四位二进制加法器课程设计.docx

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四位二进制加法器课程设计

课题名称与技术要求

课题名称：

四位二进制加法器设计

技术要求：

1）四位二进制加数与被加数输入

2）二位数码管显示

摘要

本设计通过八个开关将A3,A2,A1,A0和B3,B2,B1,B0信号作为加数和被加数输入四位串行进位加法器相加，将输出信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位C3通过译码器Ⅰ译码，再将输出的Y3,Y2,Y1,Y0和X3,X2,X1,X0各自分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过数码管BS204实现二位显示。

本设计中译码器Ⅰ由两部分组成，包括五位二进制译码器和八位二进制输出器。

信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位C3输入五位二进制-脉冲产生器，将得到的n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号输入八位二进制输出器，使电路的后续部分得以执行。

总体论证方案与选择

设计思路：

两个四位二进制数的输入可用八个开关实现，这两个二进制数经全加器求和后最多可以是五位二进制数。

本题又要求用两个数码管分别显示求和结果的十进制十位和各位，因此需要两个译码器Ⅱ分别译码十位和个位。

综上所述，需要设计一个译码器Ⅰ，能将求和得到的五位二进制数译成八位，其中四位表示这个五位二进制数对应十进制数的十位，另四位表示个位。

而译码器Ⅱ有现成的芯片可选用，此处可选74LS247，故设计重点就在译码器Ⅰ。

加法器选择

全加器：

能对两个1位二进制数进行相加并考虑低位来的进位，即相当于3个1位二进制数相加，求得和及进位的逻辑电路称为全加器。

或：

不仅考虑两个一位二进制数相加，而且还考虑来自低位进位数相加的运算电路，称为全加器。

1）串行进位加法器

构成：

把n位全加器串联起来，低位全加器的进位输出连接到相邻的高位全加器的进位输入。

优点：

电路比较简单。

最大缺点：

进位信号是由低位向高位逐级传递的，运算速度慢。

2）超前进位加法器

为了提高运算速度，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，于是制成了超前进位加法器。

优点：

与串行进位加法器相比，（特别是位数比较大的时候）超前进位加法器的延迟时间大大缩短了。

缺点：

电路比较复杂。

综上所述，由于此处位数为4（比较小），出于简单起见，这里选择串行进位加法器。

译码器Ⅱ选择

译码是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予的含意“翻译”过来，给出相应的输出信号。

译码器是使用比较广泛的器材之一，主要分为：

变量译码器和码制译码器，其中二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器三种最典型，使用十分广泛。

显示译码器又分为七段译码器和八段译码器，此处选择七段译码器。

综上所述，最终选择74LS247译码器。

数码管选择

此处选七段发光二极管（LED）显示器，LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要有译码功能，还要有相当的驱动能力。

上述选取了74LS247译码器，为了与该译码器配用，因此选取BS204数码管。

总体设计

原理框图

总电路图

个位

十位

说明：

通过八个开关将A3,A2,A1,A0和B3,B2,B1,B0信号作为加数和被加数输入四位串行进位加法器相加，将输出信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位C3通过译码器Ⅰ译码，再将输出的Y3,Y2,Y1,Y0和X3,X2,X1,X0各自分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过数码管BS204实现二位显示。

单元设计

加数与被加数输入

分别用八个开关实现加数和被加数的输入，开关闭合表示1，开关打开表示0。

详见总电路图。

加法器设计

两个一位二进制数相加，叫做半加，实现半加操作的电路，称为半加器。

所谓“半加”，就是只考虑两个加数本身的求和，而没有考虑地位来的进位数。

半加器逻辑图及符号

全加器可用两个半加器和一个或门组成，如图所示。

Ai和Bi在第一个半加器中相加，得出的和再跟Ci-1在第二个半加器中相加，即得出全加和Si。

两个半加器的进位数通过或门输出作为本位的进位数Ci。

全加器也是一种组合逻辑电路，其图形符号如下图所示。

全加器逻辑图及符号

四位二进制串行进位加法器逻辑图（详细电路图见附录三）如下：

译码器Ⅰ设计

译码器Ⅰ组成如下图：

说明：

由全加器得到的和（最多5位）从A端输入，经五位二进制-脉冲产生器，得到n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号，并将其输入八位二进制输出器，在B端得到八位二进制数码，其中4位表示十进制的十位数，另4位表示十进制的个位数。

此为译码器工作流程。

八位二进制输出器真值表见附录五

由真值表写出驱动方程：

J0=K0=1

J1=K1=X0

J2=K2=X1·X0

J3=K3=X2·X1·X0+X2·X1·X0

J4=K4=X3·X2·X1·X0

J5=K5=Y0·X3·X2·X1·X0

八位二进制输出器电路图见附录四

译码器Ⅱ（74LS247译码器）设计

74LS247引脚图

74LS247功能表

七段显示译码器的主要功能是把“8421”二-十进制代码译成对应于数码管的七字段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。

数码管设计

半导体七段显示器分为共阴极接法和共阳极接法两种，此处为了与74LS247译码器配套选用BS204共阳极数码管。

LED数码管共阳极接法LED显示器

心得体会

通过本次课程设计，我加深了对所学知识的理解，并对某些知识进行了很好地应用，如J-K触发器等。

同时，我也更加强化了自己查阅资料的能力，这有助于提高我的自学能力，整个过程中我还有请教同学。

总之，本次课程设计更加激发了我的学习欲望，有利于我后续课程的学习。

当然，在这次课设中，我也遇到了不少问题，如对于译码器Ⅰ的处理，这个问题还没完全解决，最近几天也查过资料和咨询过同学，但由于时间紧迫等原因，对于其中如何由五位二进制数激发得到n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号还是没能很好地解决，看来只能留待以后去思考了。

总之，这次课设让我收获不少。

参考文献

[1]数字电路逻辑设计（第三版）王毓银主编高等教育出版社

[2]电子技术李春茂主编科学技术文献出版社

[3]数字电子技术基础解题指南唐竞新主编清华大学出版社

附录

附录一：

特别说明

本论文中译码器Ⅰ组成图及附录中各图表纯属原创，原理图为讨论之结果，其它图表有借鉴参考文献，文中某些概念性描述也来源于文献，如与他人论文中某些部分存在相似之处，敬请明鉴。

附录二：

元件材料清单

74LS247译码器2个

BS204共阳极数码管2个

510Ω电阻14个

与门13个

或门3个

异或门7个

J-K触发器6个

附录三：

串行进位加法器详细电路图

附录四：

八位二进制输出器电路图