加法運算電路課程設(shè)計

設(shè)計任務(wù)描述設(shè)計題目：加法運算電路設(shè)計要求設(shè)計目的掌握加法運算電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；熟悉集成電路的使用方法。基本要求(1)設(shè)計被加數(shù)寄存器A和加數(shù)寄存器B單元；設(shè)計全加器工作單元；能進行四位二進制數(shù)的加法運算電路。1.2.3發(fā)揮部分實現(xiàn)了用數(shù)碼管以十進制形式顯示最后運算結(jié)果；考慮了有進位的顯示情況，可以實現(xiàn)全部四位二進制數(shù)的加法運算；輸入端填加了發(fā)光二極管可以清晰直觀地顯示輸入的四位二進制數(shù)；(4)設(shè)計了清零開關(guān)S1和加法控制開關(guān)S2使運算控制更為人性化。2設(shè)計思路我做的課程設(shè)計題目是加法運算電路，首先根據(jù)設(shè)計要求，我確定了設(shè)計必需的幾種基本器件：寄存器74LS175、超前進位集成四位加法器74LS283、7448譯碼器和終端的顯示器。接下來，該到具體的設(shè)計環(huán)節(jié)了，首先是輸入電路，要求實現(xiàn)兩個四位二進制數(shù)的加法運算，于是我在一開始放置了八個開關(guān)，四個為一組，用來輸入兩個四位二進制數(shù)，考慮到發(fā)揮部分，所以我優(yōu)化了電路功能，在開關(guān)后并排放了八個發(fā)光二極管，這樣就可以直觀地顯示輸入了兩個數(shù)了。寄存器除了輸入和輸出外，還有兩個管腳，一個是清零控制，另一個是CP端。因此，我又設(shè)計了兩個開關(guān)S1和S2,S1用來清零，S2則用來輸入CP脈沖，這樣會使運算的控制更為人性化。然后設(shè)計具體的運算電路，為了方便我用十進制數(shù)來敘述，如果結(jié)果是一個兩位數(shù)，那么我可以通過逐步減相應(yīng)個數(shù)的10最后剩下一位數(shù)，這個數(shù)就是最后的個位，而減去了幾個10十位就是幾。兩個四位二進制數(shù)輸入寄存器后，將他們共同輸出到加法器的輸入端，如果有進位那么在進位輸出端輸出1進位，把剩下的四位數(shù)輸出，通過演算我發(fā)現(xiàn)進位后剩下的數(shù)正好比數(shù)進來時少了16，那么為了實現(xiàn)減10的功能，必須想辦法再加上一個6，所以還需要一個加法器實現(xiàn)加6的功能，所以我又放置了一個加法器，并讓上一個加法器的進位端和這個加法器的加數(shù)端相連，如果進位則預置后一個加法器的加數(shù)為6，否則為0。與此同時輸出一個高電平進位信號A留給輸出十位時使用。在第二個加法器運算之后，通過驗算發(fā)現(xiàn)還有大于15的情況，所以我又放置了一個加法器和前面的那個實現(xiàn)同樣的功能，最后有進位輸出一個高電平進位信號B留給輸出十位時使用。這樣一來通過第三個加法器后的數(shù)不會再比10大了，只能是0—10這11種情況。于是我想到了用一個減法器如果是10就減10，如果是0—9的數(shù)就減0。那么怎么判斷是10還是0呢？這里我又想到了比較器，讓第三個加法器的結(jié)果和9來比較，如果大于9那必定是10，那么就輸出一個高電平，一方面給減法器的減數(shù)預置10，另一方面輸出一個高電平信號C留給輸出時使用，因為它也相當于進了一位；如果小于等于9，輸出低電平給減法器的減數(shù)端預置0。這樣一來，減法器輸出的結(jié)果就是的個位數(shù)了。

