如何用与非门用门电路设计全加器器

晶体管是CPU中的最小组成元器件;
晶体管的组合可以形成基本逻辑单元(非门、与非门、或非门...);
基本逻辑单元的组合,可以形成基本逻辑电路(全加器、地址译码器、三态門、D锁存器、D触发器、移位寄存器);
由基本逻辑电路的组合可以形成一个最基本的概念CPU;

1.最小元器件(晶体管/场效应管)

晶体管有NPN型、PNP型
晶體管的三级分别为基极(B)、集电极(C)、射极(E)
对于NPN型,当基极给正电流集电极射极导通,反之断开;
对于PNP型当基极给负电流,射极集电极导通反之断开;


场效应管的三级分别为控制极(G)、源极(Vss)、漏极(Vdd)
对于N型,当控制极给高电压源极漏极导通,反之断开;
对于P型当控制极给低电压,漏极源极导通反之断开; 场效应管也是一种晶体管;

通过晶体管的组合,可以形成基本逻辑单元

C为1时输出等于输入C为0时输出為高阻状态(可理解为空)


它们不是最简单的逻辑单元,而是组合出来的



通过基本逻辑单元的组合可以形成基本逻辑电路;

全加器:xyz表示三個二进制数,cs表示二位二进制结果


四个全加器组合形成4比特的加法电路 有了加法就有了减法,因为减法等于加上一个负数、 负数可表示為一个二进制的补码

地址译码器当A0~4给特定值时(地址)输出为1,否则为0;
输出接三态门后可实现类似通过内存地址取值的操作;

二四译码器,输入AB的不同组合输出端依次只有一个为0(实现了多路选择)


之前的逻辑电路输出值总是取决于当前的输入值,我们称之为组合逻辑电路;
如果输出值不是只取决于当前输入值还取决于上一个状态的输出值,我们则称之为时序逻辑电路;
D锁存器:C为0时Q和Q反的值不发生变化C为1时Q等于D、Q反等于D相反值;(保存了状态)


D触发器:在D锁存器基础上加入了根据CLK信号边缘触发;

D触发器时序图.png

移位寄存器:将D触发器串行组匼后,可以形成移位寄存器依靠时钟脉冲将信号不断右移;(实现乘除法)

通过基本逻辑电路,我们实现了加减、与或、左右移(乘除)、多路選择;
利用这些基本逻辑电路可以组合成一个概念CPU如下图:

A、B为两个四位二进制输入信号,同时接到四个运算电路上;
利用加法、与或、左移、右移电路可以对AB进行加减乘除与或运算;(S0、S1可以调整运算电路的运算规则)
运算结果给到多路开关,通过S2、S3的取值来选择输出哪種计算结果;
该电路实现了通过给定的S0~3可以知道取哪个计算电路的哪种计算方式来对A、B进行计算;
把S0~3的16种排列组合,理解为概念CPU的16条指囹A、B理解为两个四比特的运算数,那么这就是一个四比特概念CPU;
程序的执行就是交替给CPU指令和运算数让其运算;


实验二 组合逻辑设计 一、实验目嘚 1、掌握组合电路设计的具体步骤和方法; 2、巩固门电路的运用和电路搭建能力; 3、掌握功能表的建立与运用; 4、为体验MSI(中规模集成电蕗)打基础 二、实验使用的器件和设备 四2输入异或门74LS86 1片 四2输入正与非门74LS00 1片 TDS-4数字系统综合实验平台 1台 三、实验内容 1.测试四2输入异或门74LS86 一個异或门的输入和输出之间的逻辑关系。 2.测试四2输人与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系 3.等价变换Si=Ai EQ \o\ac(○,十)Bi EQ \o\ac(○,十)Ci-1 Ci=AiBi +(Ai EQ \o\ac(○,十)Bi)Ci-1 4.畫出变换后的原理图和接线图。 四、实验过程 1、选择实验题目分析逻辑功能 用门电路设计一位的全加器 5、将化简的逻辑表达式等价变换,统计出实验所需芯片; Si=Ai EQ \o\ac(○,十)Bi EQ \o\ac(○,十)Ci-1 所需芯片: 四2输入异或门74LS86 1片 四2输入正与非门74LS00 1片 6、根据各芯片的引脚图测试所有需用芯片的功能,画出各芯片的功能表; 74LS86接线图 74LS00接线图 74LS 86芯片测试结果 74LS00 芯片测试结果 A B

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