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數(shù)值計算中Bcd碼校驗電路的分析與設計
摘要: 本文通過對Bcd碼算法和并/串行BCD校驗電路的分析,提出了一種高效,快速的BCD校驗模塊。由上面仿真結果可知,此種電路速度較快,硬件電路簡單。適合實時處理系統(tǒng)。
Abstract:
Key words :
 

引言

  微處理器的工作過程是大量數(shù)據(jù)的輸入--運算--輸出的過程,其中相當數(shù)量的數(shù)據(jù)使用十進制形式表達。使用者希望微處理器的輸入數(shù)據(jù)和輸出結果能使用十進制形式表達,而在微處理器內采用二進制表示和處理數(shù)據(jù)更方便,所以在二者之間的數(shù)制轉換是必要的。通常采用兩種方式解決這一問題。

  方法1:十--二進制轉換電路將輸入的十進制數(shù)據(jù)轉換為相應的二進制數(shù)據(jù),微處理器內部算術邏輯單元仍然執(zhí)行二進制數(shù)據(jù)運算微操作,運算結果再進行二--十進制轉換,將結果以十進制形式輸出。

  方法2:算術邏輯單元對二進制數(shù)據(jù)處理能力的前提下,增加少量硬件線路,使之對某種二進制編碼形式表示的十進制數(shù)據(jù)具有直接處理能力,該算術邏輯單元能夠接收特定二進制編碼構成的十進制數(shù)據(jù),可以產(chǎn)生相同編碼組成的計算結果,在數(shù)據(jù)處理過程中該單元執(zhí)行十進制數(shù)據(jù)運算微操作。

  微處理器使用中涉及大量的數(shù)據(jù)輸入輸出操作,顯然方法1不是理想的選擇,因而從提高機器的運行效率,簡化機器結構和保證系統(tǒng)時序結構的規(guī)整性考慮,方法2更有實用價值。 所以本文講述了方法2為算法依據(jù)的BCD加減電路。

  校驗原理

  在計算機得數(shù)值計算中,數(shù)值經(jīng)常是以Bcd碼表示的十進制進行運算的。即一位BCD碼用4位二進制位表示。但是BCD的加法需要兩個加法器來完成,如果分析一下BCD數(shù)的加法過程,原因就很清楚。請看下面:

  令A=1000,B=0111,這兩個數(shù)都是正確的BCD碼,如果兩個操作數(shù)直接相加,結果不是一個BCD碼:

  1000

 ?。?0111

  1111

  正確的BCD碼加法運算應為1000+0111=(1)0101即8+7=15。其它BCD碼操作數(shù)運算的結果也能產(chǎn)生不正確的BCD碼結果。實際上當結果大于9或者有進位時,就要進行BCD的校驗,以確保結果的正確性。

  對于產(chǎn)生進位得情況,加法器直接提供了二進制的進位輸出,即BCD修正信號Y=C.而對于結果大于9,需要修正的數(shù)為1010-1111。

  把它們作為四變量布爾表達式的最小項,就能化簡邏輯。即Y=E3E2+E3E1.其中E3 、E2、E1、E0是加法器的和的輸出。綜合以上結果可得BCD修正信號Y=E3E2+E3E1+C.修正電路如圖一所示。

  下面就已四位并行加法器和一位串行加法器兩種電路形式來討論BCD碼的驗證。

   圖二所示為4位并行的BCD加法器電路。其中上面加法器的輸入來自低一級的BCD數(shù)字。下面加法器BCD的輸出E3、E2、E1、E0和COUT至高一級 BCD數(shù)字,其A3和A1位接地,即當BCD校驗信號為真時Y=1,A3A2A1A0= 0110,以實現(xiàn)加6的調整.當不需要BCD調整時Y=0,此時A3A2A1A0=0000,從而使輸出結果無變化.

  雖然4位并行加法器運算速度較快,但是所用邏輯門較多。圖三所示為一位串行BCD加法器。它是以犧牲速度以達到減少硬件邏輯門的目的,這種電路在對頻率要求不高的系統(tǒng)中非常之適用。其中ADDER1、ADDER2均為一位全加器。ADDER1 做主運算器,ADDER2做BCD校驗運算器,不管是否做BCD校驗,ADDER2的初始進位、借位始終為“1”。

  圖三中Z型門為延時電路,延時一個時鐘周期,這樣在外部電路控制下,經(jīng)過四個時鐘周期,得到一位十進制BCD結果E3E2E1E0.由電路圖所以當 C+(E3E2+E3E1)邏輯值為‘1’時,控制多路選擇器選擇A通路(A通路為序列 1001),當C+(E3E2+E3E1)為‘0’時,選擇B通路(B通路序列為1111),即需要校驗時,多路選擇器輸出序列1001;不需要校驗時,輸出序列1111,與Z型門的輸出對應相加,并且ADDER2的初始進位始終為‘1’,由此可完成BCD的校驗工作。

   下面是基于4位并行BCD加法器算法的一種快速BCD的加法器VERILOG硬件描述語言程序及其仿真結果。

  module bcd_check (data_i,data_o,cy_i,cy_o,en,z_i,z_o);

  input data_i;

  input cy_i;

  input z_i;

  input en; //insructure

  output cy_o;

  output data_o;

  output z_o;

  wire [3:0] data_i;

  wire cy_i;

  wire en;

  reg z_o;

  reg cy_o;

  reg [3:0] data_o;

  //}} End of automatically maintained section

reg [4:0] TEM P_RESULT;

  always @(data_i or cy_i or en )

  if(en == 0)

  begin

  cy_o=cy_i;

  data_o=data_i;

  z_o=z_i;

  end

  else

  begin

  if(data_i[3]&&data_i[1] ||(data_i[3]&&data_i[2]) || cy_i==1)

  TEMP_RESULT = {1'b0,data_i } + {1'b0,4'b0110 } + cy_i;

  else

  begin

  TEMP_RESULT[3:0]=data_i;

  TEMP_RESULT[4]=cy_i;

  end

  data_o = TEMP_RESULT[3:0];

  z_o = | TEMP_RESULT[3:0];

  cy_o = TEMP_RESULT[4];

  end

  例如:兩個十進制數(shù)2189+8075的正確結果應為11064,可是,相加運算后的結果為FEH,為此應進行BCD調整。將為經(jīng)校驗的相加結果 0010,1001,1000,1001(十進制2989)+1000,0000,0111, 0101(十進制8075)=1010,1001,1111,1110代人上述BCD校驗模塊,可得仿真結果如圖四。

   有圖可知data_o為1064 且進位輸出為1,即總的結果為11064,這與2989+8075=11064的結果是一致的。

  結束語

  本文通過對Bcd碼算法和并/串行BCD校驗電路的分析,提出了一種高效,快速的BCD校驗模塊。由上面仿真結果可知,此種電路速度較快,硬件電路簡單。適合實時處理系統(tǒng)。

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