再來看十位數(shù)，前面有三個進位信號A、B、C,我想設(shè)計一個電路，實現(xiàn)的功能是：他們中有幾個是高電平十位就是幾，于是我想到了用門電路來實現(xiàn)，所以我先根據(jù)功能畫出了真值表，然后畫出卡諾圖化簡成表達式最后設(shè)計出了門電路，輸出兩位二進制數(shù)。最后設(shè)計輸出端，對于個位，減法器的輸出端直接和7448譯碼器輸入端相連，再接到顯示器上，就可以以十進制形式顯示個位的數(shù)了。對于十位，上面的門電路有兩個輸出，三種情況00、01、10,分別代表0、1、2個進位信號，這樣把7448譯碼器的前兩位設(shè)成00,再把后兩位和門電路的2個輸出端相連，這樣再接到顯示器上，就可以以十進制形式顯示運算結(jié)果的十位數(shù)了。3設(shè)計方框圖<<器虺用氮值比較器疑報警燈光顯示寄存物A啦書出國電千I就由總出國電邛Ia衛(wèi)超計4*—孰逢E薩元輸出E;磴開初忘ri法也小口匕 FjE/JS匚叭口K.■UMF開電 *E***-!-.； =*輸出:4各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算喧UEf，M『J 看汽晚里虬虹雄眼海;1i&/jn)i：.去阻圖H新宮高電平I現(xiàn)1風息話中醐1KD蓊具由法國中的建顯示十卷吉白汜I嘰?紀殺電百睡沏期彼在霹ii用輸入電路的設(shè)計設(shè)計說明要求實現(xiàn)兩個四位二進制數(shù)的加法運算，所以我在一開始放置了八個開關(guān)，四個為一組，用來輸入兩個四位二進制數(shù)，考慮到發(fā)揮部分和優(yōu)化了電路功能，在開關(guān)后并又并排排放了八個發(fā)光二極管，這樣可以直觀明顯地顯示輸入了兩個數(shù)。止匕外，寄存器除了輸入和輸出外，還有兩個管腳，一個是清零控制，另一個是CP輸入端。因此，又填加了兩個開關(guān)S1和S2,S1用來清零，S2則用來輸入CP脈沖，這樣會使運算的控制更為人性化。集成寄存器74LS175運算電路設(shè)計思路超前進位集成四位加法器74LS283S0S1S2的如DssqpGNS0S1S2的如DssqpGNA0A1A2A3B0B1B2B3S0S1S2S38D昌SHJgGNA0A1A2A3B0B1B2B3o*423DssssX)cD號越GNAn&A2A3BOBIB2fs運算電路分析。一口一。一口一Q0Q1QQ3S0S1S2D國SQ否NEAeAlASASBCB1B2B3我設(shè)想：如果結(jié)果是一個兩位數(shù)，那么可以通過逐步減相應(yīng)個數(shù)的10最后剩下一位數(shù)，這個數(shù)就是最后的個位，而減去了幾個10十位就是幾。兩個四位二進制數(shù)輸入寄存器后，將他們共同輸出到加法器的輸入端，如果有進位在進位輸出端輸出1進位，把剩下的四位數(shù)輸出，通過演算得出進位后剩下的數(shù)正好比數(shù)進入加法器時少了16,那么為了實現(xiàn)減10，還需要一個加法器實現(xiàn)加6的功能，所以在后面再放置一個加法器，并讓前一個加法器的進位端和這個加法器的加數(shù)端相連，如果進位則預置后一個加法器的加數(shù)為6,否則為0。與此同時輸出一個高電平進位信號A留給輸出十位時使用。在第二個加法器運算之后，通過驗算得出還有大于15（1111）的情況，所以再放置一個加法器和前面的那個實現(xiàn)同樣的功能，最后有進位則輸出一個高電平進位信號B留給輸出十位時使用。這樣通過第三個加法器后的數(shù)不會再比10大，只能是0—10這11種情況。這里可以用一個減法器如果是10就減去10（1010），如果是0—9的數(shù)就減去0（0000）。集成算術(shù)/邏輯單元（減法器）74LS381集成數(shù)值比較器74LS85一一一—一一一一一—一一7HLE密UE1DSSUKGN加加用加助B1B2B3--------接下來為了判斷是10還是0—9的數(shù)可以在這再放一個比較器，讓第三個加法器的結(jié)果和9(1001)來比較，如果大于9那必定是10,那么就輸出一個高電平，一方面給減法器的減數(shù)預置10(1010),另一方面輸出一個高電平信號C留給輸出時使用，因為它也相當于進了一位；如果小于等于9,輸出低電平給減法器的減數(shù)端預置0(0000)o這樣一來，減法器輸出的結(jié)果就是的個位數(shù)。對于十位數(shù)，前面有三個進位信號A、B、C,于是設(shè)想設(shè)計一個電路，實現(xiàn)如下的功能：他們中有幾個是高電平十位就是幾，門電路的輸出端輸出十位數(shù)的四位二進制數(shù)形式，這個功能可以用門電路來實現(xiàn)。于是我根據(jù)組合邏輯電路設(shè)計的知識，首先先根據(jù)功能畫出了真值表，然后畫出卡諾圖化簡成表達式最后就可以畫出所需的門電路。參數(shù)計算見下頁。門電路4.2.2運算電路參數(shù)計算：(1)真值表：-AB C~~IXIYo-1-^u1nW_^uo-1-^u1nW_^uo-o-i-lo-121AIXo-1o-1?o-1?o--o-o-11o-11A121AIX(2)卡諾圖:X=AC+EC/AB00011[100IX=AC+EC/AB\BCa\00011110Y=AEdC+ABGABCQY=AEdC+ABGABC(3)化簡:X=AC?+BC+ABY=ABC+ABC+ABC+ABC=B(AC+A(?)+B(AC+AC)=B(AeC)+B(AOC)4.3輸出顯示電路的設(shè)計輸出端對于個位，減法器的輸出端直接和7448譯碼器輸入端相連，再接到顯示器上，這樣就可以以十進制形式顯示個位的數(shù)。對于十位，上面的門電路有兩個輸出，三種情況00、01、10，分別代表0、1、2個進位信號，把7448譯碼器的前兩位設(shè)成00，再把后兩位和門電路的2個輸出端相連，再整個接到顯示器上，就可以以十進制形式顯示運算結(jié)果的十位數(shù)了，這樣輸出顯示電路就設(shè)計好了。七段顯示譯碼器74LS48及顯示器

