], Cout);endmodulemodule full_adder(input A,input B,input Cin,output Sum,output Cout);assign Sum = A ^ B ^ Cin;assign Cout = (A & B) | (Cin & (A ^ B));endmodule```上述代码中，我们定义了一个4位加法电路"adder4"，它有两个4位输入A和B，一个输入Cin和一个4位输出Sum和一个输出Cout。
加法运算和减法运算电路
=8V
12
例：由三运放放大器组成的温度测量电路。
E=+5V
R
R
R
Rt
+ A1 +
ui
_
+ A2 +
R R1 RW R R1
R2
+ A3 +
uo
R2
Rt ：热敏电阻
集成化:仪表放大器
13
E=+5V
R
R
R
Rt
+ A1 +
ui _
+ A2 +
R R1 RW R R1
R2
+ A3 +
uo
R2
Rt f (TC)
( RP2 // R RP1 RP 2 //
R ui1
RP
RP1 // R 2 RP1 //
R
ui
2
)
(R1 Rf )Rf R1 R f
( RP1
//
RP 2
//
R)(
ui1 RP1
ui 2 ) RP 2
将RP= RN的条件代入可得：
uo
Rf
( ui1 RP1
ui 2 RP 2
)
在RP1=
RP2
ui1
可以变为：
uo ui2 ui1
反相输入结构的减法电路，由于出现虚地，放大电路没
有共模信号，故允许 ui1 、ui2 的共模电压范围较大，且输
入阻抗较低。在电路中，为减小温漂提高运算精度，同相端
须加接平衡电阻。
4
6.2.2 减法运算电路
1、差动减法器
由Ui1产生的输出电压为：
uo
Rf R1
减法运算电路图
同加法运算一样，减法运算可采用减法器来实现。
半减器和全减器的设计方法和步骤与设计加法器相同。
实用上，为了简化系统结构，通常不另外设计减法器，而是将减法运算变为加法运算来处理，使运算器既能实现加法运算，又可实现减法运算。
一般采用加补码的方法代替减法运算，下面先来介绍这种方法的原理。
1.反码和补码这里只讨论数值码，即数码中不包括符号位。
以前应用的自然二进制码称为原码，所谓反码就是将原码中的所有0变为1，所有1变为0后的代码。
观察如下几组原码与反码之间的关系。
显然，每组反码都是从1111中减去原码的结果，所以，可得如下反码与原码的一般关系式：Ｎ反＝（2n－1）－Ｎ原其中Ｎ等于数码的位数。
定义补码为：Ｎ补＝2n－Ｎ原于是，便可得到补码和反码的关系式：Ｎ补＝Ｎ反＋1由以上分析可知，一个数的反码可将原码经反相器获得，而由反码加1就可得到补码。
2.由加补码完成减法运算由反码与原码的一般关系式可得两数Ａ、Ｂ相减的表达式：上式表明Ａ减Ｂ可由Ａ加Ｂ的补码并减2n完成。
下图为４位减法运算电路图：由４个反相器将B的各位反相（求反），并将进位输入端C-1接逻辑1以实现加1，由此求得Ｂ的补码。
显然，只能由高位的进位信号与2n相减。
当最高位的进位信号为1（2n）时，它们的差为0；最高位的进位信号为0时，它与2n相减所得的差为1，同时还应发出借位信号。
因此，只要将最高位的进位信号反相即实现了减2n的运算，反相器的输出Ｖ为1时需要借位，故Ｖ为借位信号。
下面分两种情况分析减法运算过程。
（1）Ａ－Ｂ≥0的情况。
设Ａ＝0101，Ｂ＝0001。
求补相加演算过程如下：直接作减法演算，则有比较两种运算结果，它们完全相同。
在Ａ－Ｂ≥0时，所得的差就是差的原码，借位信号为0。
（2）Ａ－Ｂ＜0的情况。
设Ａ＝0001，Ｂ＝0101。
求补相加演算过程如下：直接作减法运算，则有：比较两种运算结果可知，前者正好是后者的绝对值的补码，借位信号Ｖ为1时表示差为负数，Ｖ为0时差为正数。
4位加减法并行运算电路(包括拓展8位)
4位加减法并行运算电路(包括拓展8位)二○一二～二○一三学年第一学期电子信息工程系脉冲数字电路课程设计报告书班级：电子信息工程(DB)1004班课程名称：脉冲数字电路课程设计学时： 1 周学生姓名：学号：指导教师：廖宇峰二○一二年九月一、设计任务及主要技术指标和要求➢ 设计目的1. 掌握加/减法运算电路的设计和调试方法。
2. 学习数据存储单元的设计方法。
3. 熟悉集成电路的使用方法。
➢ 设计的内容及主要技术指标1． 设计4位并行加/减法运算电路。
2． 设计寄存器单元。
3． 设计全加器工作单元。
4． 设计互补器工作单元。
5． 扩展为8位并行加/减法运算电路（选作）。
➢ 设计的要求1． 根据任务，设计整机的逻辑电路，画出详细框图和总原理图。
2． 选用中小规模集成器件（如74LS 系列），实现所选定的电路。
提出器材清单。
3． 检查设计结果，进行必要的仿真模拟。
二、方案论证及整体电路逻辑框图➢ 方案的总体设计步骤一因为参与运算的两个二进制数是由同一条数据总线分时串行传入，而加法运算的时候需要两个数的并行输入。
