1、沈 陽 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計 設(shè)計題目： 加法運(yùn)算電路 系 別 電氣工程系 班級 供電本102 學(xué)生姓名 楊佐明 學(xué)號 2010208212指導(dǎo)教師 黃碩 職稱 講師 起止日期： 2012年12月10日起至2012年12月14日止沈陽工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計題目： 加法運(yùn)算電路 系 別 電氣工程系 班級 供電本102 學(xué)生姓名 楊佐明 學(xué)號 2010208212 指導(dǎo)教師 黃碩 職稱 講師 課程設(shè)計進(jìn)行地點(diǎn)： 教學(xué) B419 任 務(wù) 下 達(dá) 時 間： 2012 年 12 月 1 日起止日期： 2012年12月10日起至 2012 年 12 月14日止教研室主任 曲延華 2012

2、年 12 月 1 日批準(zhǔn) 加法運(yùn)算電路設(shè)計1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求1.1設(shè)計目的： （1）掌握1位十進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法；（2） 熟悉集成電路的使用方法。1.2基本要求： （1）設(shè)計鍵盤以及編碼電路； （2）設(shè)計加數(shù)寄存器A和被加數(shù)寄存器B單元； （3）實(shí)現(xiàn)4bit二進(jìn)制碼加法的BCD調(diào)整； （4）用數(shù)碼管以十進(jìn)制形式顯示最后運(yùn)算結(jié)果。1.3發(fā)揮部分：（1）拓展2位十進(jìn)制數(shù)（2）MC存儲運(yùn)算中間值（3）其他2 設(shè)計過程及論文的基本要求：2.1 設(shè)計過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選2個方向：（2）符合設(shè)計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖、實(shí)際接線圖各一份；

3、（3）設(shè)計過程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計報告一起上交；報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計論文的基本要求（1）參照畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范打印，文字中的小圖需打印。項目齊全、不許涂改，不少于3000字。圖紙為A3，附錄中的大圖可以手繪，所有插圖不允許復(fù)印。（2）裝訂順序：封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思路、設(shè)計框圖、各部分電路及參數(shù)計算（重要）、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄（邏輯電路圖與實(shí)際接線圖）。3 時間進(jìn)度安排順序階段日期計 劃 完 成 內(nèi) 容備注12012.12.10講解主要設(shè)計內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)

4、任務(wù)書做出原始框圖打分22012.12.11檢查框圖及初步原理圖完成情況，講解及糾正錯誤打分32012.12.12檢查邏輯圖并指出錯誤及糾正；講解接線圖繪制及報告書寫打分42012.12.13繼續(xù)修正邏輯圖，指導(dǎo)接線圖繪制方法，布置答辯打分52012.12.14答辯、寫報告打分2012-12-1II沈 陽 工 程 學(xué) 院數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計成績評定表系（部）： 電氣工程系 班級： 供電本102 學(xué)生姓名： 楊佐明 指 導(dǎo) 教 師 評 審 意 見評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評 分加權(quán)分調(diào)研論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn),收集資料；能制定課程設(shè)計方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律

5、，出勤情況是否良好，能夠獨(dú)立完成設(shè)計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評審成績（加權(quán)分合計乘以12） 分加權(quán)分合計指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評 分加權(quán)分查閱文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質(zhì)量說明書立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確，

6、符號統(tǒng)一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規(guī)范。0.35432評閱教師評審成績（加權(quán)分合計乘以8）分加權(quán)分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設(shè) 計 總 評 成 績分中 文 摘 要 加法運(yùn)算電路通過輸入系統(tǒng)輸入兩個十進(jìn)制數(shù)，通過編碼器將兩個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)，相繼存入到兩個寄存器中。通過加法器將兩個二進(jìn)制數(shù)相加，加法器的輸入端，需輸入兩個加數(shù)并保存，能實(shí)現(xiàn)此功能的為寄存器，寄存器的工作需要有時鐘控制，最簡單可由開關(guān)實(shí)現(xiàn)跳變沿，即可實(shí)現(xiàn)寄存加數(shù)的職能。其次，數(shù)據(jù)的輸入采用二進(jìn)制數(shù)值為0與1，即可用高低電平顯示，開關(guān)閉合為高電平，打開為低電平，同時輸入高電平時伴隨有二極管發(fā)光。加法器的