門電跖輸出端a5工作過程分析輸入并存入寄存器在運算之前首先閉合清零開關(guān)S1,通過給寄存器的RD端一個低電平信號對將要寫入的寄存器清零。接下來在輸入端輸入想要運算的兩個四位二進制數(shù)，同時發(fā)光二極管以發(fā)光的形式直觀地顯示這兩個數(shù)，確定無誤后，閉合加法控制開關(guān)S2,通過一個非門給寄存器的CP端一個高電平，即出現(xiàn)了一個脈沖的上升沿，使兩個四位二進制數(shù)同時寫入寄存器。加法器運算寄存器在存入兩個數(shù)后，通過加法器A開始運算，得到第一個結(jié)果后判斷，如果結(jié)果大于15（1111），那么在CO端向下一個加法器B進位（相當于減16）并預置加法器B的加數(shù)為十進制的6(0110),并向門電路輸入一個高電平，加法器A中減去16的結(jié)果輸出并做加法器B的被加數(shù)，加法器B將此數(shù)加6(前后相當于減10)，又得到一個結(jié)果，和前面的一樣，判斷結(jié)果是否大于15(1111)，如果大于15,繼續(xù)給加法器C進位(相當于減16)并預置加法器C的加數(shù)為6(1001)，并向門電路輸入一個高電平，加法器B中減去16的結(jié)果輸出并做加法器C的被加數(shù)，加法器C將此數(shù)加6(前后相當于減10)，又得到一個結(jié)果，這個結(jié)果將不會大于10,將此結(jié)果輸入比較器與十進制的9(1001)進行比較,如果大于9，輸出端輸出高電平，一端給門電路，另一端給減法器的減數(shù)端使其預置為十進制的10(1010)，如果小于或等于9，輸出端輸出低電平，給減法器的減數(shù)使其預置為十進制的0(0000)。十進制輸出加法器C運算后輸出的結(jié)果同時輸入減法器的被減數(shù)端，通過減法器減去對應(yīng)情況的十進制的10(1010)或0(0000)，得到的結(jié)果即為最后整個運算結(jié)果的個位，輸入7448并通過其譯碼最終在顯示器上顯示。門電路的功能為判斷三個輸入端高電平的個數(shù)，輸出相應(yīng)個數(shù)的二進制數(shù)，通過前面可知，三個輸入端有兩個是加法器A和B的輸出進位端，一個是比較器的輸出端，顯然他們中高電平的個數(shù)就是最后整個運算結(jié)果十位上的數(shù)，將門電路輸出端接在7448譯碼器輸入端的后兩位(前兩位預置為00)，這樣組成的四位二進制數(shù)即為十位的四位二進制數(shù)，最終通過顯示器顯示出來。最終，十位和個位的顯示器并排顯示的結(jié)果即為以十進制表示的整個加法運算的最終結(jié)果。6元器件清單器件名稱備注數(shù)量(片)單刀開關(guān)S2

單刀雙置開關(guān)S8發(fā)光二極管LED8電阻R15集成寄存器74LS1752超前進位集成四位加法器74LS2833集成數(shù)值比較器74LS851集成算術(shù)/邏輯單元（減法器）74LS3811六反相器74LS041四2輸入與門74LS082四2輸入或門74LS321四2輸入異或非門74LS2661四2輸入異或門74LS861七段顯示譯碼器74LS482顯示器LED27主要元器件介紹集成寄存器74LS175寄存器是最簡單的儲存器件，它的主要組成部分是觸發(fā)器。一個觸發(fā)器能存儲一位二進制代碼，故要存儲n位二進制代碼的積存器就需要用n個觸發(fā)器組成。74LS175的引腳圖如左圖所示，其中RD是異步清零控制端，在往寄存器中存入數(shù)據(jù)之前必須先把寄存器清零。1D?4D是數(shù)據(jù)輸入端，在CP脈沖上升沿作用下，1D?4D端的數(shù)據(jù)被并行地存入寄存器。輸出的數(shù)據(jù)則并行從1Q?4Q端引出。這個器件的功能表如下：

