十翻二運算電路設(shè)計

./TOC\o"1-3"\h\u目錄5363一、內(nèi)容摘要 230430二、技術(shù)指標(biāo) 383231、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求 356262、電氣指標(biāo) 3269633、設(shè)計條件 429501三、主要芯片 4112781、排阻 457902、發(fā)光二極管 535373、數(shù)碼管 6250284、74283 7242495、4511譯碼器 8197386、八位撥碼開關(guān) 99001四、方案設(shè)計 92710五、完整電路設(shè)計 15286541.布線 1591482.布局 15309123、完整電路及簡要說明 1652764、單元電路設(shè)計 16275835、電路設(shè)計圖： 17132786、自己完成的實物圖： 1818903六、安裝與調(diào)試 1830748〔一使用的主要儀器儀表： 1811051〔二調(diào)試電路的方法和技巧： 1927928〔三測試數(shù)據(jù) 196136〔四調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法 1932654七、電路特點及方案優(yōu)缺點 208604八、元件清單 2015540九、心得體會 201172十、參考文獻(xiàn) 21十翻二運算電路設(shè)計一、內(nèi)容摘要關(guān)鍵字：十翻二運算、全加器、BCD碼人們在向計算機輸送數(shù)據(jù)時,首先把十進(jìn)制數(shù)變成二—十進(jìn)制數(shù)碼即BCD碼,運算器在接受到二一十進(jìn)制數(shù)碼后,必須要將它轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)才能參加運算。這種把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的過程稱為"十翻二"運算。本報告主要介紹十翻二電路的設(shè)計思路,實現(xiàn)方法與調(diào)試過程。包括系統(tǒng)設(shè)計,方案比較,系統(tǒng)框圖,單元模塊分析與設(shè)計,完整電路圖,電路工作原理,運行說明,調(diào)試方法與技巧,故障分析與解決方法,以及對電路的改進(jìn)等。技術(shù)指標(biāo)1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖所示2、電氣指標(biāo)1．具有十翻二功能。2．能完成三位數(shù)十進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。3．能自動顯示十進(jìn)制數(shù)及二進(jìn)制數(shù)。4．具有手動和自動清零功能。3、設(shè)計條件1.電源條件：直流穩(wěn)壓電源提供+5V電壓。2.實驗儀器和材料：名稱備注儀器實驗室配備萬用表一個面包板1塊剪刀一把鑷子一把各色導(dǎo)線若干三、主要芯片1、排阻排阻,就是若干個參數(shù)完全相同的電阻,它們的一個引腳都連到一起,作為公共引腳,其余引腳正常引出。所以如果一個排阻是由n個電阻構(gòu)成的,那么它就有n+1只引腳,一般來說,最左邊的那個是公共引腳。它在排阻上一般用一個色點標(biāo)出來。2、發(fā)光二極管發(fā)光二極管,就是在半導(dǎo)體p-n結(jié)或與其類似結(jié)構(gòu)上通以正向電流時,能發(fā)射可見或非可見輻射的半導(dǎo)體發(fā)光器件。注意發(fā)光二極管是一種電流型器件,雖然它的兩端直接接上3V的電壓后能夠發(fā)光,但容易損壞,在實際使用中一定要串接限流電阻,工作電流根據(jù)型號不同一般為1mA到3OmA。另外,由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一般為1．7V以上,所以一節(jié)1．5V的電池不能點亮發(fā)光二極管。同樣,一般萬用表的R×1檔到R×1K檔均不能測試發(fā)光二極管,而R×10K檔由于使用15V的電池,能把有的發(fā)光管點亮。

