簡易加減計算器設(shè)計數(shù)電

1、電子技術(shù)課程設(shè)計課題： 簡易加減計算器系 別： 電氣與電子工程系專 業(yè)： 電氣工程及其自動化姓 名： 學(xué) 號： 河南城建學(xué)院2012年 6 月21 日成績評定·一、指導(dǎo)教師評語（根據(jù)學(xué)生設(shè)計報告質(zhì)量、答辯情況及其平時表現(xiàn)綜合評定）。二、評分評分項目設(shè)計報告評分答辯評分平時表現(xiàn)評分合 計 （100分）任務(wù)完成情 況（20分）課程設(shè)計報告質(zhì)量（40分）表達情況（10分）回答問題情 況（10分）工作態(tài)度與紀律（10分）獨立工作能力（10分）得分課程設(shè)計成績評定班級 姓名 學(xué)號 成績： 分（折合等級 ）指導(dǎo)教師簽字 年 月 日一、設(shè)計目的1、綜合運用相關(guān)課程中所學(xué)到的知識去完成設(shè)計課題。2、

2、熟悉常用芯片和電子器件的類型及特性，掌握合理選用器件的原則。3、學(xué)會電路的設(shè)計與仿真。4、通過查閱手冊和相關(guān)文獻資料，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力。5、培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風(fēng)和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。二、設(shè)計要求1、用于兩位以下十進制的加減運算。2、以合適方式顯示輸入數(shù)據(jù)及計算結(jié)果。三、總體設(shè)計1、設(shè)計電路原理置數(shù)開關(guān)選擇運算方式加法運算電路減法運算電路譯碼顯示計算結(jié)果顯示所置入的兩個一位十進制數(shù)圖1加減運算原理框圖如圖1所示第一步 置入兩個四位二進制數(shù)。例如（1001）2,（0011）2和（0101）2，（1000）2，同時在兩個七段譯碼顯示器上顯示出對應(yīng)的十進制數(shù)9，3和5，8。第二步 通過開

3、關(guān)選擇加（減）運算方式； 第三步 若選擇加運算方式所置數(shù)送入加法運算電路進行運算；同理若選擇減運算方式，則所置數(shù)送入減法運算電路運算；第四步 前面所得結(jié)果通過另外兩個七段譯碼器顯示。即：若選擇加法運算方式，則（1000）2+（0110）2=（1110）2 十進制8+6=14并在七段譯碼顯示器上顯示14。若選擇減法運算方式，則（0101）2-（1000）2=（10011）2十進制5-8= -3并在七段譯碼顯示器上顯示-3。2、運算方案方案一通過開關(guān)J1-J8接不同的高低電平來控制輸入端所置的兩個一位十進制數(shù)，譯碼顯示器U10和U13分別顯示所置入的兩個數(shù)。數(shù)A直接置入四位超前進位加法器74LS2

4、83的A4-A1端，74LS283的B4-B1端接四個2輸入異或門。四個2輸入異或門的一輸入端同時接到開關(guān)S1上，另一輸入端分別接開關(guān)J5-J8，通過開關(guān)J5-J8控制數(shù)B的輸入。當(dāng)開關(guān)S1接低電平時，B與0異或的結(jié)果為B，通過加法器74LS283完成兩個數(shù)A和B的相加。當(dāng)開關(guān)J1接高電平時，B與1異或的結(jié)果為B非 ，置入 的數(shù)B在74LS283的輸入端為B的反碼，且74LS283的進位信號C0為1，其完成S=A+B（反碼）+1，實際上其計算的結(jié)果為S=A-B完成減法運算。由于譯碼顯示器只能顯示0-9，所以當(dāng)A+B>9時不能顯示，我們在此用另一片芯片74LS283完成二進制碼與8421B

5、CD碼的轉(zhuǎn)換，即S>9（1001）2時加上6（0110）2，產(chǎn)生的進位信號送入譯碼器U15來顯示結(jié)果的十位，U14顯示結(jié)果的個位。由于減法運算時兩個一位十進制數(shù)相減不會大于10，所以不會出現(xiàn)上述情況，用一片芯片U14即可顯示結(jié)果。方案二由兩異或門兩與門和一或門組成全加器，可實現(xiàn)一位二進制加邏輯運算，四位二進制數(shù)并行相加的邏輯運算可采用四個全加器串行進位的方式來實現(xiàn)，將低位的進位輸出信號接到高位的進位輸入端，四個全加器依次串行連接，并將最低位的進位輸入端接邏輯“0”，就組成了一個可實現(xiàn)四位二進制數(shù)并行相加的邏輯電路。通過在全加器電路中再接入兩個反相器可組成一個全減器，實現(xiàn)一位二進制減邏輯運

