数电加减法电路.docx

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数电加减法电路

摘要

数字电子技术是电信专业的必修基础课程之一，数电从基本入手，讲述了数字电路的基本知识，以及如何分析数字电路和设计数字电路的基本理论和基本方法。

数字电路系统多由逻辑门电路，加法器，比较器，计数器，译码器，移位寄存器，锁存器等一个或者多个组成，本次课程设计需要设计一个全加减法器，通过74LS283以及74LS194和一些异或逻辑门电路即可实现，然后可利用multism软件进行仿真实现。

根据电路图和给定的原件参数，使用multism软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，计算数据等操作。

关键字：

加法器,异或门，multism。

Abstract

DigitalelectronictechnologyisoneofthecompulsorybasiccoursesinTelecom,afewbasicsaboutbasicknowledgeofdigitalcircuit,aswellashowtoanalyzedigitalcircuitsanddigitalcircuitsdesignofthebasictheoriesandmethods.Digitalcircuitlogicgatecircuits,Adders,comparators,counters,decoders,shiftregisters,consistsofoneormoresuchaslatch,thiscurriculumdesignneedtodesignanadditionandsubtraction,by74LS283and74LS194andXORlogicgatecircuitscanberealized,canthenusemultismsoftwaresimulation.Accordingtothecircuitdiagramandoriginalofthegivenparameter,usemultismsoftwareanalogcircuits,andstaticanalysis,dynamicanalysis,calculations,andsoon.

Keywords：

Adder,exclusive-orgate,multism.

1芯片介绍

1.174LS283芯片

74LS283可以用来做多位加法运算，它的输入为2个4位二进制数，A3~A0，B3~B0以及低4的进位数Cn，其输出为4位二进制和数S3~S0及向高位的进位数Cn+1。

这个芯片可以直接实现2个4位二进制的加法运算。

如果要进行减法运算，那么必须配上适当的逻辑门加以辅助才能完成，我们知道减法元算可以转变为加法运算，就是转化为补码形式的加法即可，因此想到，在输入数的时候，将输入数通过异或门，异或门另外一端接开关，开关接地即与0异或为其本身，这样做为加法运算电路。

开关接电源，即与1异或转化为补码形式，这样即可作为减法运算电路。

1.274LS194芯片

74LS194是四位双向通用移位寄存器。

功能：

并行输入和并行输出。

四种操作方式：

同步并行寄存，右移，左移，不动。

正沿时钟触发。

无条件直接清除。

我们应用74LS194芯片可以将需要的数据通过它输入到74LS283芯片中进行数据的输入。

当然，因为涉及到减法运算，因此，2种芯片之间会有异或门的连接，也有直接连接。

2理论分析

2.1寄存器的选择

很显然，在我们学习的的芯片中74LS283可以用来做加减运算的主要芯片，配合一些逻辑门电路，即可完成加减法的运算功能。

然而要求要两个寄存器，因此，可以选择74LS194来暂时存储数据，并将输入数据输入到74LS283中，即可符合要求。

2.2CP脉冲信号的产生

在数电书里面，我们学习了555芯片的用途，因此，对于CP时钟脉冲信号的产生，我们可以利用555芯片的功能，配上适当的电阻和电容即可实现。

2.2电路结构图

图1设计结构图

2.3电路设计

74LS283芯片的功能就能够实现加法运算，因此，主要的设计还是在于减法电路。

将减法运算电路设计好之后，进行一些细节的调整即可用于进行加法运算。

对于一个减法运算式D=A-B，首先我们应该用一个74LS283芯片完成补码的加法运算，即完成D=A+B补的逻辑运算，而其中B的补码是B的反码加1得到的。

即二进制数B的各位数求反码加上进位端Cn1的输入数1，相加的结果用一个4位二进制数输出即可。

而这样得到的是补码的运算，因此要还原为原码，就必须用第二块74LS283芯片。

第二块74LS283芯片完成将D=A+B补恢复为差值的原码逻辑运算功能。

第一块74LS283芯片输出的S是差值的原码还是补码，主要是由Co1的输出值来判断，如果输出为1，则输出的S为差值的原码，S就不必去求其补码，如果为0，则输出的S为负差值的补码，这样就必须求其补码，将输出的S还原成其原码。