用眼睛來觀察發(fā)光二極管,可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的兩個電極一大一小。一般來說,電極較小、個頭較矮的一個是發(fā)光二極管的正極,電極較大的一個是它的負(fù)極。若是新買來的發(fā)光管,管腳較長的一個是正極。3、數(shù)碼管管腳圖以A3A2A1A0表示顯示譯碼器輸入的BCD代碼以a—Yg表示出的7位二制代碼并規(guī)定用1表數(shù)碼管中線的點亮狀態(tài)用0表示段的熄滅狀態(tài)七段顯示譯碼器的真值表輸入輸出數(shù)字A3 A2 A1 A0 Ya Yb Yc Yd Ye f 字形Yg00000111111010001011000020010110110130011111100140100011001150101101101160110001111170111111000081000111111191001111001110101000011011011001100112110001000111311011001011141110000111115111100000004、74283四位超前進(jìn)位并行加法器管腳排列圖所謂超前進(jìn)位加法器是指,為了提高運算速度,在電路結(jié)構(gòu)中通過邏輯電路事先得出每一位全加器的進(jìn)位輸入信號,而無需再從最低位開始向高位逐位傳遞進(jìn)位信號的多位加法器。<1>全加器——實現(xiàn)一位二進(jìn)制數(shù)加法輸入：被加數(shù)Ai、加數(shù)Bi、低位的進(jìn)位Ci-1輸出：和Si、向高位的進(jìn)位Ci Si=Ai⊕Bi⊕Ci-1Ci=AiBi+<Ai⊕Bi>Ci-1<2>超前進(jìn)位：各位的進(jìn)位輸出不經(jīng)過低位加法器傳輸,直接由所有低位的加數(shù)、被加數(shù)產(chǎn)生。Ci=AiBi+<Ai⊕Bi>Ci-1=Gi+PiCi-1產(chǎn)生變量：Gi=AiBi傳輸變量：Pi=Ai⊕BiC1=G1+P1C0C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0各進(jìn)位信號同時產(chǎn)生,運算速度快,但電路復(fù)雜。5、4511譯碼器4511是一個用于驅(qū)動共陰極LED〔數(shù)碼管顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器,特點如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動LED顯示器。6、八位撥碼開關(guān)八位撥碼開關(guān),每一個部分多是一個獨立的開關(guān)電路,開路撥向ON的一方,開關(guān)導(dǎo)通,否則就是斷開。在此電路中撥碼開關(guān)的作用則是輸入BCD碼。四、方案設(shè)計用加法器實現(xiàn)BCD碼至二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換基于這樣的事實：將BCD碼字中各個為"1"的位所代表的權(quán)值的等值二進(jìn)制數(shù)相加,即可獲得該BCD碼的等值二進(jìn)制數(shù)。例如：十進(jìn)制數(shù)36,BCD碼為00110110,其中為"1"的位從高到低的權(quán)值依次為20、10、4、2.20101001001010400100200010相加36100100〔25+22實際進(jìn)行加法運算時,最低位不必進(jìn)行。最低位可以直接以BCD碼字的最低二進(jìn)制輸出。至于最低位以外的各個二進(jìn)制位,也只需要將相同位置的"1"及相鄰低位來的進(jìn)位相加〔次低位無最低位來的進(jìn)位,而對于"0"則不必去將其相加。相同位置的"1"的個數(shù)越少,所需要的加法次數(shù)也就越少,需要的加法器越少,實現(xiàn)的電路也越簡單、經(jīng)濟?！?一片74283加法器構(gòu)成的BCD碼/6位二進(jìn)制數(shù)變換電路：b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+C2b4=D11+C3b5=C4〔2兩片74283加法器構(gòu)成的BCD碼/7位二進(jìn)制數(shù)變換電路：b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+D12+C2b4=D11+D13+C30+C31b5=D12+C40+C41b6=D13+C5由于加法器的任一位僅允許三個加法輸入〔被加數(shù)、加數(shù)、相鄰低位來的進(jìn)位,所以b3、b4的邏輯值必須經(jīng)過兩次加法運算才能獲得。將b3、b4的表達(dá)式進(jìn)行分組：產(chǎn)生進(jìn)位C30產(chǎn)生進(jìn)位C40b3=〔D03+D10+C2+D12b4=〔D11+C30+D13+C31產(chǎn)生部分和S30產(chǎn)生部分和S40產(chǎn)生和b3及進(jìn)位C31產(chǎn)生和b4及進(jìn)位C41b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+C2+D12b4=D11+C30+D13+C31b5=D12+C40+C41b6=D13+C5〔3三片74283加法器構(gòu)成的BCD碼/10位二進(jìn)制數(shù)變換電路：b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+D20+C1b3=D03+D10+D12+D21+C20+C21b4=D11+D13+D22+C30+C31+C32b5=D12+D20+D23+C40+C41b6=D13+D20+D21+C50+C51b7=D21+D22+C60+C61+C62b8=D22+D23+C70+C71b9=D23+C80五、完整電路設(shè)計1.