加法运算器数电课设.docx
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加法运算器数电课设
第1章设计题目
1.1设计任务
本周课程设计,我选择的题目是第4个“加法运算电路”。
根据本次课程设计的要求,我需要设计能进行两个四位二进制数加法的运算电路,以及发挥部分的显示结果和进行减法运算。
置入两个四位二进制数(要求置入的数小于1010),如(1001)2和(0111),同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数;通过开关选择运算方式加或者减;若选择加运算方式,所置数送入加法运算电路进行运算,同理若选择减运算方式,则所置数送入减法运算电路运算;前面所得结果通过另外两个七段译码器显示。
1.2设计要求
基本要求:
(1)设计全加器工作单元;
(2)能进行四位二进制数的加法运算电路;
(3)用数码管以十进制形式显示最后运算结果
发挥部分:
(1)减法运算电路;
(2)按键声音
总体要求:
(1)基本部分必须完成,发挥部分可以在已给的范围或自己寻找资料的范围内任选几个方向,至少完成1个发挥方向;
(2)符合要求的设计报告一份,其中包括逻辑电路图、印刷电路板图各一份;
(3)设计过程的资料、草稿。
(4)考勤情况、每天任务的完成情况、答辩情况
1.3课程设报告的基本要求
报告必须打印。
项目齐全、字迹工整,字数不少于3000字。
装订顺序:
封面、中文摘要、关键词、目录、正文(正文的具体要求按老师讲课要求)、总结及致谢、参考文献、附录(逻辑电路图与印刷电路板图)。
第2章设计框图
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第3章设计思路
我这次设计的题目是加法运算电路。
其中有几个难点:
如何实现2位十进制和怎样利用寄存器把数据传输到加法器中。
于是我想我的加法电路应有键盘与编码器输入数据,寄存器接收数据存储数据并把数据输入到加法器中,加法器接受数据运算后输入进译码器,译码器及显示装置接受数据并显示这几个部分。
因为经键盘及编码器输出的是2进制数,那么寄存器接受并输出的数据也是2进制数,所以加法器输出的数据应是8421BCD码,使显示装置最终显示十进制数。
因为1位十进制数的8421BCD码与二进制数表现形式相同,但2位十进制数的8421BCD码与二进制数不同,所以我设计的加法运算装置是由两个74S283N芯片来实现2位十进制数的输出。
原理是让第二个芯片的一个输入端接第一个芯片的输出端,另一个输入端进行对第一个芯片的运算结果进行判断,大于等于10时输入6即2进制数的0110,反之输入0。
输出结果即为2位十进制数的8421BCD码。
寄存器的设计是由一个74LS374N芯片和两个74S194N芯片组成的,其中两个74S194N芯片并联后与74LS374N芯片串联。
74LS374N芯片的脉冲由键盘的数字键提供,使得按下数字键后该寄存器就存储输入的数字,并通过译码显示器显示。
两个74S194N芯片的脉冲分别由键盘的+号和=号提供,分别存储加数与被加数并输入到第一个74S283N芯片中运算。
最后通过译码显示器显示运算结果。
第4章原理图设计
4.1编码器74147的电路设计
编码器74147实现将十进制数转换成二进制数,如图4.1所示
图4.1编码器电路图
上图为74LS147N编码器,是低电平有效的器件,当在键盘上按下相应的按键时便会有相应的电信号输入到编码器中,编码器接收的电信号就会把其经过编码后输出8421BCD码,它由9个输入端和4个输出端构成数据传输,可以对1到9的数字进行编码。
4.2寄存器74LS374N的电路设计及工作原理
寄存器74LS374N实现数据的暂存与输出,如图4.2所示
图4.2寄存器74LS374N与键盘连接电路图
74LS374N的由8个输入端、8个输出端、CP端及高阻态端构成。
这里我用到4个输入端、四个输出端及CP端,其中CP端与键盘的数字键相连接,输入端与编码器相连接。
当按下键盘的数字键时编码器把数据传输到寄存器中,同时数字键接通与断开的信号相当于一个脉冲使寄存器可以输出数据,即按哪个数字键寄存器就会同时输出那个数字的2进制数。
4.2.1寄存器74LS194N电路设计及工作原理
寄存器74LS194N实现加数与被加数的输出,如图4.3所示
图4.3寄存器74LS194N电路图
当74LS374N把加数输出后按下键盘的+号键(即开关J2),此时加数寄存器有了一个脉冲信号把加数输出,使其进入加法器中;在74LS374N将被加数输出后,按下=号键(即开关J11),此时被加数寄存器得到一个脉冲信号把被加数输出到加法器中。
