數值比較器電路的仿真分析及應用

摘 要：數值比較器是數字電路中經常用到的典型電路，傳統(tǒng)的教學模式中，對數值比較器的學習及應用設計，離不開在實驗室中的電路調試，學習方式較為枯燥抽象，又耗時費力，學習效果也不盡理想?，F代電子設計中，由于仿真軟件的出現，變抽象的知識為直觀的展示，既可以通過仿真學習數值比較器的工作原理，又可以通過仿真進行數值比較器的應用設計，學習及應用效果事半功倍。

關鍵詞：數值比較器；仿真分析；應用

中圖分類號：TN79-4

在各種數字系統(tǒng)尤其是在數字電子計算機中，經常需要對兩個二進制數進行大小判別，然后根據判別結果轉向執(zhí)行某種操作。用來完成兩個二進制數的大小比較的邏輯電路稱為數值比較器，簡稱比較器。在數字電路中，數值比較器的輸入是要進行比較的兩個二進制數，輸出是比較的結果。

1 電路設計分析

首先討論1位數值比較器。1位數值比較器是多位比較器的基礎。當A和B都是1位二進制數時，它們的取值和比較結果可由1位數值比較器的真值表表示，由真值表可得如下邏輯表達式：

2 比較器電路的仿真分析

2.1 元件選取。（1）指示燈的選??；1位數值比較器邏輯運算完后，輸出結果處接一指示燈作為指示，燈亮表示運算結果成立，燈滅表示運算結果不成立。單擊元件欄的Place Indicator→PROBE，選取PROBE_RED指示燈。為了觀察清晰明白，將指示燈PROBE連擊打開其設置對話框，在其Label中的標號由默認的X1改為“A等于B”、“A大于B”、“A小于B”等。如圖2所示；（2）其他元器件可參照以下說明取用：電源VCC：Place Source→POWER_SOURCES→VCC；接地：Place Source→POWER_SOURCES→GROUND，選取電路中的接地；或非門U1A的選?。篜lace TTL→74LS→74LS02D；與門U3A、U5A的選?。篜lace TTL→74LS→74LS08D；非門U2 A、U4A的選取：Place TTL→74LS→74LS04N。

2.2 仿真分析。打開仿真開關，開關A、B上下表示不同的輸入數值，接高電平VCC表示輸入為1，接低電平地表示輸入為0，輸出結果燈亮為1，表示該結果成立?？砂幢?的真值表進行仿真測試，觀察輸出結果的燈亮指示，這樣就明白比較器工作的含義了。

3 仿真分析總結

實際工作中，不需要自己組合數值比較器，已有現成的集成芯片供用戶使用。下面介紹集成數值比較器74LS85的使用。

集成數值比較器74LS85是4位數值比較器。兩個4位數的比較是從A的最高位A3和B的最高位B3進行比較，如果它們不相等，則該位的比較結果可以作為兩數的比較結果。若最高位A3=B3，則再比較次高位A2和B2，以此類推。顯然，如果兩數相等，那么比較步驟必須進行到最低位才能得到結果。

真值表中的輸入變量包括兩個4位二進制數人：A3A2A1A0與B3B2B1B0，以及IA>B、IAB、IA

當2個數值比較器級聯時，若高位比較器的兩數相等，則比較結果由級聯輸入信號IA>B、IAB和IAB=l，即低位比較器的A>B，則比較結果為FA>B=1；如果IAB、IAB=IA

4 數值比較器的應用（溫度報警器電路）

通過仿真學習，了解掌握了數值比較器的工作原理以后，即可將數值比較器應用于實用電路中，下面以溫度報警器電路為例，介紹數值比較器在應用設計中的過程。如圖4所示為溫度報警器電路的邏輯圖，溫度檢測電路已檢測出溫度數值，并以8位二進制數輸出，8位二進制數的范圍為0～255，表示溫度數值為0℃～255℃，其中溫度檢測電路可由溫度傳感器組成。

溫度報警器電路采用了兩片級聯的74LS85用作8位數值比較。數據輸入端A連接輸入的溫度數據，而數據輸入端B接報警數值。B輸入端連接狀態(tài)為“01100010”。二進制數01100010轉換為十進制數為98。當A輸入端數值大于B輸入端的設定值時。IC2的A>B.輸出端輸出為“1”，晶體管9013飽和導通，蜂嗚器發(fā)出報警聲音，即當檢測溫度大于98℃時報警器報警。

明白了該電路的工作原理以后，就可以自行設計檢測溫度在0℃～255℃間的任一溫度的報警電路了，只需改變B輸入端的二進制數設定值即可。

溫度報警器的仿真電路溫度輸入端用8個開關模擬輸入溫度的8位二進制數，溫度設置端已設置為“01100010”，二進制數01100010轉換為十進制數為98，所以溫度設置端設置的報警溫度為98℃，溫度輸入端此時的輸入代碼為01100100，01100100轉換為十進制數為100，表示此時的輸入溫度為100℃，所以報警指示燈亮。仿真電路中為了觀察方便，以指示燈代替了實際電路的報警器，工作原理是完全一樣的。

以往的電路設計往往需要在實驗室進行芯片線路的搭接、調試，費時又費力。仿真軟件的出現，極大的提高了電路設計的效率，通過數值比較器的仿真應用設計，可以看出，仿真軟件不僅是學習數字電路的好幫手，也是電路開發(fā)設計的利器。

參考文獻：

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作者簡介：李偉民，男，助理工程師，研究方向：計算機網絡。

作者單位：鄭州大學西亞斯國際學院計算機科學系，鄭州 451150

基金項目：2013年度河南省科技廳重點科技攻關項目（項目編號：132102210111）。