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(jié)果能使用十進制形式表達,，而在微處理器內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路將輸入的十進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進制數(shù)據(jù),，微處理器內(nèi)部算術(shù)邏輯單元仍然執(zhí)行二進制數(shù)據(jù)運算微操作，運算結(jié)果再進行二--十進制轉(zhuǎn)換,，將結(jié)果以十進制形式輸出,。
方法2：算術(shù)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(shù)邏輯單元能夠接收特定二進制編碼構(gòu)成的十進制數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生相同編碼組成的計算結(jié)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(jié)構(gòu)和保證系統(tǒng)時序結(jié)構(gòu)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(yù)=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(jié)果不是一個BCD碼：
1000
?。?0111
1111
正確的BCD碼加法運算應(yīng)為1000＋0111＝（1）0101即8＋7＝15。其它BCD碼操作數(shù)運算的結(jié)果也能產(chǎn)生不正確的BCD碼結(jié)果,。實際上當結(jié)果大于9或者有進位時,，就要進行BCD的校驗，以確保結(jié)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(jié)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(jié)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(diào)整.當不需要BCD調(diào)整時Y=0,此時A3A2A1A0=0000,從而使輸出結(jié)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(jié)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(yīng)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(jié)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(jié)果應(yīng)為11064，可是,，相加運算后的結(jié)果為FEH,為此應(yīng)進行BCD調(diào)整,。將為經(jīng)校驗的相加結(jié)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?zāi)K，可得仿真結(jié)果如圖四,。
有圖可知data_o為1064 且進位輸出為1,，即總的結(jié)果為11064，這與2989＋8075＝11064的結(jié)果是一致的,。
結(jié)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?zāi)K,。由上面仿真結(jié)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),。