簡單的加減計算器

1、 簡易加減法計算器 課程設計電氣與信息工程 學院電氣工程及其自動化 專業(yè)題 目： 簡易加減法計算器 姓 名： 胡永朋 學 號： 181413112 指導教師： 李慧 時間： 2015年 6 月 22 日 2015年 6 月 26日本次課程設計的任務是設計一個具有加減運算功能的簡易計算器，并通過合適的方式顯示最后的計算結(jié)果。設計電路的完成主要是利用簡單的數(shù)字電路和邏輯運算來進行的。簡易加減計算器電路主要是對數(shù)據(jù)的輸入和顯示，數(shù)據(jù)的加減運算，數(shù)據(jù)的輸出與顯示三個主要的方面來設計研究完成的。在輸入電路的部分，我們通過開關的閉合與斷開來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入，開關閉合接入高電平“1”，斷開接入低電平“0”，而

2、輸入的數(shù)據(jù)將通過七段顯示譯碼器顯示出來。加減運算電路主要通過加法器來實現(xiàn)。一、設計方案設計方案比較：方案一：輸入十進制的數(shù)字，再通過編碼器對數(shù)字進行編碼，輸出二進制的數(shù)據(jù)，運用顯示譯碼器對輸入的數(shù)字以十進制的形式進行顯示，在進行加減計算的時候?qū)⒍M制數(shù)字運用模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后再進行相加減，然后再講這些模擬信號再次轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將數(shù)字信號輸入到顯示譯碼器來顯示數(shù)字。這個方案中要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換所需要的電路器件有些復雜，并且轉(zhuǎn)換的時間長，而且轉(zhuǎn)換以后的數(shù)值精度不高，鑒于這種方案中的缺點太多，不采用。方案二：輸入十進制的數(shù)字，并對數(shù)字進行編碼，通過顯示譯碼器將輸入的數(shù)值顯示出來，再講編碼所得的

3、二進制數(shù)字求其補碼，將補碼送到串行進位加法器中進行相加，最后將二進制碼轉(zhuǎn)換成BCD碼輸入到顯示譯碼器中，從而就可以將相加以后所得的數(shù)字顯示出來。這個方案中避免了方案一中需要大量的時間和精度不高的缺點，但是由于應用了串行加法器的緣故，電路會比較復雜，不利于進行連接。方案三：本方案采用十位和十位相加，個位和個位相加的方法，將個位和十位分別輸入到電路中，由于輸入的數(shù)字是二進制碼，將二進制碼輸入到顯示譯碼器中就可以顯示輸入的數(shù)字。相加或相減的時候采用補碼的形式通過加法器進行相加。再將二進制轉(zhuǎn)化成BCD碼輸入到顯示譯碼器中就可以將相加所得的數(shù)字顯示出來。此方案中運用了較少的原件，并且運行所需時間很少，相

4、對于方案一和方案二，這個方案是最好的！二、設計原理輸入數(shù)據(jù)運算方式顯示數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)運算顯示結(jié)果圖 1設計原理分析：如圖1所示，第一步置入兩個二進制數(shù)，數(shù)字的置入用開關控制，二進制碼輸入顯示譯碼器，這樣四個顯示譯碼器上就會顯示出對應的十進制數(shù)；第二步通過開關選擇運算方式為賈或減；第三步，按照選擇的方式對數(shù)據(jù)進行補碼的運算，然后將補碼進行相加；第四步，將前面所得數(shù)據(jù)化為BCD碼，以方便在顯示譯碼器上顯示。個位相加的結(jié)果通過一個顯示譯碼器顯示，十位因為可能有進位，所以選擇兩個顯示譯碼器。因為選用的加法器是十六進制的，所以需要把加法器通過門器件輸出合適的進位信號來實現(xiàn)十進制的加法運算。對產(chǎn)生進位的二進制列