7、輸出端為一個四位或五位二進(jìn)制數(shù)，根據(jù)二進(jìn)制與十進(jìn)制的區(qū)別。最后，需要分段處理數(shù)據(jù)至譯碼器。在向寄存器中送數(shù)時，四位二進(jìn)制表示一位數(shù)，一個寄存器中就放一個數(shù)，用雙向開關(guān)來充當(dāng)加號，借助電源和寄存器的使能端來完成，當(dāng)開關(guān)接通第一個寄存器時，將數(shù)存儲到寄存器A中，當(dāng)開關(guān)接通第二個寄存器時，將數(shù)存儲到寄存器二中，再并行輸出。根據(jù)上面的設(shè)計思路，設(shè)計的基本要求就可順利實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞 編碼器，寄存器，加法運(yùn)算器，計數(shù)器，譯碼顯示器English abstractAddition circuit through input system enter the decimal number two,The enc

8、oder will be two decimal number into binary numbers,One after another into the two register.Through the adder two binary numbers,The adder input,Input the two addend and save,Can achieve this function to register.The job requires a clock control register, the most simple by switch bounce, can realiz

9、e hosting addend functions,Secondly, data input using the binary value 0 and 1, the high level display, the switch is closed at a high level, open the low level, at the same time input high level with light emitting diode,The output end of the adder is a four or five bit binary number, according to

10、the differences between binary and decimal.Finally, need to be segmented data to the decoder. To register send number, four bits of the binary representation of a number, a register is a number, with two-way switch to act as a plus, with the power supply and the register enables the end to complete,

11、 when the switch is switched on, the first register will be stored into registers, the number of A, when the switch is switched on, the second register, the number is stored into registers in the second, and then parallel output.According to the above design, the basic requirements of the design can

12、 be successfully achieved.Key word encoder register adder counter the decoding displayIV目錄課程設(shè)計任務(wù)書I數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計成績評定表III中 文 摘 要IV1.設(shè)計任務(wù)描述22.基本設(shè)計思路33.設(shè)計方案流程圖44.各部分電路設(shè)計及參數(shù)的計算51.鍵盤輸入系統(tǒng)52.編碼器系統(tǒng)73.加數(shù)被加數(shù)寄存器系統(tǒng)74.加法運(yùn)算系統(tǒng)85.顯示系統(tǒng)95 工作過程分析116 元器件清單137 主要元器件介紹147.1 10-4線BCD優(yōu)先編碼器 74147147.2 寄存器74LS374N157.3 寄存器74LS1

13、94N167.4 加法器74S283N178 小結(jié)19致 謝20參考文獻(xiàn)21附錄A221.設(shè)計任務(wù)描述 1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求1.1設(shè)計目的： （1）掌握1位十進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算電路的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法； （2）熟悉集成電路的使用方法。1.2基本要求： （1）設(shè)計鍵盤以及編碼電路； （2）設(shè)計加數(shù)寄存器A和被加數(shù)寄存器B單元； （3）實(shí)現(xiàn)4bit二進(jìn)制碼加法的BCD調(diào)整； （4）用數(shù)碼管以十進(jìn)制形式顯示最后運(yùn)算結(jié)果。1.3發(fā)揮部分：（1）拓展2位十進(jìn)制數(shù)（2）MC存儲運(yùn)算中間值（3）其他2.基本設(shè)計思路 根據(jù)課程設(shè)計的要求，我把這次簡單的加法運(yùn)算電路分成以下幾部分：1 鍵盤及編碼電路：用開關(guān)及電

14、阻組成鍵盤部分，用10-4線BCD優(yōu)先編碼器74147及四個非門組成編碼電路，實(shí)現(xiàn)將0-9轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)。2 加數(shù)寄存器A和被加數(shù)寄存器B：由4位并行寄存器74LS175實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲，用2個4雙向模擬開關(guān)4066、開關(guān)及非門判斷是將二進(jìn)制數(shù)存儲到加數(shù)寄存器A還是被加數(shù)寄存器B。3 加法運(yùn)算電路：用集成4位超前進(jìn)位加法器74HC283對加數(shù)和被加數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。4 4bit二進(jìn)制碼加法的BCD調(diào)整：用4位數(shù)值比較器74HC85對和進(jìn)行比較、控制加法器是加0還是加6從而達(dá)到調(diào)整的目的。5 譯碼顯示器：將8421BCD碼通過譯碼顯示器轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)并顯示出來。 首先采用九線開關(guān)以及九個1K的電阻和一