所以需要两个寄存器分别通过片选信号，依次对两个二进制进行存储，分别在寄存器的D c B A Q Q Q Q 端口将两个4位二进制数变成并行输出； 步骤二 为了便于观察置入两个4位二进制数的数值大小，根据人们的习惯，在寄存器的输出端，利用两个七段译码器将二进制数转化为十进制数； 步骤三通过开关选择加/减运算方式；步骤四若选择加法运算方式，对所置入数送入加法运算电路进行运算；即：9)1001()0110()0011(222==+ 【十进制：963=+】又或：15)1111()0100()1011(222==+ 【十进制：15511=+】步骤五若选择减法运算方式，对所置入数送入减法运算电路进行运算；即：2)0010()0101()0111(222==- 【十进制：257=-】又或：10)1010()1101()0011(222=-=- 【十进制：10133-=-】步骤六为了便于观察最后的计算结果，以及对最后的计算结果的正确性能做出快速的判断，根据人们的习惯，同上，将计算出的结果输入七段译码器进行译码显示。
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。
电路中的减法器设计
电路中的减法器设计在电路领域中，减法器是一种常用的逻辑电路。
它的作用是执行数字减法操作，将输入的数字进行减法运算，并输出结果。
减法器的设计非常重要，因为它在计算机和数字电子系统中扮演着重要的角色。
1. 什么是减法器？减法器是一种基本的逻辑门电路，它能够实现数字减法运算。
在减法器电路中，有两个输入端和一个输出端。
一个输入端被称为被减数端，另一个输入端被称为减数端。
减法器的输出是两个输入端相减的结果。
2. 减法器的设计原理减法器的设计原理基于布尔代数和逻辑门的原理。
减法器可以通过串联或并联几个逻辑门来实现。
最常见的减法器电路是使用基本门电路（如与门、或门和非门）来设计。
3. 如何设计一个4位减法器？接下来，我们将讨论如何设计一个4位减法器电路。
首先，我们需要确定输入的位数，这里我们选取4位。
然后，我们使用逻辑门将减法运算拆分为4个单独的位运算。
对于每一位的减法运算，我们可以使用以下的布尔表达式来设计逻辑电路：差 = 被减数 - 减数我们可以将此表达式转换为如下所示的逻辑电路图：```┌───────┐A ─│ ││ ├──── C_outB ─│ ││ ││ │└───┬───┘┌─┴─┐S ───┤ │└───┘```在以上电路图中，A和B分别代表输入的两个二进制数的位数，C_out表示进位位，S表示差数。
通过设计逻辑电路，我们可以将四个位数的减法运算分别进行，并获得最终结果。
4. 如何扩展到更大的位数？如果需要设计更大位数的减法器电路，我们可以直接对以上电路进行扩展。
只需要将多个4位减法器电路并联起来即可。
利用这个方法，我们可以设计出任意位数的减法器电路。
5. 减法器的应用领域减法器在数字系统中有广泛的应用。
它们常用于计算机的算术逻辑单元（ALU）中，执行各种算术和逻辑运算。
减法器还可以应用于数字信号处理、图像处理、通信系统等领域，在这些领域中，它们被用来进行数据的处理和计算。
6. 其他类型的减法器除了传统的二进制减法器之外，还有其他类型的减法器，如BCD减法器和带借位（Borrow）的减法器。
加减运算电路的设计
长沙学院课程设计鉴定表目录一．设计任务 (2)二．设计方案 (2)三．电路设计与仿真 (3)四．设计心得与体会 (7)五．参考文献 (7)一．设计任务一、设计任务：设计一个一位十进制并行加/减法运算电路；通过按键输入被减数和减数，并设置+、-号按键；允许减数大于被减数，负号可采用数码管或其他显示器件，并利用LED灯显示计算结果。
二：设计目的：1、综合运用相关课程中所学到的知识去完场课题。
2、熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，掌握合理选用器件的原则。
3、、学会电路的设计与仿真。
4、通过查阅手册和相关文献资料，培养学生独立分析和解决问题的能力。
5、培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二．设计方案1、电路原理方框图图1-1二进制加减运算原理框图第一步：置入两个四位二进制数。
例如（1001）2，（0011）2和（0101）2，（1000）2，同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数9,3和5,8.第二步：通过开关现在呢则加（减）运算方式；第三步：若选择加运算方式所置数送入加法运算电路进行运算；同理若选择减法运算方式，所置数送入加法运算电路进行运算；第四步：前面所得到的结果通过另外两个七段译码显示器显示。
即：若选择加法运算方式，则（1000）2+（0110）2=（1110）2十进制8+6=14，并在七段译码显示器上显示14.若选择减法运算方式，则（0101）2+（1000）2=（10011）2十进制5-8=-3，并在七段译码显示器上显示-3.2、运算方案2.1 方案一通过开关J1——J8 接不通的高低电平来控制输入端所置的两个一位十进制数，译码显示器U10和U13分别显示所置入的两个数。