5、其真值表： 合適的進位信號來實現(xiàn)十進制的加法運算。對應進位的二進制列其真值表：二進制和（DCBA） 進位輸出（CO） 進位信號（Y）1010 0 1 1011 0 1 1100 0 11101 0 11110 0 11111 0 10000 1 10001 1 10010 1 1器件介紹真值表1、74LS283圖 2 1、 全加器74LS283 圖 274LS283D和74LS283N與74LS283的功能是一樣的，只是它們的封裝不一樣，D是SOIC貼片封裝，N是雙列直插封裝。下面介紹它的功能。二進制計算中，主要采用74LS283來實現(xiàn)電路功能，其中的異或門來控制加減計算，當異或門控制信號等于

6、0時，電路執(zhí)行加運算，當異或門控制信號為1時，電路執(zhí)行減運算。全加器 74LS283的邏輯功能是將輸入端口 A1A4、B1B4的輸入數(shù)據(jù)作為二進制的數(shù)碼進行相加，并把運算的結(jié)果在輸出端口 SUM1SUM4輸出。C4是用來至低位的進位，而CO是高位進位輸出。2、 BCD七段譯碼器74LS47圖 3BCD七段譯碼器74LS47能以十進制數(shù)碼直觀的顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，將輸入端ABCD的輸入在七段反碼AG上顯示。若ABCD=0,則輸出顯示為0。3、外部接線圖該電路運用了BCD七段譯碼器74LS47芯片和全加器74LS283芯片，同時，電路圖中也大量的使用了與門、非門、與非門和異或門。在這些元器件的

7、重復使用過程中也就自然的達到了課程設計所要求的結(jié)果。后經(jīng)仿真證實了該電路設計的合理性與正確性。外部連接圖如圖 4所示。圖 4三、結(jié)果模擬與分析 (1)加法電路的實現(xiàn)進行兩個數(shù)相加運算時，可以直接將得到的二進制進行相加。用兩片4位全加器74LS283和門電路設計一位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，而且由于顯示的關系，當大于9的時候要加六位轉(zhuǎn)換才能正常顯示。因為是采用個位和個位相加、十位和十位相加的原理，所以就出現(xiàn)了一個問題:當個位相加的結(jié)果超過十以后就要有進位，而且這時的二進制輸入到顯示譯碼器中就不在顯示所需要的數(shù)據(jù)。所以就是要將想得到的二進制

8、碼轉(zhuǎn)換BCD碼，這樣就可以將個位的數(shù)字顯示出來。如模擬電路圖。該加法電路實現(xiàn)的功能是：24+79=103圖 5（2）減法電路的實現(xiàn) 該電路的功能是計算A-B。該減法電路實現(xiàn)的功能是 79-24=55。圖 6四、總結(jié) 此次設計讓我學會了許多寶貴的知識。這是我們第一次將課本上的理論知識以電路設計的形式在實踐中運用。讓我深刻感受到理論知識與實際的電路實現(xiàn)是有很大區(qū)別的。這次在課程設計中出現(xiàn)的問題，使我知道了我所學的專業(yè)知識必須經(jīng)過多實踐才能真正的的掌握。通過對題目的分析得出需要完成電路板塊的總體框圖以后感覺設計應該很快就能完成了?？墒俏覀冊趯嶋H的設計中遇到了許多問題。例如進行加法運算的時候可能產(chǎn)生進

9、位，而且超過十的數(shù)字顯示在晶體管上的時候就會出錯，像這類的問題，都需要經(jīng)過查找分析，不斷地進行改進方案找到最終解決方法。在解決問題過程中，我們通過互相的討論，交換觀點，查找資料來完善設計方案，因此，也有了更多的收獲和思考。在進行Multisim的仿真時，電路總是運行錯誤，無法完成運算，我們只好將電路中的每個小部分分別進行模擬仿真，發(fā)現(xiàn)電路中，一個開關或門器件都有可能是運算出錯。這次試驗讓我知道設計并不是那么簡單，也許這個問題看起來非常簡單，但是不動手去做就永遠無法知道這個問題后面有多少困難去解決。通過此次的設計我明白了知識的聯(lián)系和積累是多么的重要，它還讓我明白了邏輯組合電路功能的強大性。當然在