所设计的减法运算电路如下图所示：

图2减法电路图

可以看出，减法的输入，B是通过了异或门与1进行异或之后才输入到芯片之中进行运算，那么这样输入的就是B的补码，如果要进行加法运算，显然，B应该输入原码，这样可以在5V那里设置一个单刀双掷开关，另外一端接地。

这样，要进行加法运算，只要将开关拨至地端即可，也就是B的输入是与0进行异或，还是其本身，这样就可完成加减法运算的转化。

这只是纯粹为了减法运算而想的一个简单电路，当然要符合要求的话，还得加上74LS194芯片以及一些异或门，还有LED灯的显示。

数据的输入还得应用开关完成，可以说完整的加减法运算电路比这个减法运算电路要复杂的多。

当然，可以看出减法运算电路是整个电路的核心所在，可以说只要能够实现减法运算，那么电路基本就成功了，所需要修改的都是细节方面的问题。

2.4总电路图

图3实际电路图

看出，当开关J1拨至高电平时。

输入过程中，A的输入是直接输入，而B的输入是通过了异或门才输入到74LS283中的，此时J1接高电平，即B输入是与1进行异或，那么得到的是B的补码，即可看出，此时的电路功能是进行减法运算。

那么开关J1拨至高电平时进行减法运算。

当J1拨至地端，即接低电平时，A的输入无影响，B通过的异或门变为与0进行异或，输入为其本身，此时将进行加法运算，即J1接地的时候进行加法运算。

LED灯的显示功能，将上图顺时针旋转90度后来看，最左边的LED灯是显示是否产生进位或者借位，即加法运算时高位产生进位，或者减法运算时高位产生借位，此灯都会亮，否则将不亮。

而4个一组的LED灯则是显示输出结果的，左边的灯为输出数的高位，即如果输出的数为1000，则最左边灯亮，其余3个灯不亮。

运算数据的输入，开关J3,J4,J5,J6所对应的输入数据为A的输入，而开关J7,J8,J9,

J10所对应的是B1的数据输入，B1通过异或门，加法运算时会和0异或，输入得B的原码，减法运算会和1异或输入得B的补码。

3电路仿真

对电路进行multism软件仿真，出入数据1000与0100。

加法器显示结果如下图：

图4加法运算仿真结果

左边灯为高位，即显示结果为1100，而1000+0100=1100，仿真结果与理论相同。

减法运算显示如下图：

图5减法运算仿真结果

显然，显示结果为0100，而1000-0100=0100，仿真结果与理论计算结果相同

4电路实物焊接

图6实物正面图

图7实物反面图

5心得与体会

经过了近两个星期的苦战之后，本次课程设计终于结束了。

回想起来这些天的课程设计，主要是设计过程比较艰辛，毕竟给的条件不多，因此，必须得对课本上的相应的章节的知识反复的看。

不过我们这个题目相对简单，主要就是74LS283芯片的运用，用74LS283加一些逻辑门电路即可实现，但是也并不是想说的这么简单，从开始就得对电路图进行反复的修改。

在通过了多番修改之后，草图终于确立，接下来就是在multism软件上的绘图和仿真。

软件的仿真确实很实用，通过软件的运行，我们能很快的知道哪里的细节还有问题，并且及时的修改。

通过几次的仿真之后，最后终于将电路图确定，这表明已经向成功迈进的一大步。

对电路的仿真完成之后，我们就开始的购买材料进行实物的焊接，通过开学的电工实习，使得我们在本次的焊接过程就熟练的多了。

这断时间的课程设计，锻炼了我们的团体协作意识，还有动手思考能力，更将所学到的知识加以融合并灵活运用，真正是学以致用。

相信会对以后的学习和生活有很大的帮助，并且让我学到了，在电路设计过程中，能够精简的尽量精简，这样既省时又省材料，可谓一举两得。

参考文献

[1]岳怡，数字电路与数字电子技术，西安：

西北工业大学出版社，2004

[2]阎石，数字电子技术基础，第四版，北京：

高等教育出版社，1998

[3]王志功，集成电路设计基础，北京：

电子工业出版社，2004

[4]鲍可进，数字电路逻辑设计，北京：

清华大学出版社，2004

[5]罗中华，数字电路与逻辑设计，北京：

清华大学出版社，2004