Лабораторная работа №8.

Тема: «Исследование сумматоров. Синтез сумматоров на элементах и на микросхемах».

Цель работы: «Исследовать полусумматор, полный сумматор, многоразрядный сумматор. Синтезировать восьмиразрядный сумматор».

Приборы и устройства: персональный компьютер, программа EWB 5.12.

Арифметические сумматоры являются составной частью так называемых арифметико-логических устройств (АЛУ) микропроцессоров (МП). Они используются также для формирования физического адреса ячеек памяти в МП с сегментной организацией памяти. В программе EWB арифметические сумматоры представлены в библиотеке Comb`I двумя базовыми устройствами, показанными на рис.1: полусумматором и полным сумматором.

Рис.1. Полусумматор,

полный сумматор.

Они имеют следующие назначения выводов: А, В - входы слагаемых,  -результат суммирования С0 – выход переноса, СI - вход переноса.

Для исследования внутренней структуры и логики функционирования сумматоров подходит логический преобразователь. После подключения полусумматора к преобразователю согласно рис.2 последовательно нажимая кнопки.

В результате получаем таблицу истинности и булево выражение. Сравнивая полученные данные с результатами исследования базовых логических элементов в предыдущем разделе, приходим к выводу, что при подключении выхода  полусумматора к зажиму OUT преобразователя (рис.2), он выполняет функции элемента «Исключающее ИЛИ». Подключив клемму OUT преобразователя к выходу С0 - полусумматора и проделав аналогичные действия приходим к выводу, что в таком включении полусумматор выполняет функции элемента И. Следовательно эквивалентная схема полусумматора имеет вид, показанный на рис.4

Рис.3.Исследование

полусумматора. Рис.4. Функциональная схема полусумматора.

Многоразрядный сумматор создается на базе одного полусумматора и n- полных сумматоров. В качестве примера на рис.5 приведена структура четырехразрядного сумматора. На входы А1, А2, А3, А4 и В1, В2, В3, В4 подается первое и второе слагаемые соответственно, а с выходов S1,S2,S3,S4 снимается результат суммирования также одновременно.

Н

Рис.5. Схема четырехразрядного полного сумматора.

екоторые типы сумматоров выпускаются в интегральном исполнении и являются однокристальными устройствами. В качестве примера рассмотрим работу КМОП микросхемы 4008, являющейся четырехразрядным полным сумматором. Она состоит из четырех одноразрядных сумматоров и схемы ускоренного параллельного переноса. Занесение в данный сумматор двух четырехразрядных слагаемых производится на входы А3, А2, А1, А0 и В3, В2, В1, В0 на все разряды одновременно результат снимается с выходов S3, S2, S1, S0 тоже одновременно см. рис.6. Для удобства отсчета вводимых и выводимых чисел использованы семисегментные индикаторы. На входе переноса из предыдущего разряда CIN добавлен ключ 1. Этот вход и выход переноса COUT контролируются логическими пробниками.

Сумматоры на микросхемах можно соединять друг с другом, подключая выход COUT предыдущей микросхемы к входу CIN последующей. Так из двух микросхем 4008 можно составить восьмиразрядный двоичный сумматор.

Рис.6 Полный сумматор

на микросхеме 4008 (EWB)

Порядок выполнения работы:

1. Исследуйте полусумматор, используя логический конвертор. Запишите таблицу истинности и логические выражения для сигналов  и С0.

2. Выясните внутреннюю структуру полного сумматора, пользуясь схемой его подключения к логическому преобразователю и принимая во внимание методику решения аналогичной задачи для полусумматора.

3. Соберите схему четырехразрядного сумматора из полусумматора и полных сумматоров и исследуйте ее работу при помощи генератора слова трех семисегментных индикаторов для четырехразрядных чисел А, В и их суммы S и одноразрядного индикатора для сигнала переноса p.

4. Соберите схему полного сумматора на микросхеме 4008 рис.6 и исследуйте ее работу. Проверьте работу ИМС 4008 в режиме сумматора с переносом (на вход CIN подайте сигнал логической единицы).

5. Соберите на ИМС 4008 восьмиразрядный сумматор и исследуйте его.