全加器功能及應用的仿真設計分析
2020-12-25 電子產品世界
摘要：加法運算是數字系統中最基本的算術運算。為了能更好地利用加法器實現減法、乘法、除法、碼制轉換等運算，提出用Multisim虛擬仿真軟體中的邏輯轉換儀、字信號發生器、邏輯分析儀，對全加器進行功能仿真設計、轉換、測試、分析，強化Multisim的使用，並通過用集成全加器74LS283實現兩個一位8421碼十進位數的減法運算，掌握了全加器的應用方法。測試證明，全加器功能的擴展和應用，利用Multisim軟體的仿真設計能較好地實現。
關鍵詞：全加器74LS283D；邏輯轉換儀XLC；邏輯分析儀XLA；字信號發生器XWG；Multisim軟體
數字系統的基本任務之一就是進行算術運算。而常見的加、減、乘、除等運算均可以利用加法運算來實現。所以，加法器就成為數字系統中最基本的運算單元，可廣泛用於構成其他邏輯電路。
1 全加器的基本概念
加法器是一種常見的組合邏輯部件，有半加器和全加器之分。半加器是只考慮兩個加數本身，而不考慮來自低位進位的邏輯電路，就是兩個相加數最低位的加法運算。全加器不僅考慮兩個一位二進位數相加，還要考慮與低位進位數相加的運算電路。兩個數相加時，除最低位之外的其餘各位均是全加運算電路。
2 仿真軟體的特點
Multisim是一個專門用於電路設計與仿真的EDA工具軟體。Muhisim起源於20世紀80年代加拿大In-teractive Image Technologies公司推出的電子仿真軟體EWB5·0(Electronics Workbench)。它以界面形象直觀、操作方便、分析功能強大、易學易用等突出優點，迅速被推廣應用。
Multisim仿真軟體能將電路原理圖的創建、電路的仿真分析及結果輸出都集成在一起，並具有繪製電路圖所需的元器件及其仿真測試的儀器，可以完成從電路的仿真設計到電路版圖生成的全過程，從而為電子系統的設計、電子產品的開發和電子系統工程提供一種全新的手段和便捷的方法。
3 全加器仿真設計分析
全加器是屬於數字電子技術中的組合邏輯電路，其功能設計可以根據組合邏輯電路的設計方法來完成。通常有確定輸入輸出變量的個數和狀態、列真值表、卡諾圖化簡出邏輯表達式、選擇器件畫出邏輯圖。現在使用Multisim仿真軟體，在組合電路分析設計時，將邏輯關係5種表達方式中的真值表、邏輯表達式、邏輯圖任意一種寫入軟體內，就可以很方便地完成功能分析和設計。
3．1 全加器功能仿真分析
設計一個一位二進位數的全加器，其過程是根據設計要求，首先確定輸入、輸出變量的個數和狀態。那麼該全加器就有3個輸入變量，分別是兩個加數Ai、Bi和一個低位進位Ci-1，兩個輸出變量本位的和Si，以及向高位的進位Gi。現在利用Multisim仿真軟體，不需要再進行列真值表、卡諾圖化簡、畫邏輯圖等步驟。只要將確定出的輸入變量個數，直接在Multisim仿真軟體中虛擬仿真儀器邏輯轉換儀的真值表內選中，輸出變量結果在表中調準，就能方便地轉換出邏輯關係的其他表示結果，如圖1所示。
邏輯轉換儀XLC(Logic Converter)是Multisim仿真軟體特有的仿真儀器，實驗室並不存在這樣的實際儀器，目前在其他電路仿真軟體中也沒有。邏輯轉換儀可以在真值表、邏輯表達式、邏輯圖之間進行轉換。在設計電路時，直接將所設計電路的真值表輸入邏輯轉換儀，就能得到相應的邏輯表達式和邏輯圖等。
實現全加器邏輯功能，將全加器和輸出S及進位輸出Gi的真值表分別寫入邏輯轉換儀，選中並點擊邏輯轉換儀XLC1圖標，出現邏輯轉換儀面板，在其最上方有A-H 8個輸入變量選擇，全加器輸入3個變量A、B、C，點擊選中對應的小圓圈變白，並在下方表格內自動生成輸入變量的全部組合，在表格右邊一列點擊滑鼠調整輸出的值0、1或X，真值表寫入後操作邏輯轉換儀的圖標，就自動在邏輯轉換儀面板的左下方轉換出與進位Ci真值表對應的標準與或邏輯表達式或最簡與或表達式，圖1中是最簡與或表達式Ci=AiCi-1+AiBi+BiCi-1或最簡表達式。操作邏輯轉換儀的圖標，得到全加器進位Ci的與或邏輯圖或與非邏輯圖，圖1中是與非邏輯電路圖。
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