摘 要：數(shù)值比較器是數(shù)字電路中經(jīng)常用到的典型電路，傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，對(duì)數(shù)值比較器的學(xué)習(xí)及應(yīng)用設(shè)計(jì)，離不開在實(shí)驗(yàn)室中的電路調(diào)試，學(xué)習(xí)方式較為枯燥抽象，又耗時(shí)費(fèi)力，學(xué)習(xí)效果也不盡理想。現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中，由于仿真軟件的出現(xiàn)，變抽象的知識(shí)為直觀的展示，既可以通過仿真學(xué)習(xí)數(shù)值比較器的工作原理，又可以通過仿真進(jìn)行數(shù)值比較器的應(yīng)用設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)及應(yīng)用效果事半功倍。

關(guān)鍵詞：數(shù)值比較器；仿真分析；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN79-4

在各種數(shù)字系統(tǒng)尤其是在數(shù)字電子計(jì)算機(jī)中，經(jīng)常需要對(duì)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行大小判別，然后根據(jù)判別結(jié)果轉(zhuǎn)向執(zhí)行某種操作。用來完成兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的大小比較的邏輯電路稱為數(shù)值比較器，簡(jiǎn)稱比較器。在數(shù)字電路中，數(shù)值比較器的輸入是要進(jìn)行比較的兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)，輸出是比較的結(jié)果。

1 電路設(shè)計(jì)分析

首先討論1位數(shù)值比較器。1位數(shù)值比較器是多位比較器的基礎(chǔ)。當(dāng)A和B都是1位二進(jìn)制數(shù)時(shí)，它們的取值和比較結(jié)果可由1位數(shù)值比較器的真值表表示，由真值表可得如下邏輯表達(dá)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(shù)值比較器邏輯運(yùn)算完后，輸出結(jié)果處接一指示燈作為指示，燈亮表示運(yùn)算結(jié)果成立，燈滅表示運(yùn)算結(jié)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(shè)置對(duì)話框，在其Label中的標(biāo)號(hào)由默認(rèn)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?。篜lace TTL→74LS→74LS04N。

2.2 仿真分析。打開仿真開關(guān)，開關(guān)A、B上下表示不同的輸入數(shù)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(jié)果燈亮為1，表示該結(jié)果成立?？砂幢?的真值表進(jìn)行仿真測(cè)試，觀察輸出結(jié)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(jié)

實(shí)際工作中，不需要自己組合數(shù)值比較器，已有現(xiàn)成的集成芯片供用戶使用。下面介紹集成數(shù)值比較器74LS85的使用。

集成數(shù)值比較器74LS85是4位數(shù)值比較器。兩個(gè)4位數(shù)的比較是從A的最高位A3和B的最高位B3進(jìn)行比較，如果它們不相等，則該位的比較結(jié)果可以作為兩數(shù)的比較結(jié)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(shù)相等，那么比較步驟必須進(jìn)行到最低位才能得到結(jié)果。

真值表中的輸入變量包括兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)人：A3A2A1A0與B3B2B1B0，以及IA>B、IAB、IA

當(dāng)2個(gè)數(shù)值比較器級(jí)聯(lián)時(shí)，若高位比較器的兩數(shù)相等，則比較結(jié)果由級(jí)聯(lián)輸入信號(hào)IA>B、IAB和IAB=l，即低位比較器的A>B，則比較結(jié)果為FA>B=1；如果IAB、IAB=IA

4 數(shù)值比較器的應(yīng)用（溫度報(bào)警器電路）

通過仿真學(xué)習(xí)，了解掌握了數(shù)值比較器的工作原理以后，即可將數(shù)值比較器應(yīng)用于實(shí)用電路中，下面以溫度報(bào)警器電路為例，介紹數(shù)值比較器在應(yīng)用設(shè)計(jì)中的過程。如圖4所示為溫度報(bào)警器電路的邏輯圖，溫度檢測(cè)電路已檢測(cè)出溫度數(shù)值，并以8位二進(jìn)制數(shù)輸出，8位二進(jìn)制數(shù)的范圍為0～255，表示溫度數(shù)值為0℃～255℃，其中溫度檢測(cè)電路可由溫度傳感器組成。

溫度報(bào)警器電路采用了兩片級(jí)聯(lián)的74LS85用作8位數(shù)值比較。數(shù)據(jù)輸入端A連接輸入的溫度數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)輸入端B接報(bào)警數(shù)值。B輸入端連接狀態(tài)為“01100010”。二進(jìn)制數(shù)01100010轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為98。當(dāng)A輸入端數(shù)值大于B輸入端的設(shè)定值時(shí)。IC2的A>B.輸出端輸出為“1”，晶體管9013飽和導(dǎo)通，蜂嗚器發(fā)出報(bào)警聲音，即當(dāng)檢測(cè)溫度大于98℃時(shí)報(bào)警器報(bào)警。

明白了該電路的工作原理以后，就可以自行設(shè)計(jì)檢測(cè)溫度在0℃～255℃間的任一溫度的報(bào)警電路了，只需改變B輸入端的二進(jìn)制數(shù)設(shè)定值即可。

溫度報(bào)警器的仿真電路溫度輸入端用8個(gè)開關(guān)模擬輸入溫度的8位二進(jìn)制數(shù)，溫度設(shè)置端已設(shè)置為“01100010”，二進(jìn)制數(shù)01100010轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為98，所以溫度設(shè)置端設(shè)置的報(bào)警溫度為98℃，溫度輸入端此時(shí)的輸入代碼為01100100，01100100轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為100，表示此時(shí)的輸入溫度為100℃，所以報(bào)警指示燈亮。仿真電路中為了觀察方便，以指示燈代替了實(shí)際電路的報(bào)警器，工作原理是完全一樣的。

以往的電路設(shè)計(jì)往往需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行芯片線路的搭接、調(diào)試，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。仿真軟件的出現(xiàn)，極大的提高了電路設(shè)計(jì)的效率，通過數(shù)值比較器的仿真應(yīng)用設(shè)計(jì)，可以看出，仿真軟件不僅是學(xué)習(xí)數(shù)字電路的好幫手，也是電路開發(fā)設(shè)計(jì)的利器。

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作者簡(jiǎn)介：李偉民，男，助理工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：鄭州大學(xué)西亞斯國(guó)際學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系，鄭州 451150

基金項(xiàng)目：2013年度河南省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：132102210111）。