布線導(dǎo)線顏色電源正〔紅色,地線〔黑色信號總線〔用不同的顏色,方便測試與查錯導(dǎo)線走向橫平豎直〔不同于PCB設(shè)計不架"天橋",不走"地溝"導(dǎo)線盡可能短,長線不能分成一段一段〔故障率高。符合電氣規(guī)則2.布局集成電路缺口方向保持一致。元件布局疏密合理。元件位置合理顯示〔上端,按鍵〔下端,接口〔左端電路結(jié)構(gòu)合理,按模塊〔單元電路布局模擬數(shù)字分開,大小信號分開,信號源獨立電源線和地線接法單點接地與多點接地雙回路供電設(shè)置測試點便于走線3、完整電路及簡要說明接入+5V高電位后,經(jīng)過公共端置1,此時在撥碼開關(guān)上從低位到高位撥0-9之間的數(shù)〔從右到左,分別為個位,十位,百位,經(jīng)過4511譯碼器在數(shù)碼管上顯示十進(jìn)制數(shù)；并經(jīng)過5位全加器74283,實現(xiàn)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制,在LED上顯示。4、單元電路設(shè)計輸入部分：用撥碼開關(guān)1-12位,輸入BCD碼。與排阻串聯(lián)。四位代表一個十進(jìn)制數(shù)。撥碼撥下開關(guān)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。顯示部分：二進(jìn)制數(shù)字的顯示可以用LED發(fā)光二極管指示,十進(jìn)制數(shù)字的顯示用七段數(shù)碼管顯示。十翻二計算部分：全加器Σ可選用74LS283全加器。用加法器實現(xiàn)BCD碼到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。全加器16腳接高電位,7,8腳接低電位。5、電路設(shè)計圖：6、自己完成的實物圖：六、安裝與調(diào)試〔一使用的主要儀器儀表：萬用表,實驗箱?！捕{(diào)試電路的方法和技巧：1、分模塊連接、調(diào)試,待到各模塊調(diào)試成功后,再將各模塊連接起來同一調(diào)試。2、分模塊調(diào)試時,時鐘部分先用實驗箱上固定頻率進(jìn)行調(diào)試,待調(diào)試成功后,再將時鐘模塊連接好進(jìn)行調(diào)試。3、當(dāng)出現(xiàn)錯誤時,先使用較低頻率〔1Hz作為時鐘,利用LED燈對出現(xiàn)錯誤部分的前級進(jìn)行測驗,對比設(shè)計邏輯以便找出錯誤所在。4、連線時對時鐘線、復(fù)位線、電源線、地線、數(shù)據(jù)線用不同顏色的電線連接以便于檢查?！踩郎y試數(shù)據(jù)輸入值〔十進(jìn)制255127252輸出值〔二進(jìn)制11111111011111111111100〔四調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法故障一：數(shù)碼管顯示不正確。原因是數(shù)碼管的3、4管腳未接高電位、5、8管腳未接低電位,不能以輸入的信號控制數(shù)碼管,連接后問題解決。故障二：二極管顯示不正確。原因沒有合理考慮進(jìn)位問題。原先是用四塊74283實現(xiàn)的,考慮進(jìn)位后,采用了五塊74283解決了該問題。七、電路特點及方案優(yōu)缺點此電路由于分模塊設(shè)計,所以功能清晰,并易于分塊調(diào)試,且接法相對簡單,但由于既要供電于數(shù)碼管,又要供電給十翻二電路,譯碼器電流不足,會導(dǎo)致數(shù)碼管顯示偶數(shù)正常而奇出現(xiàn)問題?？稍趽艽a開關(guān)和4511之間加門電路增加譯碼器的驅(qū)動能力解決該問題。八、元件清單器件型號數(shù)量45113742835共陰極數(shù)碼管3撥碼開關(guān)2發(fā)光二極管10100Ω電阻10300Ω電阻3

1K排阻

2九、心得體會這次電路設(shè)計讓我了解了電子電路的一些基本知識,實驗的課題為"十翻二運路電路"。由于,在之前的學(xué)習(xí)中,沒有接觸過電路方面的知識,剛開始覺得設(shè)計很困難,從每個元器件的作用,到運算電路的算法的設(shè)計,每一步都很困難。后來,通過去圖書館找資料和網(wǎng)上搜索的知識對整個電路設(shè)計的過程,有了很大的了解。當(dāng)然,這也要感謝同學(xué)和老