加减法器的设计.doc

摘 要 本文运用数字电路知识来设计加减法器 在PROTEUS中仿真出电路原理图 通过控制开关的闭合来模拟数据的输入以及控制控制开关来选择加法器或者减法器 通过数码管的显示可以看到所输入的数据以及输入数据的运算结果 通过加减法器 的课程设计 可以从中学习和巩固数字电路的相关知识 比如 减法器电路的设计 全加器芯片以及各种逻辑门器件的使用等等 关键字 加减法器 数码管 逻辑门 全加器 PROTEUS 目 录 1 概述 1 2 方案设计 2 2 1 设计要求 2 2 2 方案设计 2 2 3 设计原理 3 3 电路设计 4 3 1 置数电路的设计 4 3 2 加减法器电路的设计 5 3 3 数码管显示电路的设计 5 3 4 完整电路图的设计 6 4 仿真与调试 7 4 1 系统仿真步骤 7 4 2 系统仿真结果分析 7 5 总结 10 参考文献 11 致谢 12 邵阳学院课程设计 论文 0 第 1 章 概述 目前 随着社会经济的发展 运算是人们生活中必不可少的 因此设计性能可 靠的计算器是很有必要的 信息技术代表着当今先进生产力的发展方向 信息技术 的广泛应用使信息的重要生产要素战略资源的作用得以发挥 使人们能更高效地进 行资源优化配置 从而推动传统产业不断升级 提高社会劳动生产率和社会运行效 率 21 世纪初 人类将全面迈向一个信息时代 信息技术革命是经济全球化的重要 推动力量和桥梁 是促进全球经济和社会发展的主导力最 以信息技术为中心的新 技术革命将成为世界经济发展史上的新亮点 信息技术将使人类能够进一步把潜藏 在物质运动中的巨大信息资源挖掘出来 把世界变成一个没有边界的信息空间 以 微处理机进入亿万办公室和家庭 超级计算机问世 卫星通信与光导通信的发展 特别是网络化的迅速发展为标志的 信息技术革命不仅以最为便捷的方式沟通了各 国 各地区 各企业 各团体以及个人之间的联系 而且在一定程度上打破了种种 地域乃至国家的限制 把核个世界空前地联系在一起 推动了全球化的迅速发展 当今的世界是信息时代 而运算能力的强弱关系到自身获取信息的速度 这点 对于人们很重要 它不仅对于个人 对于国家的安全和发展和国家的安全也是极其 重要的 一个国家的综合实力的强弱可以从多个方面看出来 其中就包括对信息处 理的能力 所以 研究高性能的计算机是每个国家都十分重视的一件事情 我国以建设创新型国家为目标 把掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主 知识产权作为提高国家竞争力的突破口 虽然我国信息技术的总体水平与国际先进 水平仍有不少差距 但近年来我国在一些有较大影响的关键信息技术领域有了可喜 的突破 因此 作为天之骄子的我们很有必要学好信息技术 努力成为国家所需要 的人才 为国家的繁荣富强作出自己的贡献 为中华民族的伟大复兴尽一份自己的 力量 邵阳学院课程设计 论文 1 第 2 章 方案设计 2 1 设计要求 设计一个简单加减法器 它能够满足4位二进制数的加减法运算 并且可以将 结果通过数码管显示出来 从而更好的方便于观测 2 2 方案设计 加减器的设计方案 先设计置数电路 通过单刀双掷开关可以设计出来 即若 为减法运算 则把开关打到与电源相连 也就是与 0 相连 若为加法运算 则把 开关打到与地相连 也就是与 1 相连 再设计加减法器电路 然后设计数码管显 示电路 当然值得注意的是在设计数码管电路中 需要注意数码管的接法 在接之 前 应该区分数码管是共阳极还是共阴极 其方案设计如下图2 1所示 置数电路的设计 开关选择运算方式 加法器的电路设计减法器的电路设计 数码管显示电路的设计 图2 1 加减法器电路设计方框图 邵阳学院课程设计 论文 2 2 3 设计原理 设计该加减法器 可以分为两部分来设计 一部分为加法器的设计 另一部分 为减法器的设计 设计加法器可以用一块全加器集成芯片74283来完成 设计减法 器可以转换成补码相加实现 即 X Y X 补 Y 补 对于两位数的相加 如果相加结果大于 9 进行加 6 运算 以使十位输 出为 1 至于如何实现用一块全加器集成芯片74283来实现加减法器的运算 因 为Y的补码是其反码加 1 Y的反码可以用异或门来实现 得到反码后利用四 位二进制全加器74283实现X Y的反码 并使最低位进位位为 1 异或门的其中一个输入端控制信号C 当C 1时 电路实现减法 当C 0时 电路实现加法 即同一个电路 控制信号C取值不同可以实现加法和减法操作 对于数据的输入 可以用开关的闭合和断开来实现高低电平从而完成数据的输 入 还有用作加法器时 需要考虑是否有进位 这需要画出真值表从而得出逻辑表 达式 从而选用各种门来实现判断进位的功能 该加加法器的电路设计中 如要用 到异或门 