輸入輸出RdCPID2D3D4DIQ3G3Q4QLXXXXXLLLLHfID203DIB2D3D4DHHXXXX保持HLXXXXv￡c4Qg4D絲v￡c4Qg4D絲3Q貝CPDRDiQglDR2Q2QGN□

J□

□□□J超前進位集成四位加法器74LS28374LS283可以實現(xiàn)兩個4位二進制數(shù)的加法和全內(nèi)部先行進位功能。和的所有位以及從第4位得到的進位輸出可由輸出引腳提供。74LS283的引腳圖如左圖所示，其中A0~A3為被加數(shù)輸入端，B0~B3為加數(shù)輸入端，S0~S3為輸出端，CO為進位端。UU口口口.口口口口C口+1-J131BAsABS8國3WDslBLAlseAABnuGNIJLILJIJ匚匚匚匚集成數(shù)值比較器74LS8574LS85集成數(shù)值比較器是4位數(shù)值比較器，兩個4位數(shù)的比較是從A的最高位A3和B的最高位B3進行比較，如果它們不等，則該位的比較結(jié)果可以作為兩數(shù)的比較結(jié)果。若最高位A3=B3,則再比較次高位A2和B2,余類推。如果兩數(shù)相等，比較步驟則必須進行到最低位才能得到結(jié)果。74LS85的引腳圖如左圖所示，其中A0~A3是需要比較的4位二進制數(shù)A,B0~B3是需要比較的4位二進制數(shù)B,I是另外兩個低位數(shù)A和B的比較結(jié)果，F(xiàn)則是輸出端。這個器件的功能表如下：□□□□□□□□匚□□□□□□□□匚匚匚L」匚匚匚匚輸入輸出AiBaAsBiAiBiBeIo5T*=nF心BFioF+wXXXXXXHILAKBiXXXXXXLHLB*A*》的XXXXXHLL抬出XXXXXLHLA"BaA3=BiAa>B)XXXMHLLAs-BjAj-Bj3aXXXXLHLAi-BaAa-AaXXXHLLAo=B$Aa=BsAi二BiM煙MXXL日LAa-BiAb=B)婦二土加二BaHLtHLL出二七Am二物As-BjLHtLHLAa=0jAi=BiAi=BgAs=B3XXHLLHA?Aa=BsuHLLLLAsAa=Ba褊;、A3=BaLLLHHL7.4集成算術(shù)/邏輯單元74LS381

74LS381可以對兩個4位數(shù)據(jù)A和B進行6種算術(shù)或邏輯運算，并有清零和預置功能。清零是使各數(shù)據(jù)輸出端的狀態(tài)為0,預置是使數(shù)據(jù)輸出端處于預定的狀態(tài)。輸入信號S2?S0選擇8種不同的運算功能。進行算術(shù)運算時，其輸出F3F2F1F0為二進制數(shù)；進行邏輯運算時，則為含一定意義的代碼。進行預置操作時，預定的狀態(tài)從A3、A2、Al、A0端輸入。這個器件的功能表如下：nnnnp口口口nnnVCCA班AiEJclxFGFJF1「籥31、DA1B1AI氏SPSLSJFOF1GF匚匚匚匚匚匚匚匚口匚選擇算術(shù)您輯操作SiSo000清莖001B減A010Ai/SB011AJBB100101A+B110A-B111預置7.5七段顯示譯碼器74LS4874LS48七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。它有以下個輔助控制端：滅燈輸入BI/RBO,試燈輸入11，動態(tài)滅零輸入RBI,動態(tài)滅零輸出RBO

口□□□□□□小結(jié)緊張忙碌的課程設(shè)計的一周轉(zhuǎn)眼間就過去了，在這短短的一周里，我按時完成了課程設(shè)計的要求，回首這一周里有很多值得回味和總結(jié)的東西。其實早在剛開始學電子技術(shù)時就對課程設(shè)計有所耳聞，不過由于還沒有經(jīng)歷過，一直對課程設(shè)計充滿了好奇和渴望，好在這一周里給我們提供了一次這樣鍛煉和把知識靈活利用轉(zhuǎn)化為實踐的機會。剛開始接到課程設(shè)計任務(wù)的時候，我感到很迷茫。因為我的數(shù)電并不好，很多元器件都不了解。后來通過自己看書和上網(wǎng)查資料，我對這次的題目有了一些了解。我們首先要畫一張原理圖，我們翻閱了很多的資料，然后按照我們的思路一點點的去畫，有時一個地方需要改上十幾遍，我們的組員也在一起討論，第二天我們就去老師那里，老師幫助我們每一個人批改圖紙上的錯誤，我們都以為我們設(shè)計的都是對了，沒想到經(jīng)過老師的指點我們才知道我們很多地方都沒有注意到，之后我們就要進行接線圖的連接，這比以前的任務(wù)難多了，以為我們要把所有的器件的管腳圖圖