十翻二运算电路设计24精.docx
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十翻二运算电路设计24精
十翻二运算电路设计
一、内容摘要
关键字:
十翻二运算、全加器、BCD码
人们在向计算机输送数据时,首先把十进制数变成二—十进制数码即BCD码,运算器在接受到二一十进制数码后,必须要将它转换成二进制数才能参加运算。
这种把十进制数转换成二进制数的过程称为“十翻二”运算。
本报告主要介绍十翻二电路的设计思路,实现方法与调试过程。
包括系统设计,方案比较,系统框图,单元模块分析与设计,完整电路图,电路工作原理,运行说明,调试方法与技巧,故障分析与解决方法,以及对电路的改进等。
二、技术指标
1、系统结构要求
系统结构方框图所示
2、电气指标
1.具有十翻二功能。
2.能完成三位数十进制数到二进制数的转换。
3.能自动显示十进制数及二进制数。
4.具有手动和自动清零功能。
3、设计条件
1.电源条件:
直流稳压电源提供+5V电压。
2.实验仪器和材料:
名称
备注
仪器
实验室配备
万用表
一个
面包板
1块
剪刀
一把
镊子
一把
各色导线
若干
三、主要芯片
1、排阻
排阻,就是若干个参数完全相同的电阻,它们的一个引脚都连到一起,作为公共引脚,其余引脚正常引出。
所以如果一个排阻是由n个电阻构成的,那么它就有n+1只引脚,一般来说,最左边的那个是公共引脚。
它在排阻上一般用一个色点标出来。
2、发光二极管
发光二极管,就是在半导体p-n结或与其类似结构上通以正向电流时,能发射可见或非可见辐射的半导体发光器件。
注意发光二极管是一种电流型器件,虽然它的两端直接接上3V的电压后能够发光,但容易损坏,在实际使用中一定要串接限流电阻,工作电流根据型号不同一般为1mA到3OmA。
另外,由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上,所以一节1.5V的电池不能点亮发光二极管。
同样,一般万用表的R×1档到R×1K档均不能测试发光二极管,而R×10K档由于使用15V的电池,能把有的发光管点亮。
用眼睛来观察发光二极管,可以发现内部的两个电极一大一小。
一般来说,电极较小、个头较矮的一个是发光二极管的正极,电极较大的一个是它的负极。
若是新买来的发光管,管脚较长的一个是正极。
3、数码管
(1)管脚图
以A3A2A1A0表示显示译码器输入的BCD代码,以Ya—Yg表示出的7位二进制代码,并规定用1表示数码管中线的点亮状态,用0表示线段的熄灭状态。
(2)七段显示译码器的真值表
输入输出
数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYf字形
Yg
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
3
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
7
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
9
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
10
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
11
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
12
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
13
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
14
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
15
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
4、74283
四位超前进位并行加法器管脚排列图
所谓超前进位加法器是指,为了提高运算速度,在电路结构中通过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号,而无需再从最低位开始向高位逐位传递进位信号的多位加法器。
(1)全加器——实现一位二进制数加法
输入:
被加数Ai、加数Bi、低位的进位Ci-1
输出:
和Si、向高位的进位Ci
Si=Ai⊕Bi⊕Ci-1
Ci=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1
(2)超前进位:
各位的进位输出不经过低位加法器传输,直接由所有低位的加数、被加数产生。
Ci=AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1=Gi+PiCi-1
产生变量:
Gi=AiBi传输变量:
Pi=Ai⊕Bi
C1=G1+P1C0
C2=G2+P2G1+P2P1C0
C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0
C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0
各进位信号同时产生,运算速度快,但电路复杂。
5、4511译码器
4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下:
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
6、八位拨码开关
八位拨码开关,每一个部分多是一个独立的开关电路,开路拨向ON的一方,开关导通,否则就是断开。
在此电路中拨码开关的作用则是输入BCD码。
四、方案设计
用加法器实现BCD码至二进制数的转换基于这样的事实:
将BCD码字中各个为“1”的位所代表的权值的等值二进制数相加,即可获得该BCD码的等值二进制数。
例如:
十进制数36,BCD码为00110110,其中为“1”的位从高到低的权值依次为20、10、4、2.