或非门 非门以及与门 它们的真值表如下图2 2所示 表2 1 异或门逻辑真值表 表2 2 或非门逻辑真值表 ABL 000 011 101 110 ABL 001 010 100 110 邵阳学院课程设计 论文 3 表2 3 非门逻辑真值表 表2 4 与门逻辑真值表 第 3 章 电路设计 加减法器的电路设计总而言之可以分为三大部份 置数电路设计 加减法器电 路设计 数码管显示电路设计 其各部份的具体电路设计图如下所示 3 1 置数电路的设计 置数电路设计可以通过控制开关的闭合状态 从而即可来表示输入的二进制数 当开关与电源相连时 表示的是高电平 即为 1 反之当开关与地相连时 表示 的是低电平 即为 0 而具体的置数电路设计如下图3 1所示 图3 1置数电路设计 AL 01 00 ABL 000 010 100 111 邵阳学院课程设计 论文 4 3 2 加减法器电路的设计 加法器可以用一块全加器集成芯片74283来完成 设计减法器可以转换成补码 相加实现 即 X Y X 补 Y 补 74283来实现加减法器的运算 因为Y的 补码是其反码加1 Y的反码可以用异或门来实现 得到反码后利用四位二进制全 加器74283实现X Y的反码 并使最低位进位位为1 异或门的其中一个输入端 控制信号C 当C 1时 电路实现减法 当C 0时 电路实现加法 具体电路的 设计如下图3 2所示 图3 2加减法器电路设计 3 3 数码管显示电路的设计 对于用做减法器使用时 不需要考虑进位问题 但是对于用做加法器使用时 需要考虑进位问题 如果两数相加的结果大于9 则需要将所得运算结果加6 再 把其相加结果输出到低位的数码管显示 具体电路的设计如下图3 3所示 邵阳学院课程设计 论文 5 图3 3数码管显示电路设计 3 4 完整电路图的设计 根据以上加减法器的模块化电路设计 我们可以设计出加减法器完整的电路图 其电路图如下图3 4所示 邵阳学院课程设计 论文 6 图3 4完整电路图设计 第 4 章 仿真与调试 4 1 系统仿真步骤 1 系统各跳线器处在初始设状态 2 在PROTEUS中运行 再根据需要 拨动各开关 观察数码管显示情况 4 2 系统仿真结果分析 当做加法器使用时 输入二进制数 1001 和 0101 即十进制数 9 和 5 C0端置为 1 即低电平 使其进行加法运算 可以观察到输出结果为 04 电路运行情况如图4 1所示 邵阳学院课程设计 论文 7 图4 1 运算9减5等于04 当做减法器使用时 输入二进制数 1001 和 0101 即十进制数 9 和 5 C0端置为 0 即高电平 使其进行减法运算 可以观察到输出结果为 14 电路运行情况如图4 2所示 邵阳学院课程设计 论文 8 图4 2 运算9加5等于14 邵阳学院课程设计 论文 9 总结 在做本次课程设计的过程中 我感触最深的当属查阅大量的设计资料了 为了 让自己的设计更加完善 查阅这方面的设计资料是十分必要的 同时也是必不可少 的 在设计的过程中 遇到了不少麻烦 但是经过自己的最终努力以及在老师的帮 助下 还是圆满的完成了这次课程设计 达到了课程设计的目的 在设计电路时 遇到了不少问题 主要体现在以下几个方面 一是对数字电路知识不够熟练 对有 些元器件不能够熟练应用 对其某些功能不是十分清楚 二是对所用软件 PROTEUS不能够熟练掌握 有些元器件不能PROTUES元器件库中快速的找到 从以上的问题中 通过这次设计 我懂得了学习的重要性 了解到理论知识与实践 相结合的重要意义 学会了坚持 耐心和努力 这将为自己今后的学习和工作做出 了最好的榜样 发现 提出 分析 解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习 工作和生活中 设计过程 好比是我们人类成长的历程 常有一些不如意 但毕竟 这是第一次做 难免会遇到各种各样的问题 在设计的过程中发现了自己的不足之 处 对以前所学过的知识理解得不够深刻 掌握得不够牢固 因此 在以后的学习 当中 我会注意到这些问题 争取把所学知识牢牢的化为自己所用 通过这次设计 我懂得了学习的重要性 了解到理论知识与实践相结合的重要 意义 学会了坚持 耐心和努力 这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样 我觉得作为一名电子信息工程系的学生 做课程设计是很有意义的 更重要的是如 何把自己平时所学的东西应用到实际中 邵阳学院课程设计 论文 10 参考文献参考文献 1 张克农 宁改娣 数字电子技术基础 第二版 北京 高等教育出版社 2010 2 张永瑞 陈生潭 高建宁 电路分析基础 第二版 北京 电子工业出版社 2009 3 江世明 黄同成 单片机原理及应用 北京 中国铁道出版社 20