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電子發燒友網>電子資料下載>電子資料>反相加法器原理圖與電路圖資料下載

反相加法器原理圖與電路圖資料下載

2021-04-24 | pdf | 194.58KB | 次下載 | 3積分

資料介紹

一、什么是加法器加法器是為了實現加法的。即是產生數的和的裝置。加數和被加數為輸入,和數與進位為輸出的裝置為半加器。若加數、被加數與低位的進位數為輸入,而和數與進位為輸出則為全加器。常用作計算機算術邏輯部件,執行邏輯操作、移位與指令調用。對于1位的二進制加法,相關的有五個的量:1,被加數A,2,被加數B,3,前一位的進位CIN,4,此位二數相加的和S,5,此位二數相加產生的進位COUT。前三個量為輸入量,后兩個量為輸出量,五個量均為1位。對于32位的二進制加法,相關的也有五個量:1,被加數A(32位),2,被加數B(32位),3,前一位的進位CIN(1位4,此位二數相加的和S(32位),5,此位二數相加產生的進位COUT(1位)。要實現32位的二進制加法,一種自然的想法就是將1位的二進制加法重復32次(即逐位進位加法器)。這樣做無疑是可行且易行的,但由于每一位的CIN都是由前一位的COUT提供的,所以第2位必須在第1位計算出結果后,才能開始計算;第3位必須在第2位計算出結果后,才能開始計算,等等。而最后的第32位必須在前31位全部計算出結果后,才能開始計算。這樣的方法,使得實現32位的二進制加法所需的時間是實現1位的二進制加法的時間的32倍。基本方法可以看出,上法是將32位的加法1位1位串行進行的,要縮短進行的時間,就應設法使上敘進行過程并行化。類型以單位元的加法器來說,有兩種基本的類型:半加器和全加器。半加器有兩個輸入和兩個輸出,輸入可以標識為 A、B 或 X、Y,輸出通常標識為合 S 和進制 C。A 和 B 經 XOR 運算后即為 S,經 AND 運算后即為 C。全加器引入了進制值的輸入,以計算較大的數。為區分全加器的兩個進制線,在輸入端的記作 Ci 或 Cin,在輸出端的則記作 Co 或 Cout。半加器簡寫為 H.A.,全加器簡寫為 F.A.。半加器:半加器的電路圖半加器有兩個二進制的輸入,其將輸入的值相加,并輸出結果到和(Sum)和進制(Carry)。半加器雖能產生進制值,但半加器本身并不能處理進制值。全加器:全加器三個二進制的輸入,其中一個是進制值的輸入,所以全加器可以處理進制值。全加器可以用兩個半加器組合而成。注意,進制輸出端的最末個 OR閘,也可用 XOR閘來代替,且無需更改其余的部分。因為 OR 閘和 XOR 閘只有當輸入皆為 1 時才有差別,而這個可能性已不存在。二、加法器原理設一個n位的加法器的第i位輸入為ai、bi、ci,輸出si和ci+1,其中ci是低位來的進位,ci+1(i=n-1,n-2,…,1,0)是向高位的進位,c0是整個加法器的進位輸入,而cn是整個加法器的進位輸出。則和si=aiii+ibii+iici+aibici ,(1)進位ci+1=aibi+aici+bici ,(2)令 gi=aibi, (3)pi=ai+bi, (4)則 ci+1= gi+pici, (5)只要aibi=1,就會產生向i+1位的進位,稱g為進位產生函數;同樣,只要ai+bi=1,就會把ci傳遞到i+1位,所以稱p為進位傳遞函數。把式(5)展開,得到:ci+1= gi+ pigi-1+pipi-1gi-2+…+ pipi-1…p1g0+ pipi-1…p0c0(6) 。隨著位數的增加式(6)會加長,但總保持三個邏輯級的深度,因此形成進位的延遲是與位數無關的常數。一旦進位(c1~cn-1)算出以后,和也就可由式(1)得出。使用上述公式來并行產生所有進位的加法器就是超前進位加法器。產生gi和pi需要一級門延遲,ci 需要兩級,si需要兩級,總共需要五級門延遲。與串聯加法器(一般要2n級門延遲)相比,(特別是n比較大的時候)超前進位加法器的延遲時間大大縮短了。三、反相加法器等效原理圖反相加法器電路,又稱為反相求和電路,是指一路以上輸入信號進入反相輸入端,輸出結果為多路信號相加之絕對值(電壓極性相反)。如圖中的a電路,當R1=R2=R3=R4時,其輸出電壓=IN1+IN2+IN3的絕對值,即構成反相加法器電路。當R4》R1時,電路兼有信號放大作用。圖 反相加法器和原理等效圖反相加法器的基本電路結構為反相放大器,由其“虛地”特性可知,兩輸入端俱為0V地電位。這就決定了電路的控制目的,是使反相輸入端電位為0V(同相輸入端目標值為0V)。以上圖a電路電路參數和輸入信號值為例進行分析,則可得出如上圖b所示的等效圖。反相加法器的偏置電路總體上仍為串聯分壓的電路形式,但輸入回路中又涉及了電阻并聯分流的電路原理,可列等式:IR4=IR1+IR2+IR3。反相加法器的“機密”由此得以披露。由于反相輸入端為地電位0V,因而當輸入信號IN3=0V時該支路無信號電流產生,相當于沒有信號輸入,由此變為IN1+IN2=-OUT。當IR1(1V/10k)=0.1mA,IR2(1V/10k)=0.1mA,此時只有當OUT輸出為-2V時,才滿足IR4=IR1+IR2的條件。若將原理等效圖進一步化簡(見圖中的c電路),一個非常熟悉的身影便會映入我們的腦海:這不就是反相放大器電路嗎?是的,沒錯,反相求和(反相加法器)電路,就是反相(含放大和衰減)器啊。實際應用中,因同相加法器存在明顯缺陷,因輸入阻抗極高,信號輸入電流只能經多個IN端自成回路(會造成輸入信號電壓相互牽涉而變化導致較大的運算誤差),除非各種IN信號源內阻非常小,才不會影響計算精度。因而應用較少。反相求和電路因其“虛地”特性,輸入阻抗極低,使各路信號輸入電流以“匯流模式”進入輸入端,不會造成各輸入信號之間的電流流動,故能保障運算精度,應用較多。四、反相加法器電路與原理(圖)(mbbeetchina)
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