14 Лабораторная работа
14.1 Тема работы: Исследование сумматора
14.2 Цель работы: Изучение принципов работы двоичных сумматоров.
14.3 Оборудование и программное обеспечение:
- персональный компьютер
- программа Electronics Workbench
14.4 Теоретическая часть работы
Микросхемы сумматоров (английское Adder), как следует из их названия, предназначены для суммирования двух входных двоичных кодов, то есть выходной код будет равен арифметической сумме двух входных кодов. Например, если один входной код - 7 (0111), а второй - 5 (0101), то суммарный код на выходе будет 12 (1100). Сумма двух двоичных чисел с числом разрядов N может иметь число разрядов (N + 1). Например, при суммировании чисел 13 (1101) и 6 (0110) получается число 19 (10011). Поэтому количество выходов сумматора на единицу больше количества разрядов входных кодов. Этот дополнительный (старший) разряд называется выходом переноса.
На схемах сумматоры обозначаются буквами SM. В отечественных сериях код, обозначающий микросхему сумматора, - ИМ.
Сумматоры бывают одноразрядные (для суммирования двух одноразрядных чисел), 2-х разрядные (суммируют 2-х разрядные числа) и 4-х разрядные (суммируют 4-х разрядные числа). Чаще всего применяют именно 4-разрядные сумматоры. На рисунке 34 показаны для примера 2-разрядный и 4-разрядный сумматоры. Микросхема ИМ6 отличается от ИМ3 только повышенным быстродействием и номерами используемых выводов микросхемы, функция же выполняется та же самая.
Рисунок 35 - Примеры микросхем сумматоров
Помимо выходных разрядов суммы и выхода переноса, сумматоры имеют вход расширения (другое название - вход переноса) С для объединения нескольких сумматоров с целью увеличения разрядности. Если на этот вход приходит единица, то выходная сумма увеличивается на единицу, если же приходит нуль, то выходная сумма не увеличивается. Если используется одна микросхема сумматора, то на ее вход расширения С необходимо подать нуль.
Сумматоры могут использоваться также для суммирования чисел в отрицательной логике (когда логической единице соответствует электрический нуль, и наоборот, логическому нулю соответствует электрическая единица). Но в этом случае входной сигнал переноса С также становится инверсным, поэтому при использовании одной микросхемы сумматора на вход С надо подать электрическую единицу (высокий уровень напряжения). Инверсным становится и выходной сигнал переноса Р, низкий уровень напряжения на нем (электрический нуль) соответствует наличию переноса. То есть получается, что сумматор абсолютно одинаково работает как с положительной, так и с отрицательной логикой.
14.4 Выполнение работы
14.5.1 Изучить схему полного одноразрядного сумматора представленную на рисунке.
14.5.2 Используя схему записать логическое выражение, определяющее ее работу.
Реализовать схему в программе моделирования. Для увеличения количества входов логического элемента вызвать двойным щелчком мыши по элементу окно свойств (AND Gate Properties) и на вкладке Number of Inputs установить нужное число входов. На входа A,B,Cn подключить переключатели (Switch). Присвоить переключателям соответствующие клавиши. К выходам подключить индикаторы.
14.5.4 Промоделировать схему. Получить алгоритм работы и таблицу истинности схемы.
14.5.5 Разработать на основе данной модели схему полного двухразрядного сумматора. Реализовать схему в программе моделирования. Получить таблицу истинности схемы.
14.5.6 Сделать вывод о назначении устройств, и принципах и работы.
14.6. Контрольные вопросы:
14.6.1 Виды сумматоров?
14.6.2 Как с помощью сумматора реализовать операцию вычитания? Разработать схему.
14.6.3 Как увеличить разрядность сумматора?
14.6.4 Какие элементы осуществляют операцию суммирования?
14.7 Вывод