20--------10100
10--------01010
4--------00100
2--------00010相加
------------------------
36-------100100(25+22)
实际进行加法运算时,最低位不必进行。
最低位可以直接以BCD码字的最低二进制输出。
至于最低位以外的各个二进制位,也只需要将相同位置的“1”及相邻低位来的进位相加(次低位无最低位来的进位),而对于“0”则不必去将其相加。
相同位置的“1”的个数越少,所需要的加法次数也就越少,需要的加法器越少,实现的电路也越简单、经济。
(1)一片74283加法器构成的BCD码/6位二进制数变换电路:
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+C2
b4=D11+C3
b5=C4
(2)两片74283加法器构成的BCD码/7位二进制数变换电路:
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1
b3=D03+D10+D12+C2
b4=D11+D13+C30+C31
b5=D12+C40+C41
b6=D13+C5
由于加法器的任一位仅允许三个加法输入(被加数、加数、相邻低位来的进位),所以b3、b4的逻辑值必须经过两次加法运算才能获得。
将b3、b4的表达式进行分组:
产生进位C30产生进位C40
b3=(D03+D10+C2)+D12b4=(D11+C30)+D13+C31
产生部分和S30产生部分和S40
产生和b3及进位C31产生和b4及进位C41
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1
b3=D03+D10+C2+D12
b4=D11+C30+D13+C31
b5=D12+C40+C41
b6=D13+C5
(3)三片74283加法器构成的BCD码/10位二进制数变换电路:
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+D20+C1
b3=D03+D10+D12+D21+C20+C21
b4=D11+D13+D22+C30+C31+C32
b5=D12+D20+D23+C40+C41
b6=D13+D20+D21+C50+C51
b7=D21+D22+C60+C61+C62
b8=D22+D23+C70+C71
b9=D23+C80
五、完整电路设计
1.布线
●导线颜色
●电源正(红色),地线(黑色)
●信号总线(用不同的颜色,方便测试与查错)
●导线走向
●横平竖直(不同于PCB设计)
●不架“天桥”,不走“地沟”
●导线尽可能短,
●长线不能分成一段一段(故障率高)。
●符合电气规则
2.布局
●集成电路缺口方向保持一致。
●元件布局疏密合理。
●元件位置合理
●显示(上端),按键(下端),接口(左端)
●电路结构合理,按模块(单元电路)布局
●模拟数字分开,大小信号分开,信号源独立
●电源线和地线接法
●单点接地与多点接地
●双回路供电
●设置测试点
●便于走线
3、完整电路及简要说明
接入+5V高电位后,经过公共端置1,此时在拨码开关上从低位到高位拨0-9之间的数(从右到左,分别为个位,十位,百位),经过4511译码器在数码管上显示十进制数;并经过5位全加器74283,实现十进制转换成二进制,在LED上显示。
4、单元电路设计
输入部分:
用拨码开关1-12位,输入BCD码。
与排阻串联。
四位代表一个十进制数。
拨码拨下开关1,表示2的0次方,2表示2的1次方,3表示2的2次方,4表示2的3次方。
显示部分:
二进制数字的显示可以用LED发光二极管指示,十进制数字的显示用七段数码管显示。
十翻二计算部分:
全加器Σ可选用74LS283全加器。
用加法器实现BCD码到二进制数的转换。
全加器16脚接高电位,7,8脚接低电位。
5、电路设计图:
6、自己完成的实物图:
六、安装与调试
(一)使用的主要仪器仪表:
万用表,实验箱。
(二)调试电路的方法和技巧:
1、分模块连接、调试,待到各模块调试成功后,再将各模块连接起来同一调试。
2、分模块调试时,时钟部分先用实验箱上固定频率进行调试,待调试成功后,再将时钟模块连接好进行调试。
3、当出现错误时,先使用较低频率(1Hz)作为时钟,利用LED灯对出现错误部分的前级进行测验,对比设计逻辑以便找出错误所在。
4、连线时对时钟线、复位线、电源线、地线、数据线用不同颜色的电线连接以便于检查。
(三)测试数据
输入值(十进制)
255
127
252
输出值(二进制)
11111111
0111111
11111100
(四)调试中出现的故障、原因及排除方法
故障一:
数码管显示不正确。
原因是数码管的3、4管脚未接高电位、
5、8管脚未接低电位,不能以输入的信号控制数码管,连接后问题解决。
故障二:
二极管显示不正确。
原因没有合理考虑进位问题。
原先是用四块74283实现的,考虑进位后,采用了五块74283解决了该问题。
七、电路特点及方案优缺点
此电路由于分模块设计,所以功能清晰,并易于分块调试,且接法相对简单,但由于既要供电于数码管,又要供电给十翻二电路,译码器电流不足,会导致数码管显示偶数正常而奇出现问题。
可在拨码开关和4511之间加门电路增加译码器的驱动能力解决该问题。
八、元件清单
器件型号
数量
4511
3
74283
5
共阴极数码管
3
拨码开关
2
发光二极管
10
100Ω电阻
10
300Ω电阻
3
1K排阻
2
九、心得体会
这次电路设计让我了解了电子电路的一些基本知识,实验的课题为“十翻二运路电路”。
由于,在之前的学习中,没有接触过电路方面的知识,刚开始觉得设计很困难,从每个元器件的作用,到运算电路的算法的设计,每一步都很困难。
后来,通过去图书馆找资料和网上搜索的知识对整个电路设计的过程,有了很大的了解。
当然,这也要感谢同学和老师的帮助。
完成了电路图设计后就是实际操作,这是很困难的一步,因为连线很复杂,同时又要考虑到电路的布局,所以在连线的过程中,也就是考验我们细心和耐心的时候。
跟着电路图来,一步步的连线,争取做到每步都对。
不然,会对后面的排错带来很大的困难。
所以细心是非常重要的。
总之,通过此次实验,我对电子电路的知识有了一定的了解,同时也很好的考验了我的耐心,所以此次课程设计对我影响很大。
十、参考文献
张豫滇电子电路课程设计南京:
河海大学出版社,2008
韩广兴新编电子电路实用手册电子工业出版社,2010
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- 关 键 词:
- 十翻二 运算 电路设计 24