4.3加法器74S283N的连接及工作原理
加法器74S283N电路实现2位十进制加法运算并输出,如图4.4所示
图4.42位十进制加法器电路图
当加数与被加数经过74LS194N输出后进入首个加法器74S283N中经过计算得出数字,此时另一个加法器需要判断得数是否大于等于10,所以需要在两个加法器中间建立一个门电路来判断得数。
如果得数大于等于10,经过门电路判断需要在另一个加法器输入6即0110,经过它的计算得出的数字即为本次运算的最终结果;如果小于10则不需要加6直接输出即可。
4.3.1加法电路真值表
如图4.5所示
C0
d
c
b
a
L
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
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0
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0
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1
0
0
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0
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0
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1
1
0
1
1
0
0
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0
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0
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1
1
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1
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0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
表4.5加法器真值表
由该真值表经卡诺图可以得出L=DC+DB,由此我门可以对其进行8421BCD码的转换,如10的二进制码为1010加六可得00010000。
我们可以看得出当得数大于等于十时我们可以对它加六来实现它的转换。
第5章工作过程
本次设计的加法运算电路可以实现简单的十进制数加法计算,并能输出2位十进制数。
当需要计算时,输入加数,按下键盘上的数字键输入数字,此时寄存器74LS374N得到数字键的脉冲把相应数字输出,暂存在另外的寄存器中,然后按下+号键,此时加数寄存器74LS194N得到+号输出的脉冲信号,把74LS374N输出的数字由暂存变为输出,最后进入到加法器的一个输入端。
再由键盘输入被加数,被加数激活74LS374N把其输出进入74LS194N中暂存,再按下键盘的=号键给被加数寄存器一个脉冲信号,让它把暂存的被加数输入到加法器的另一个输入端。
此时加法器开始计算两个数的和,小于10直接进入译码器并由显示器显示;大于等于10,则要经过门电路的判断与计算让个位上的8421BCD码输入到另一个加法器的一个输入端,而另一个输入端则接收门电路判断后的由8421BCD码表示的十进制数6,即让6与大于等于10的个位数的8421BCD码进行加法运算,最终得出2位十进制数的8421BCD码的表示,并进入两个译码器中,由译码器译码后在两个显示器中显示运算结果。
第6章元器件清单
序号
元件名称
规格及用途
数量
1
编码器
74LS174N
1片
2
寄存器A
74LS374N
1片
3
寄存器B
74LS194N
2片
4
加法器
74S283N
2片
5
显示器
SEVEN_SEG_COM
2片
6
译码器
7448N
2片
7
非门
74ALS04BN
5片
8
三输入与门
74ALS11AN
4片
9
二输入与非门
74ALS03BN
2片
10
三输入与非门
74ALS10AM
1片
11
电阻
1k
11个
12
九线开关
1个
13
一线开关
2个
14
电源
5V
2个
6.1主要元器件介绍
编码器74LS147N的引脚图如图6.1所示
图6.174LS147N引脚图
6.1.1功能表
74LS147N功能表如图6.2所示
表6.274LS147N功能表
它是常用的数字编码器,做二进制与十进制的转换,即可以把输入的十进制码转换成