数A直接置入四位超前进位加法器74LS283的A4——A1端，74LS283的B4——B1端接四个2输入异或门。
四个2输入异或门的一输入端同时接到开关S1上，另一输入端分别接开关J5——J8控制输入B的输入。
当开关S1接低电平时，B与0异或的结果为B，通过加法器74LS283完成两个数A和B的相加。
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减法运算电路设计
一、实验目的
1、了解运算放大器在信号放大和模拟运算方面的应用。
2、掌握运算放大器的正确使用方法。
3、掌握基本放大电路的设计方法。
4、了解如何设计用两个集成运算放大器来设计加法器。
二、实验仪器
示波器、信号源、+12V和-12V的直流稳压电源、万用表。
三、实验器件
HA17741运放、电阻、导线。
四、实验原理
集成运算放大器是高增益的直流放大器，在它的输入端和输出端之间加上不同的反馈网络，就可以实现各种不同的电路功能。
可实现放大功能及加、减、微分、积分、对数、乘、除等模拟运算功能及其他非线性功能；将正、负两种反馈网络相结合，还可以产生各种模拟信号的功能。
本实验着重以输入和输出之间施加线性负反馈网络后所具有的运算功能进行研究。
理想运放在线性运用时具有以下重要性：
1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零，即I+=I-=0。
2..理想运放在线性放大时，两输入端电压近似相等，即U+=U-
在电路中我采用了如下图所示，两个运放电路，第一个是反向比例运放，第二个是加法电路，通过反向比例运放电压从U+变为U-，在通过加法电路进行叠加就构成了减法电路了。
减法电路的电压运算的推导：
根据理想运放的同相和反相输入端电流近似为零，即I+=I-=0和理想运放在线性放大时，两输入端电压近似相等，即U+=U-可得
U+=U-
I+=I-=0
U1—U-/R= U—U0/R f
第一个运放Uo1=-(Rf/R1*Ui1+Rf/R2*Ui2)，
第二个运放Uo=-(Rf/R1*Ui1+Rf/R2(-Ui2))=Rf/R2*Ui2-Rf/R1*Ui1
其中R1=R2=Rf=30K
五、实验电路图
六、实验内容及步骤
用运算放大器HA17741完成本次实验的设计题目——减法器。
HA17741的工作电压为+12V、-12V。
设计的加法器电路如图所示，其中取电阻R=20K R1=R2=Rf=30K R0=10K可得
U0=U i2-U i1
分别输入交流和交流信号、交流和直流信号、直流和直流信号，验证输出和输入是否满足关系U0=Ui2-Ui1，还有就是每种输入信号时输入较大的信号观察波形是否失真，失真时是否满足关系式U0=Ui2-Ui1。
应当注意的是：输入两个交流信号频率相同（使用滑动变阻器分压原理可以得到两个同频率信号）。
步骤：1.设计好本次试验所需的电路图；
2.检查电路是否连通，并在Multism软件上仿真出来观察其波形变化；
3.在试验箱上验证仿真的正确性，并记录下原始数据；
4.在未失真时测量三种信号的输入和输出，并记录数据（要求每种信
号各测量10组数据）。
七、实验数据记录及处理
交流-交流
直流-直流
八、实验误差分析
在对运算电路进行分析时，均认为集成运放为理想运放。
然而在实际上，利用运放构成运算电路时，由于开环差模增益Aod、差模输入电阻rid和共模抑制比KCMR的存在，以及输入失调电压UIO、失调电流IIO以及它们的温漂d(UIO)/d(T)、d(IIO)/d(T)均不为零，必然造成误差。
对于反向比例运算电路，开环差模增益Aod和差模输入电阻rid愈大，相对误差的数值愈小；对于同相比例运算电路，开环差模增益Aod和共模抑制比KCMR愈大，相对误差的数值愈小；在集成运放同相输入端和反向输出端外接电阻相同情况下，失调温漂愈小，输出电压愈大（不失真情况），相对误差的数值愈小。
当然在测量数据时，由于元件和仪器本身也存在一定的误差，读数还存在偶然误差；导致最终结果存在一定的不可避免的误差。
九、实验总结
在做这个实验之前，我首先遇到的问题是如何来设计电路图，在模电课上老师给我们讲了可以用两个集成运放来设计加法、减法、比例等运算电路，但是真正当你自己来设计的时候往往不知道如何下手，于是我仔细的研读了课文中关于加法和减法器的原理和特性，并在同学的帮助之下设计出来了电路图。
然后就是在电脑上面进行仿真，仿真的时候突然发现出来的图形跟自己想象的和书上的不一样，然后我就逐步减小输入的信号，调节输出波形的档位，渐渐地波形开始变化，数值也满足了关系式。
总之做完这个实验体会挺多的，要做好一件事也不是一件容易的事，需要你花时间、需要你肯投入、需要你反复地去尝试。
电路仿真
交流-交流
直流-直流
交流-直流。