数值计算中Bcd码校验电路的分析与设计

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数值计算中Bcd码校验电路的分析与设计 [复制链接]

校验原理　　在计算机得数值计算中，数值经常是以Bcd码表示的十进制进行运算的。即一位BCD码用4位二进制位表示。但是BCD的加法需要两个加法器来完成，如果分析一下BCD数的加法过程，原因就很清楚。请看下面：
　　令A=1000,B=0111,这两个数都是正确的BCD码，如果两个操作数直接相加，结果不是一个BCD码：
　　1000
　　＋ 0111
　　1111
　　正确的BCD码加法运算应为1000＋0111＝（1）0101即8＋7＝15。其它BCD码操作数运算的结果也能产生不正确的BCD码结果。实际上当结果大于9或者有进位时，就要进行BCD的校验，以确保结果的正确性。
　　对于产生进位得情况，加法器直接提供了二进制的进位输出，即BCD修正信号Y=C.而对于结果大于9，需要修正的数为1010－1111。
　　把它们作为四变量布尔表达式的最小项，就能化简逻辑。即Y=E3E2+E3E1.其中E3 、E2、E1、E0是加法器的和的输出。综合以上结果可得BCD修正信号Y=E3E2+E3E1+C.修正电路如图一所示。

　　下面就已四位并行加法器和一位串行加法器两种电路形式来讨论BCD码的验证。

　　 图二所示为4位并行的BCD加法器电路。其中上面加法器的输入来自低一级的BCD数字。下面加法器BCD的输出E3、E2、E1、E0和COUT至高一级 BCD数字,其A3和A1位接地,即当BCD校验信号为真时Y=1,A3A2A1A0= 0110,以实现加6的调整.当不需要BCD调整时Y=0,此时A3A2A1A0=0000,从而使输出结果无变化.
　　虽然4位并行加法器运算速度较快，但是所用逻辑门较多。图三所示为一位串行BCD加法器。它是以牺牲速度以达到减少硬件逻辑门的目的，这种电路在对频率要求不高的系统中非常之适用。其中ADDER1、ADDER2均为一位全加器。ADDER1 做主运算器,ADDER2做BCD校验运算器，不管是否做BCD校验，ADDER2的初始进位、借位始终为“1”。

　　图三中Z型门为延时电路，延时一个时钟周期，这样在外部电路控制下，经过四个时钟周期，得到一位十进制BCD结果E3E2E1E0.由电路图所以当 C+(E3E2+E3E1)逻辑值为‘1’时，控制多路选择器选择A通路（A通路为序列 1001），当C+(E3E2+E3E1)为‘0’时，选择B通路（B通路序列为1111），即需要校验时，多路选择器输出序列1001；不需要校验时，输出序列1111，与Z型门的输出对应相加，并且ADDER2的初始进位始终为‘1’，由此可完成BCD的校验工作。
　　 下面是基于4位并行BCD加法器算法的一种快速BCD的加法器VERILOG硬件描述语言程序及其仿真结果。
　　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：两个十进制数2189＋8075的正确结果应为11064，可是，相加运算后的结果为FEH,为此应进行BCD调整。将为经校验的相加结果 0010，1001，1000，1001（十进制2989）＋1000，0000，0111， 0101（十进制8075）＝1010，1001，1111，1110代人上述BCD校验模块，可得仿真结果如图四。

　　 有图可知data_o为1064 且进位输出为1，即总的结果为11064，这与2989＋8075＝11064的结果是一致的。