二进制码,共有九个输入端,四个输出端,且为低电平有效电路,D为高位输出端,A为低位输出端。
6.2寄存器74LS374N
6.2.1引脚图及功能表如图6.3、6.4所示
图6.374LS374N引脚图
工作模式
输入
内部触发器
输出
~OCCLKD
存入和读出数据
L↑L
L↑H
L
H
相应内部触
发器的状态
存入数据
禁止输出
H↑L
H↑H
L
H
高阻
高阻
表6.474LS374N功能表
功能介绍:
当~OC接高电平时不管内部触发器为何值输出都为高阻状态即不输出。
当~OC接低电平时,只有遇到脉冲的上升沿时才会输出,此时输出的数据为内部触发器的相应状态;没有脉冲时只暂存前一状态的数据。
6.3加法器74S283N
6.3.1引脚图及功能表
如图6.5、6.6所示
图6.574S283N的引脚图
C0
d
c
b
a
L
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
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0
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0
1
0
0
0
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0
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1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
表6.674S283N功能表
功能介绍:
它是常用的二进制加法器,有两组输入端,分别为:
A1B1C1D1;A2B2C2D2,然后分别对相应的二进制相加,在设计中,我们巧妙的运用了加六的运算来实现向8421BCD码的转换。
如10的二进制码为1010加六可得00010000。
我们可以看出当得数大于等于十时我们可以对它加六来实现它的转换,因此我们再一次引入74284加法器并在它的2、3脚上加入我们推得的信号来实现。
第7章总结
加法运算电路的设计属于中规模通用集成电路的应用,各种中规模通用集成电路本身就是一种完美的逻辑设计作品,使用时只需适当地进行连接,就能实现预定的逻辑功能。
另外,由于他们所具有的通用性、灵活性及多功能性,使之除完成基本功能之外,还能以它们为基本器件组成各类逻辑部件和数字系统,有效地实现各种逻辑功能。
加法器在实现的过程中,运用了编码器、寄存器、加法器、七段译码显示器以及非门、与非门、与门组成的。
先是将输入的十进制数通过编码器转换成二进制数存到寄存器。
再由寄存器将数输入加法器中,在加法的运算中,在经过门电路判断后需要调整结果,一般采用的都是加6调整,调整完后将结果送入七段译码显示器中,将最终的结果显示出来。
在这次的设计中遇到了很多困难,比如怎样把加数与被加数分别输入进加法器里,还有是如何用两个加法器输出2位十进制数。
在经过与小组组员讨论后还是不能最终实现加法电路的运算,只能部分计算,虽能显示但还不是成品。
正是老师的指导与帮助我们才最终将加法电路做成功,虽然只能进行最简单的加法运算且只是0~9,但这是我们一起讨论与研究的作品,这是我的成功,我很高兴能自己完成此次课设,虽然接受过帮助但最后我明白了应该怎么运用所学知识去完成一些简单的数字电路。
真的要感谢一下老师,在老师的指导下我才会把自己的想法继续下去,去完成属于自己的东西,这些就是我此次课设的小结。
第8章致谢
感谢我的指导老师于曲老师在此次课程设计中给予我热情而耐心的指导和我组组员对我的帮助。
老师在我画方框图以及电路图时,给我很多指导和肯定,同时在对我的一些思想与想法给了很多意见,让我获益匪浅。
同时在软件的操作中也给了我很多指导。
让我明确了自己的思想,并一直坚持自己的思路走下去,最后能够实现课程设计的要求,更让自己得到一种满足感。
我的小组组员在我的设计里也提了很多宝贵意见,让我的电路图连接的更为准确精美,并在我为难时提醒我该怎样去接线去让电路跑起来,正是在我们的讨论中我的思路逐渐清晰完整,并最终完成了我的设计。
我还要感谢我用到的书籍的作者,是他们的作品让我获得了关于我所设计的课题的丰富的知识,让我明白了许多在课本上涉及不深的东西,我才可以把所学的东西活学活用。
最后感谢学校给我们提供这种独立自主研究性学习的机会,充分开发了我们的创新能力让我们有能力和经验去面对更复杂更难做的任务,让我们在课设中学到如何运用所学知识去创造更多的财富,这是我们在学校里成才的必要条件,为以后对社会做更多贡献打下了基础。
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