6、算，將來自低位的錯位信號端接到向高位借位的信號端，依次連接四個全減器，構(gòu)成可實現(xiàn)四位二進制數(shù)并行進行邏輯減運算的電路。在兩組電路置數(shù)端接開關(guān)控制置數(shù)輸入加法還是減法運算電路，電路輸出端接LED燈顯示輸出結(jié)果，輸出為五位二進制數(shù)。通過對兩種方案的比較，為實現(xiàn)設(shè)計要求，首先在不計入數(shù)碼管所需芯片的情況下，方案二一共需要十二個芯片，電路的連接相當(dāng)復(fù)雜，產(chǎn)生接線錯誤和導(dǎo)線接觸不良的幾率大大增加，而且耗費較高；而方案一一共需要七或九個芯片，且其中幾個芯片只用到一兩個門，相對接線較簡單，容易實現(xiàn)。其次，方案二采用串行進位和借位的方式來實現(xiàn)四位邏輯加減運算，任意一位的邏輯運算必須在前一位的運算完成之后才能進

7、行，相較而言運算速度不高；而方案一采用的是超前進位的方式來實現(xiàn)四位邏輯運算的，每位的進位只有加數(shù)和被加數(shù)決定，而與低位的進位無關(guān)，它的運算速度較方案二高出很多。綜上所述，方案一較方案二更加優(yōu)秀，不僅電路簡單而且運算速度更快，經(jīng)綜合小組各設(shè)計方案，被選為小組共同方案。四、各部分電路設(shè)計1、加法電路的實現(xiàn)用兩片4位全加器74LS183和門電路設(shè)計一位8421BCD碼加法器。由于一位8421BCD數(shù)A加一位數(shù)B有0到18這十九種結(jié)果。而且由于顯示的關(guān)系,當(dāng)大于9的時候要加六轉(zhuǎn)換才能正常顯示，所以設(shè)計的時候有如下的真值表：0000000000010100010020001103001000400101

8、05001100600111070100008010010901010110需要裝換010111110110011201101113011101140111111510000016100010171001001810011019無關(guān)項101000201010102110110022101110231100002411001025110101261101112711100128無關(guān)項111011291111013011111131由前16項得：由后10項得：由以上兩式得 Y=CO+S3S2+S3S1由于用與非門比較方便所以我們選用了與非門電路有以下兩種選擇：(1)(2)但由于（1）方式簡單所以我

9、們選用了（1）方式得到了如下的理論圖:加法電路圖2加法實現(xiàn)電路2、減法電路的實現(xiàn)該電路功能為計算A-B。若n位二進制原碼為N原，則與它相對應(yīng)的補碼為N補=2n-N原，補碼與反碼的關(guān)系式為N補=N反+1，A-B=A+B補-2n=A+B反+1-2n因為B1= B非，B0=B，所以通過異或門74LS86對輸入的數(shù)B求其反碼，并將進位輸入端接邏輯1以實現(xiàn)加1，由此求得B的補碼。加法器相加的結(jié)果為：A+B反+1由于2n=24=(10000)2,相加結(jié)果與相2n減只能由加法器進位輸出信號完成。當(dāng)進位輸出信號為1時，它與2n的差為0；當(dāng)進位輸出信號為0時，它與2n差值為1，同時還要發(fā)出借位信號。因為設(shè)計要求

10、被減數(shù)大于或等于減數(shù)，所以所得的差值就是A-B差的原碼，借位信號為0。減法電路：圖3減法實現(xiàn)電路3、譯碼顯示電路譯碼顯示電路是由一個七段LED譯碼驅(qū)動器74HC4511和一個七段LED數(shù)碼顯示器組成。在74HC4511中，經(jīng)前面運算電路運算所得的結(jié)果輸入74HC4511的D3D2D1D0，再譯碼輸出，最后在七段LED顯示器中顯示出來圖4譯碼顯示電路4、電路圖的仿真及檢測通過學(xué)習(xí)Multisim軟件和對前面加減法運算電路的研究，總結(jié)出一套簡單方便又可達到要求的方案，并設(shè)計出以下電路圖：圖5加法顯示電路圖6減法顯示電路五、整體電路圖六、設(shè)計總結(jié)通過這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力

11、。在整個設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我沉得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。尤其學(xué)習(xí)軟件Multisim，除了可以提高仿真能力、綜合能力和設(shè)計能力外，還可進一步提高實踐能力。初步掌握一種電子電路計算機輔助分析和設(shè)計軟件對學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課很有必要。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實習(xí)必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我們學(xué)也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！參考文獻1 楊頌華.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）.西安電子科技大學(xué)出版社，2009.2 江捷,馬志