一位数值比较器电路设计

一、一位数值比较器

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。

二、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（Ai＞Bi）、（Ai＜Bi）、（Ai＝Bi）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。

三、一位数据比较器电路的设计

1．设计目的

（1） 了解EDA技术的发展及应用

（2） 掌握VHDL语言的基础知识，熟悉在数字电路系统设计中VHDL程序设计

（3） 学习MAX+PLUSⅡ软件的应用方法

（4） 应用EDA技术的设计方法完成4位右移移位寄存器的设计（采用原理图和文本法两种方法实现），并在MAX+PLUSⅡ上仿真

2 、关于MAX+PlusⅡ的使用与仿真

2.1、 MAX+plus2软件简介

MAX+plusII是Altera公司提供的一个集成化开发系统，该系统界面友好，学习容易，使用简单，功能齐全，是一款流行的EDA开发平台。

MAX+PLUSII把这些设计转自动换成最终所需的格式。其设计速度非常快。对于一般几千门的电路设计，使用MAX+PLUSII，从设计输入到器件编程完毕，用户拿到设计好的逻辑电路，大约只需几小时。设计处理一般在数分钟内完成。特别是在原理图输入等方面，Maxplus2被公认为是最易使用，人机界面最友善的PLD开发软件，特别适合初学者使用。

EDA （Electronic Design Automation）

EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA 工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功能。

2.2、MAX+plus2 使用方法简要说明

MAX+plus2硬件平台的微机最好配置512MB内存、4，3GMB硬盘，可以在Windows XP等操作系统支持下工作。在进行了MAX+plus2的系统安装和系统启动后，对于所要设计和仿真的系统需要进行如下基本步骤：

（1）VHDL语言工程文件的建立和编辑；

文件的建立：新建文件（file/new/text editor file）、输入文本（text editor）、保存文件（file/save）；文件的修改：打开需修改文件（file/open/*.vhd）、修改（text editor）、保存 （file/save）；

（2）电路图的建立和编辑

建立文件打开图形编辑器，选择file/save as建立.gdf文件、输入所需元件及电路模块、编辑端口名称、对各电路块及输入/输出端口进行连线、在设计过程中，可以随时对已进行工作进行保存；

（3）VHDL语言程序的编译

编译的目的：生成可以进行仿真、定时分析及下载到可编程器件的相关文件。

编译的步骤：打开需编译源程序（file/open）、编译（MAX+ plus II/compiler）、为当前文件建立项目（file/project/set project to current file）；

（4）VHDL语言程序的仿真

VHDL程序的仿真过程大致可以分为三个步骤：生成波形文件、仿真、定时分析。

3、基本门电路

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。本实验中只用到TTL和CMOS组成的与门、非门两种门电路

工作原理：

当V（IN）=0V NMOS管截止，PMOS管导通，V（OUT）=VDD=5V

当V（IN）=5V PMOS截止，NMOS管导通，V（OUT）=0V

4、数值比较器

4.1 1、数值比较器

1位数值比较器：比较输入的两个1位二进制数A、B的大小。我们输入信号是两个要进行比较的1位二进制数，现在用A、B表示，输出信号是比较结果

三种情况如下

它的真值表如下

由上述表达式及其真值表我们可知的1位数比较器设计比较成功。

1位数比较器逻辑图如下

5、数值比较器的VHDL程序及仿真结果

5.1 、关于1位数值比较器的VHDL程序及仿真

VHDL程序如下

一位数值比较器的逻辑电路图

仿真波形如下：

实事接线图