15、個5V直流電源組成鍵盤輸入部分，利用74LS147N低電平觸發(fā)器作為編碼器接收鍵盤系統(tǒng)送來的低電平信號，從而轉(zhuǎn)化成8421碼在以后的電路中進(jìn)行運(yùn)算。利用一個74LS374N寄存器作為輸入的緩存器，把輸入的8421碼儲存然后通過加號開關(guān)以及555時鐘觸發(fā)器講信號傳給由兩個74LS194N組成的加數(shù)和被加數(shù)的寄存系統(tǒng)。從寄存器出來的信號在加法運(yùn)算系統(tǒng)里相加，74LS283N是全加器，然后通過對結(jié)果的判斷之后然后由兩個七段數(shù)碼管顯示結(jié)果。所以電路的工作狀態(tài)如下：先由鍵盤系統(tǒng)輸入低電平信號，鍵盤上有不同的編號從而輸入19的信號，在編碼器不同的管腳觸發(fā)相應(yīng)的8421碼。經(jīng)過非門調(diào)整之后輸入緩存器，然后按

16、下加號鍵，在555時鐘觸發(fā)器給緩存器脈沖之后輸出信號給加數(shù)寄存器，繼續(xù)輸入被加數(shù)，然后按下等號之后信號進(jìn)入被加數(shù)寄存器之后直接到加法器，第一個加法器相加兩數(shù)之后通過門電路判斷之后。如果超9之后再由第二個加法器加六之后輸出，最后由七段數(shù)碼管顯示結(jié)果。 3.設(shè)計方案流程圖鍵盤系統(tǒng) 門控 寄存器B寄存器A加法器顯示系統(tǒng)4.各部分電路設(shè)計及參數(shù)的計算1.鍵盤輸入系統(tǒng)本電路中的數(shù)字鍵盤與開關(guān)控制鍵盤的設(shè)計是利用一個5伏電壓產(chǎn)生高電平端，另一端與地相接，當(dāng)開關(guān)即數(shù)字鍵盤0到9被按下接通時，有低電平輸入信號產(chǎn)生，另一方面由控制開關(guān)J1的斷開與連接并先后儲存兩個信號（加數(shù)和被加數(shù)）進(jìn)不同的寄存器A和B。由編碼

17、器進(jìn)行編碼，進(jìn)行接下來的程序。2. 編碼器系統(tǒng)上圖為74LS147N編碼器，是低電平有效的器件，當(dāng)在鍵盤上按下相應(yīng)的按鍵時便會有相應(yīng)的電信號輸入到編碼器中，編碼器接收的電信號就會把其經(jīng)過編碼后輸出8421BCD碼，它由9個輸入端和4個輸出端構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸，可以對1到9的數(shù)字進(jìn)行編碼。 3.加數(shù)被加數(shù)寄存器系統(tǒng)在運(yùn)算過程中，當(dāng)我們通過鍵盤，用74LS374N把加數(shù)輸出后，按下鍵盤的加號鍵，此時加數(shù)寄存器有了一個脈沖信號；把加數(shù)輸出，使其進(jìn)入加法器中；在74LS374N將被加數(shù)輸出后，按下等號鍵,此時被加數(shù)寄存器得到一個脈沖信號把被加數(shù)輸出到加法器中。該電路圖是兩個開關(guān)控制元件4066BD和一個非門

18、及兩個寄存器組成的。由于4雙向模擬開關(guān)4066BD開關(guān)為高有效，工作電壓在5伏以下，它由高電平控制，當(dāng)按下加號時便會產(chǎn)生低電平，在經(jīng)過非門控制便可以實(shí)現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)的分別儲存。它有4個開關(guān)來控制4個通道的傳輸與截止。經(jīng)過開關(guān)的選擇處理最后把數(shù)據(jù)傳給儲存器。寄存器74LS194N的作用為，實(shí)現(xiàn)加數(shù)與被加數(shù)的輸出。4.加法運(yùn)算系統(tǒng) 加法運(yùn)算電路的原理是將加數(shù)A與被加數(shù)B進(jìn)行加法運(yùn)算進(jìn)行求和，過比較器將結(jié)果與九進(jìn)行比較。當(dāng)結(jié)果小于或等于九的時候，我們不需要對其進(jìn)行進(jìn)行BCD調(diào)整。此時可將二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加“0”。如果結(jié)果大于九的時候，我們就需要對結(jié)果進(jìn)行BCD調(diào)整，通過把二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加“6”來實(shí)現(xiàn)。最后將調(diào)

