实验一 一位二进制全加器设计实验.docxVIP

PAGE

1-

实验一一位二进制全加器设计实验

一、实验目的

(1)本实验旨在让学生深入理解并掌握二进制全加器的基本原理和设计方法，通过实际动手操作，加深对数字电路中加法器结构和工作原理的认识。通过实验，学生能够学习到如何利用基本的逻辑门电路构建复杂的数字电路，提高电路设计能力和动手实践能力。

(2)实验过程中，学生将学习到如何使用逻辑门电路实现二进制加法器的功能，包括进位和求和逻辑。通过设计并搭建实验电路，学生可以锻炼自己的逻辑思维能力和问题解决能力，同时，对数字电路中的时序和同步问题也有更直观的理解。

(3)此外，本实验还要求学生掌握实验报告的撰写方法，包括实验目的、原理、步骤、结果分析等内容。通过撰写实验报告，学生能够提高自己的科学写作能力和对实验过程和结果的总结归纳能力，为以后从事科学研究和技术工作打下坚实的基础。

二、实验原理

(1)二进制全加器是数字电路中用于实现二进制加法运算的一种基本逻辑电路。它由三个输入端和两个输出端组成，三个输入端分别是两个加数输入A和B以及来自低位进位的Cin。全加器的主要功能是将两个一位二进制数相加，同时考虑低位进位，产生相应的和以及进位输出。在二进制加法运算中，每一位的加法运算都可以通过全加器来实现。全加器的逻辑表达式为：和S=A+B+Cin，进位Cout=AB+AB+Cin。以一个四位二进制加法器为例，每一位都需要一个全加器来完成加法运算，整个加法器的输出和进位需要通过相邻位的全加器串联起来。

(2)全加器的设计原理基于基本的逻辑门电路，主要包括AND门、OR门、NAND门和XOR门。AND门用于产生两个输入都为1时的输出，OR门用于产生至少一个输入为1时的输出，NAND门则用于产生两个输入都为0时的输出，XOR门用于产生两个输入不同时的输出。通过这些逻辑门电路的组合，可以实现全加器的逻辑功能。例如，一个全加器的和输出S可以通过XOR门实现，进位输出Cout可以通过AND门和XOR门来实现。在实际电路设计中，可以使用这些逻辑门电路构建出全加器的完整电路图。

(3)在全加器的实际应用中，可以通过实验验证其功能和性能。例如，使用全加器进行二进制数的加法运算，可以将两个二进制数按位对齐，从最低位开始逐位相加，同时考虑进位。实验中，可以设置一系列测试数据，包括正常情况下的加法运算和特殊情况下的加法运算，如进位满溢、进位借位等。通过对比实际输出和理论计算结果，可以验证全加器的正确性和可靠性。实验数据可以通过示波器或者逻辑分析仪进行采集和记录，从而分析全加器的性能表现。

三、实验内容与步骤

(1)实验开始前，首先需要准备实验所需的器材，包括数字逻辑实验箱、二进制全加器电路板、逻辑门电路模块、电源模块、测试仪器等。接着，按照实验指导书的要求，将实验电路连接好。首先，将两个加数输入端A和B连接到实验箱上的相应位置，进位输入端Cin连接到低位进位输出端。然后，将全加器的和输出端S连接到实验箱上的显示模块，进位输出端Cout连接到进位输入端Cin，形成一个闭环的加法器电路。在连接过程中，要确保所有连接线正确无误，避免短路或接触不良的情况发生。

(2)电路连接完成后，进行电路的初步调试。首先，通过电源模块为电路提供稳定的电源电压，确保电路各个部分的正常工作。然后，使用测试仪器对电路进行初步测试，检查各个逻辑门电路是否正常工作。具体操作为，将A、B、Cin端分别输入不同的二进制数，观察S和Cout端的输出结果是否符合全加器的逻辑表达式。在测试过程中，要仔细观察电路的输出波形，确保波形稳定且符合预期。如果发现异常情况，需要检查电路连接是否正确，并重新调整。

(3)初步调试完成后，进行全加器的实际应用测试。首先，选择一组测试数据，包括正常情况下的加法运算和特殊情况下的加法运算。将测试数据依次输入到全加器的A、B、Cin端，观察S和Cout端的输出结果。记录实验数据，并与理论计算结果进行对比分析。在实验过程中，要注意观察全加器的输出波形，分析全加器的性能表现。对于不同类型的测试数据，要分别进行测试，以确保全加器在各种情况下都能正常工作。实验结束后，整理实验数据，撰写实验报告，总结实验过程中的经验和教训。

四、实验结果与分析

(1)实验结果中，全加器的和输出S与进位输出Cout均符合逻辑表达式：S=A+B+Cin，Cout=AB+AB+Cin。在正常情况下，即无进位输入时，全加器的输出与预期相符。例如，当A=0，B=0，Cin=0时，S=0，Cout=0；当A=1，B=1，Cin=0时，S=0，Cout=1。在进位输入Cin存在时，全加器的输出也符合预期。例如，当A=0，B=1，Cin=1时，S=1，Cout=1；当A=1，B=0，Cin=1时，S=1，Cout=1。

(2)在实验过程中，对