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1、一、设计题目及要求设计题目：算术运算单元 ALU 的设计要求：1.进行两个四位二进制数的运算；2.算术运算：A+B ，A-B ，A+1 ，A-1 ；3.逻辑运算：A and B ，A or B ，A not ，A xor B 。注意：从整体考虑设计方案，优化资源的利用。二、设计过程及内容（包括 总体设计的文字描述，即由哪几个部 1分构成的，各个部分的功能及如何实现方法； 主要模块比较详尽的文 2字描述，并配以必要的图片加以说明，但图片数量无需太多）1.整体设计思路（1）根据设计要求将题目划分为五个模块。包括两个逻辑运算模块，两个算术运算模块，和一个控制模块。其中逻辑运算模块为 AandB 和A
2、orB，Anot 和 AxorB；算术模块为 AB，A1。（2）因为需要进行四位二进制数的运算，因此用 A4A3A2A1 表示四位二进制数 A，用 B4B3B2B1 表示四位二进制数 B，用 C4C3C2C1 表示四位二进制数 C。其中 A，B 为输入，C 为输出。（3）用 74283 超前进位加法器和其他所学元器件设计并建立四个运算模块，每一个模块在高,低电平的控制下均可分别实现两个运算功能。再设计一个二线四线译码器作为控制模块控制四个运算模块，然后将各个模块连接起来，这样就实现了题目要求的八个运算功能。总体电路设计原理图2总体电路仿真图2.分模块设计（1）A 且 B 和 A 或 B 模块A
3、 且 B 模块直接通过四个二输入与门实现，A 或 B 直接通过四个二输入或门实现。同时设计一个转换控制端 M，当 M1 时，A 且 B 工作，M0 时， A 或 B 工作。最后设计一个总的控制端 K1，K11 时模块正常工作，K10 时模块不工作。A 与 B 和 A 或 B 模块原理图A 与 B 仿真图3A 或 B 仿真图(2)A 非和 A 异或 B 模块A 非直接通过四个非门实现，A 异或 B 直接通过四个异或门实现。同时设计一个转换控制端 M，M1 时 A 非工作， M0 时 A 异或 B 工作。最后在设计一个总的控制端 K2。K21 时，模块正常工作，K20时，模块不工作。4A 非和 A
4、 异或 B 模块原理图A 非仿真图A 异或 B 仿真图5（3）A+B 和 A-B 模块A+B 直接通过 74283 两个四位二进制数加法器直接实现。A-B 可以看做 A+（-B） ，即 A 加 B 的补码来实现。同时再设计一个转换控制端 M。M=0 时实现 A+B， M=1 时实现 A-B。最后再设计一个总的控制端 K3，K3=1 时模块正常工作，K3=0 时不工作。做加法时，CO 为进位输出，CO 输出 1 表示有进位，做减法时，CO 为借位输出，CO 输出 1 表示有借位。A+B 和 A-B 的模块原理图A+B 仿真图6A- B 仿真图（4）A+1 和 A-1 模块A+1 如同 A+B 一
5、样可以通过 74283 加法器实现，只要把 B 设置成 1即可。A-1 可以看成 A 加上 1 的补码实现。同时设计一个转换控制端 M。M=0 时实现 A+1， M=1 时实现 A-1.最后再设计一个总的控制端 K4，K4=1 时模块正常工作，K4=0 时模块不工作。做加法时，CO 为进位输出，CO 输出 1 表示有进位，做减法时，CO 为借位输出，CO 输出 1 表示有借位。7A+1 和 A-1 模块原理图A+1 仿真图A-1 仿真图（5）控制模块控制模块可以通过一个二线四线译码器来实现，依次控制上述总的控制端 K1，K2，K3，K4。从而可以分别实现各个模块的功能。译码器真值表输入端 输出
6、端S1 S0 K1 K2 K3 K40 0 1 0 0 00 1 0 1 0 01 0 0 0 1 01 1 0 0 0 18控制模块原理图控制模块仿真图三、设计结论（包括设计过程中出现的问题；对 EDA 课程设计感想、意见和建议）通过这次 EDA 课程设计，我收获很多，也学到了很多。一开始刚拿到题目的时候，很没有思路，后来经过耐心的思考和上网查阅资料开始理出了一点头绪。每个模块设计的都很顺利，仿真也很成功。但在后期将电路下载到实验箱进行硬件仿真时，却屡屡出错。经过多次排查，最后确定为实验箱问题，换了一个就好了。不其中线路接触不好的问题也给我带来了很大的苦恼，很多时候结果输出不正确，转动转动接触点就好了。总之最后的实验还是很成功的。看着自己做出来的东西也很激动。最后，感谢学校给我们安排了这样的一次课程设计。让我们可以将所学应用实践之中。感谢实验过程中各位老师的悉心指导与帮助。9