19、整過的結(jié)果用譯碼顯示器顯示輸出。此工作原理可具體為：加數(shù)與被加數(shù)經(jīng)過74LS194N輸出后進(jìn)入首個加法器74S283N中經(jīng)過計算得出數(shù)字，此時另一個加法器需要判斷得數(shù)是否大于等于10，所以需要在兩個加法器中間建立一個門電路來判斷得數(shù)。如果得數(shù)大于等于10，經(jīng)過門電路判斷需要在另一個加法器輸入6即0110，經(jīng)過它的計算得出的數(shù)字即為本次運(yùn)算的最終結(jié)果；如果小于10則不需要加6直接輸出即可。5.顯示系統(tǒng) 七段數(shù)碼管是可以將8421碼以十進(jìn)制的數(shù)顯示出來，本系統(tǒng)利用兩個數(shù)碼管，右邊的數(shù)碼管顯示的是個位數(shù)，左邊的是顯示十位數(shù)，當(dāng)結(jié)果沒有超過9是，左邊的數(shù)碼管沒有顯示，大于9的時候經(jīng)過門電路的判斷之后左

20、邊的數(shù)碼管顯示1，與右邊組成兩位數(shù)顯示。5 工作過程分析在簡單計算器運(yùn)算加法過程中，如前第四部分工作原理所闡述的一樣。首先，在鍵盤上按一個想要的數(shù)字，通過電阻電源的組合，將其轉(zhuǎn)化為脈沖，輸入到編碼器中，將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)字。然后，在加號，及開關(guān)的作用下，將被加數(shù)寄存在一個寄存器中。輸入加數(shù)，同樣也寄存在另一個寄存器中。兩個數(shù)通過加法器運(yùn)算，得出的數(shù)通過譯碼顯示器顯示出來。當(dāng)加法運(yùn)算的結(jié)果經(jīng)過數(shù)值比較器與二進(jìn)制數(shù)“9”進(jìn)行比較。當(dāng)結(jié)果小于或等于九的時候，我們不需要對其進(jìn)行進(jìn)行BCD調(diào)整。當(dāng)結(jié)果大于九的時候，我們就需要對結(jié)果進(jìn)行BCD調(diào)整，通過把二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加六來達(dá)到。最后將調(diào)整過的結(jié)果用譯碼顯示

21、器顯示輸出。例如：5+7=12輸入加數(shù)5輸入被加數(shù)7得出結(jié)果126 元器件清單序號元件名稱規(guī)格及用途數(shù)量1 編碼器74LS147N1片2 寄存器A74LS374N 1片3 寄存器B74LS194N2片4 加法器74S283N2片5 顯示器HCD-HEX-DIG 4片6 非 門74ALS04BN5片7 三輸入與非門74ALS10AN1片8 二輸入異或門7486N2片9 電 阻1 k10個10 九線開關(guān)DSWPK91個11 二線開關(guān)DSWPK21個12 電 源5V2個13555555_VIRTUAL1個7 主要元器件介紹7.1 10-4線BCD優(yōu)先編碼器 741477.1.1 引腳圖圖7.2 74

22、LS374N引腳圖7.1.2功能表7.1.3 功能介紹74147為10-4線BCD優(yōu)先編碼器，其功能是，把輸入端代表“0”“9”的這10個數(shù)字編碼成BCD碼。74147的編碼輸入有效電平為低電平，編碼輸出為BCD反碼。由于它有優(yōu)先編碼功能，只要輸入端有“0”輸入（如果有多個輸入端為“0”則以編號最大的輸入端為準(zhǔn)），輸出端就輸出與之對應(yīng)的BCD碼的反碼。例如“3”“4”同時輸入“0”，則按“4”進(jìn)行編碼，內(nèi)部編碼成BCD碼0100，輸出則為BCD的反碼1011。7.2 寄存器74LS374N7.2.1 引腳圖 圖7.2 74LS374N引腳圖7.2.2 功能表工作模式輸 入內(nèi)部觸發(fā)器輸 出OC

23、CLK D存入和讀出數(shù)據(jù)L L L H L H相應(yīng)內(nèi)部觸發(fā)器的狀態(tài)存入數(shù)據(jù)禁止輸出 H L H H L H 高 阻 高 阻7.2.3 功能介紹當(dāng)OC接高電平時不管內(nèi)部觸發(fā)器為何值輸出都為高阻狀態(tài)即不輸出。當(dāng)OC接低電平時，只有遇到脈沖的上升沿時才會輸出，此時輸出的數(shù)據(jù)為內(nèi)部觸發(fā)器的相應(yīng)狀態(tài)；沒有脈沖時只暫存前一狀態(tài)的數(shù)據(jù)。7.3 寄存器74LS194N7.3.1引腳圖 圖7.3 74LS194N引腳圖 7.3.2 功能表表7.1 74194功能表輸入輸出CLR CPS1 SODR DLD C B A QD QC QB QA1 dd dd dd d d d 0 0 0 0 0 0d dd dd

