Alu digitales diseño

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CIRCUITOS DIGITALES

Proyecto

ALU (Unidad Aritmético-Lógica)

OBJETIVO:

* Construcción y diseño de un circuito combinacional ampliamente utilizado (Unidad Aritmético Lógica: ALU) y familiarizarse con la operaciones que con él se pueden realizar.

* Implementar como modulo integrado del circuitodesarrollado, comprobar su correcto funcionamiento y simular el diseño en la computadora.

MATERIALES:

* 5 Multiplexores (74151)
* 5 OR (74ALS32)
* 7 AND (74LS08)
* 8 Sumadores completos (74LS283)
* 1 Fuente DC de 5(V)
* . Cables
* 4 Diodos leds
* 2 Dip switch de 4 entradas
* 1 Proto de tamaño de suficiente tamaño para el diseño

PLANTEMAIENTO DELPROBLEMA:

Diseñar una ALU capaz de realizar operaciones lógicas y aritméticas, en concreto debe realizar las siguientes operaciones:

Selección | Operación |
M | S2 | S1 | S0 | A B |
Operaciones Aritméticas |
0 | 0 | 0 | 0 | A más B |
0 | 0 | 0 | 1 | (A o B) más B |
0 | 0 | 1 | 0 | 11 |
0 | 1 | 0 | 0 | A menos B |
0 | 1 | 0 | 1 | A más (A y B) más B |
0 | 1 | 1 | 0 | (Ay B) menos 1 |
0 | 1 | 1 | 1 | A menos 1 |
Operaciones Lógicas |
1 | 0 | 0 | 0 | Not (A o B) |
1 | 0 | 0 | 1 | Not (A) y B |
1 | 0 | 1 | 0 | A xor B |
1 | 0 | 1 | 1 | Not (A xor B) |
1 | 1 | 0 | 0 | A or B |
1 | 1 | 0 | 1 | A or Not (B) |
1 | 1 | 1 | 0 | A y B |
1 | 1 | 1 | 1 | Not (A) y Not (B) |

* Entradas de la ALU

M: Indica el tipo de operación si es asimétrica ológica
………S2,S1,S0: Entradas de selección que indican la operación a realizar
A y B: Entradas de datos de un bit

* Salidas de la ALU
F1,F0: Salidas de 1 bit
F1: Salida que indica el carry cuando se trata de una suma y préstamo cuando se trata de una resta.
F0: Salida que nos da el resultado de la suma o resta además el del resultado de las operaciones lógicas

* OperadoresMás: Operador aritmético que indica la operación suma.
Menos: Operador aritmético que indica la operación resta.
Y: Operador aritmético que indica la operación AND.
O: Operador aritmético que indica la operación OR.
NOT: Operador aritmético que indica la operación NOT.
XOR: Operador aritmético que indica la operación OR exclusiva.

PROCEDIMIENTO:

Un típico símbolo esquemático parauna ALU: A y B son operandos; R es la salida; F es la entrada de la unidad de control; D es un estado de la salida
En el diseño de una ALU se deben seguir los siguientes pasos:
1. Diseñar la sección aritmética independientemente de la sección lógica.
2. Determinar las operaciones lógicas del circuito aritmético, asumiendo que los acarreos de salida de todas las etapas son 0.
3.Modificar el circuito aritmético para obtener las operaciones lógicas requeridas.
El diseño simple de una ALU se hace utilizando el sumador completo para generar las operaciones lógicas de la unidad.

Diseño de la unidad aritmética:

En este caso cada término es de 2 bits, por lo tanto se ha usado 4 MUX para sus salidas.

M = 0

MUX

Entradas | S2 | S1 | S0 | A B |
E0 | 0 | 0 | 0 |A más B |
E1 | 0 | 0 | 1 | (A o B) más B |
E2 | 0 | 1 | 0 | 11 |
E4 | 1 | 0 | 0 | A menos B |
E5 | 1 | 0 | 1 | A más (A y B) más B |
E6 | 1 | 1 | 0 | (A y B) menos 1 |
E7 | 1 | 1 | 1 | A menos 1 |

NOTA: La entrada E3 no es tomada en cuenta en el problema planteado y todas estas se han conectado a GND.

E0 = A + B


E1 = (A or B) + B

E2 = 1 1 1 1

Es conectada a Vcclas salidas E2 de cada MUX
E4 = A – B
A+B+1
El carry no se ha tomado en cuenta

E5 = A + (A and B) + B

Se ha tomado la salida de E0 A + B en el segundo sumador.

E6 = (A and B) – 1

E7 = A – 1

Diseño de la unidad lógica:

En este caso se trata para cada término es de 1 bit de tamaño, y al tratarse de operaciones lógicas solo se necesita un MUX para sus salidas.

M = 1...