10、本次課程設計中收獲最多的還是對以往所學知識的更好的鞏固和復習，同時又讓我對已學知識的進一步研究和理解，通過學以致用我對所學的知識進行了拓展和運用，加深了理解，同時有擴大了知識面，也基本了解了電子設計的步驟及Multisim軟件的運用。五、心得這次實驗使我們有史以來，在硬件方面做的最大的一次實驗，所以叫“課程設計”。這次課程設計，我們從陌生到熟悉，從熟悉到熟練，這是一個過程，在這個過程中間，我懂得了很多東西，1.知識的匱乏：缺乏知識的遷移能力和查閱資料并取其精華而為我所用的能力。這次實驗拿到題目以后，基本形容是目瞪口呆。因為壓頻轉(zhuǎn)換這部分電路以前從來沒有接觸過，需要用到模擬電路運算放大器的一些知

11、識。而原本對161計數(shù)器和NE555原理懂得不是透徹的我，這次要從理論的做題考試上升到課設實驗這個階層中，不僅要將它們的功能爛熟于心，更要運用相應的功能去解決實際問題。這又是一個理論到實際的飛躍。在查資料時，我也遇到了不少阻力，并曾經(jīng)一度走上歧途查到的好多東西和實驗關系不大，以至于我把358的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都翻了出來，可是內(nèi)部的電路圖是一點也看不懂，這就是“只見樹木不見森林”了，真正的它實現(xiàn)的功能沒有找到，這就是工作重心偏置導致了效率不高。2.做事圖快不求精，缺乏完善的準備工作，最終導致“欲速則不達”。實驗是最講求實際的，在沒用充分準備的情況下，一位求成只能說是心理的不成熟。布線這一過程給了我很深的

12、教育做試驗沒有偶然性，面包板不會欺騙自己，不會由著你的思維和風格區(qū)自身的調(diào)試，所以我們要老老實實的一步一個腳印的按步驟進行，才能有條不紊。3.分工與合作的重要性分工與合作在現(xiàn)實生活中運用的幾乎無處不在，在實驗中尤為突出。經(jīng)過這次實驗，我們總結(jié)道：在實驗進行的每一步，都要經(jīng)過長時間的討論，才決定行動的方向。之后便是分工各自來完成各自的一部分內(nèi)容。而后匯總，再討論，繼續(xù)進行這樣形成一種良性的循環(huán)。只懂合作，不懂分工，可能產(chǎn)生互相推拖或是兩人同時做同樣的事，耽擱了時間等問題。只懂分工，不懂合作，卻又會是兩人的內(nèi)容漸漸背離。所以，合作與分工是我們在本次實驗中必須用心把握的。4.工科是以實驗為基礎的學科

13、，做實驗不僅能培養(yǎng)我們的創(chuàng)新能力，讓我們懂得物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系，功能在實際中的應用以及在有輪廓的情況下將想法細致化并尋求最佳方案，做到去粗取精，更能培養(yǎng)我們的忍耐力和堅忍不拔的意志。在實驗的過程中，成功的結(jié)果固然重要，但更重要的是解決問題戰(zhàn)勝困難的過程，光有勇氣不行，更需要的是理性的分析和平和的心態(tài)，做實驗遇到了這門多阻礙，我曾幾次想把面包板摔了撂挑子不干了，可是現(xiàn)在回首一想，那時的心態(tài)是多幼稚，其實成功背后的酸甜苦辣，甚至脆弱和頹廢都是必不可少的心理過程，也是為成功奠下的堅實的基石。只有經(jīng)歷過，才能真正體會并享受成功帶來的歡樂。相信這也是今后工作和生活得寶貴的經(jīng)驗財富！參考文獻：【1】謝自美主編.電子線路實驗.設計.測試（第三版）武漢：華中科技大學出版社，2000?！?】高吉祥主編.電子技術基礎實驗與課程設計（第二版）北京：電子工業(yè)出版社，2005。【3】彭介華主編.電子技術課程設計指導北京：高等教育出版社，2002?！?】陳大欽主編.電子技術基礎實驗電子電路實驗、設計及現(xiàn)代EDA技術（第三版）北京：高等教育出版社，2008?！?】陳曉文電子線路課程設計北京：電子工業(yè)出版社，2004?！?】何小艇主編電子系