24、d d d 0 上1 1d dX3 X2 X1 X0X3 X2 X1 X0 0 上0 11 dd d d d0 上0 10 dd d d d0 上1 0d 1d d d d0 上1 0d 0d d d d0 d0 0d dd d d d7.3.3 功能介紹 有4個輸入端4個輸出端，當(dāng)S0、S1、CLR接高電平時，為并行寄存器。此時CLR端有脈沖信號則能輸出前一狀態(tài)的數(shù)據(jù)，否則只能暫存數(shù)據(jù)。7.4 加法器74S283N7.4.1 引腳圖圖7.4 74S283N的引腳圖7.4.2 功能表C 0dcbaL000000000010000100000110001000001010001100001110

25、0100000100100101010101110110010110110111010111111000011000111001017.4.3 功能介紹它是常用的二進(jìn)制加法器，有兩組輸入端，分別為：A1 B1 C1 D1；A2 B2 C2 D2 ，然后分別對相應(yīng)的二進(jìn)制相加，在設(shè)計中，我們巧妙的運(yùn)用了加六的運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)向8421BCD碼的轉(zhuǎn)換。如10的二進(jìn)制碼為1010 加六可得00010000。我們可以看出當(dāng)?shù)脭?shù)大于等于十時我們可以對它加六來實(shí)現(xiàn)它的轉(zhuǎn)換，因此我們再一次引入74284加法器并在它的2、3腳上加入我們推得的信號來實(shí)現(xiàn)。8小結(jié)設(shè)計一個完整的電路，不僅要以過硬的知識功底為前提，還要具

26、有靈學(xué)活用，舉一反三的能力。一個電路設(shè)計，要有完整的設(shè)計思路，要滿足課題的各項要求，還要通過報告把原理及流程表達(dá)的清清楚楚。從設(shè)計的第一天起，我就遇到了很多麻煩。所以在著手之前我便仔細(xì)閱讀并研究了教材中所有有關(guān)課設(shè)部分的章節(jié)，之后，又利用圖書館的資源和網(wǎng)上資源，對課設(shè)電路做了具體的了解和分析。有關(guān)計算部分我也參考了很多的資料，但有的元件的參數(shù)還是不明白為何設(shè)成這樣，只好參考經(jīng)典值。通過老師和同學(xué)們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題的全面性。簡單計算器運(yùn)算電路是數(shù)字電子技術(shù)的一種綜合應(yīng)用，是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制數(shù)的加減法運(yùn)算的裝置,整個加法運(yùn)算電路是由五個部分組成，可

27、以詳細(xì)分為，鍵盤及編碼電路、加數(shù)寄存器A和被加數(shù)寄存器B、加法運(yùn)算電路、4bit二進(jìn)制碼加法的BCD調(diào)整和譯碼顯示器。加法運(yùn)算電路最典型的應(yīng)用就是計算器，它為我們的生活帶來了更多的便利。 通過本次設(shè)計，了解了加法運(yùn)算電路的基本原理，同時也很好的掌握了編碼器、寄存器、加法器、開關(guān)、顯示譯碼器等數(shù)字系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。在設(shè)計的過程中，融入了自己的創(chuàng)新想法，增加了設(shè)計的興趣。在這充實(shí)的一周中，我們也深深地感受到各組員之間彼此團(tuán)結(jié)互助的精神，每個人都為了自己的小組一點(diǎn)點(diǎn)努力著，盡管避免不了失敗和摩擦，但我們?nèi)匀换ハ啻驓?，為了設(shè)計成果獻(xiàn)上各自的一份力量。通過這次對加法運(yùn)算電路的設(shè)計與制作，我了解了一些設(shè)計電路的步驟，同時也了解了關(guān)于加法運(yùn)算電路的設(shè)計原理與設(shè)計思想，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。雖然設(shè)計時間很緊迫，但在設(shè)計的過程中我們還是學(xué)到不少東西的，由于有些芯片我們根本沒有學(xué)過，我們在查找這些資料的過程中就學(xué)到了很多東西，有些芯片本來我們不懂的，但是經(jīng)過查資料我們還是對