南邮十翻二运算电路

1 目目 录录 一 内容摘要一 内容摘要 2 二 技术指标二 技术指标 3 三 主要元器件三 主要元器件 4 1 排阻 4 2 发光二极管 4 3 数码管 5 4 74283 6 5 4511译码驱动器 7 6 74174 8 7 八位拨码开关 8 四 方案设计四 方案设计 9 五 完整电路及简要说明五 完整电路及简要说明 20 六 安装与调试六 安装与调试 21 1 使用的主要仪器仪表 21 2 调试电路的方法和技巧 21 3 测试数据 22 4 调试中出现的故障 原因及排除方法 22 5 正确执行结果 22 七 电路特点及方案优缺点七 电路特点及方案优缺点 24 八 元件清单八 元件清单 24 九九 心心得得体体会会 25 十十 参参考考文文献献 25 十一 附录十一 附录 26 2 十翻二运算电路设计十翻二运算电路设计 一 内容摘要一 内容摘要 关键字关键字 十翻二运算 全加器 十翻二运算 全加器 BCD 码码 人们在向计算机输送数据时 首先把十进制数变成二 十进制 数码即 BCD 码 运算器在接受到二一十进制数码后 必须要 将它转换成二进制数才能参加运算 这 种把十进制数转换成二 进制数的过程称为 十翻二 运算 Transfer data to the computer people the computer should first turn into the binary decimal do that BCD computing devices will receive the binary only after decimal operation which convert to binary number is called the decimal turn binary operation 本报告主要介绍十翻二电路的设计思路 实现方法与调试过程 包括系统设计 方案比较 系统框图 单元模块分析与设计 完 整电路图 电路工作原理 运行说明 调试方法与技巧 故障分 析与解决方法 以及对电路的改进等 This report mainly introduces decimal turn to binary circuit design implementation method and debugging process Include system design program comparison the system frame unit module analysis design complete circuit diagram circuit principle operation instructions debugging method and skill failure analysis and solving methods and circuit improvement etc 3 二 技术指标二 技术指标 系统结构要求 系统结构方框图如图 2 1 所示 图 2 1 电气指标 1 具有十翻二功能 2 能完成三位数十进制数到二进制数的转换 3 能自动显示十进制数及二进制数 4 具有手动和自动清零功能 设计条件 1 电源条件 直流稳压电源提供 5V 电压 2 实验仪器和材料 名名 称称备备 注注 仪器实验室配备 万用表一个 面包板1 块 剪刀一把 镊子一把 各色导线若干 十翻二运算电路 二进制数显示 十进制数显示 4 三 主要元器件三 主要元器件 1 排阻 排阻 排阻 就是若干个参数完全相同的电阻 它们的一个引脚都连到 一起 作为公共引脚 其余引脚正常引出 所以如果一个排阻是 由 n 个电阻构成的 那么它就有 n 1 只引脚 一般来说 最左边 的那个是公共引脚 它在排阻上一般用一个色点标出来 2 发光二极管 发光二极管 发光二极管 就是在半导体 p n 结或与其类似结构上通以正 向电流时 能发射可见或非可见辐射的半导体发光器件 注意发光二极管是一种电流型器件 虽然它的两端直接接上3V的 电压后能够发光 但容易损坏 在实际使用中一定要串接限流电阻 工作电流根据型号不同一般为1mA到3OmA 另外 由于发光二极管 的导通电压一般为1 7V以上 所以一节1 5V的电池不能点亮发光 二极管 同样 一般万用表的R 1档到R 1K档均不能测试发光二 极管 而R 10K档由于使用15V的电池 能把有的发光管点亮 用眼睛来观察发光二极管 可以发现内部的两个电极一大一小 一般来说 电极较 小 个头较矮的一个是发光二极管的正极 电极较大的一个是它的负极 若是新买来的 发光管 管脚较长的一个是正极 5 3 数码管数码管 以 A3A2A1A0 表示显示译码器输入的 BCD 代码 以 Ya Yg 表示出的 7 位二进制代码 并规定用 1 表示数码管中线的点 亮状态 用 0 表示线段的熄 灭状态 6 1 七段显示译码器的真值表 输入输出 数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYf字形 Yg 000001111110 100010110000 200101101101 300111111001 401000110011 501011011011 601100011111 701111110000 810001111111 910011110011 1010100001101 1110110011001 1211000100011 1311011001011 1411100001111 1511110000000 4 74283 四位超前进位并行加法器管脚排列图 7 所谓超前进位加法器是指 为了提高运算速度 在电路结构中 通过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号 而无需再 从最低位开始向高位逐位传递进位 信号的多位加法器 1 全加器 实现一位二进制数加法 输入 被加数Ai 加数Bi 低位的进位Ci 1 输出 和Si 向高位的进位Ci Si Ai Bi Ci 1 Ci AiBi Ai Bi Ci 1 2 超前进位 各位的进位输出不经过低位加法器传输 直接由所 有低位的加数 被加数产生 Ci AiBi Ai Bi Ci 1 Gi PiCi 1 产生变量 Gi AiBi 传输变量 Pi Ai Bi C1 G1 P1C 0 C2 G2 P2G1 P2P1 C0 C3 G3 P3G2 P3P2G1 P3P2P1C0 C4 G4 P4G3 P4P3G2 P4P3P2G1 P4P3P2 P1 C 0 各进位信号同时产生 运算速度快 但电路复杂 5 4511 译码驱动器译码驱动器 4511 是一个用于驱动共阴极 LED 数码管 显示器的 BCD 码 七段码译码器 特点如下 具有 BCD 转换 消隐和锁 存控制 七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电 流 可直接驱动 LED 显示器 8 6 74174 双列 16 脚 六上升沿 D 触发器 有公共清除端 Q 端出 双极型低功耗肖基特 TTL 电源电压 5V 7 八位拨码开关 八位拨码开关 八位拨码开关 每一个部分多是一个独立的开关电路 开路 拨向 ON 的一方 开关导通 否则就是断开 在此电路中拨码开 关的作用则是输入 BCD 码 9 四 方案设计四 方案设计 用加法器实现BCD码至二进制数的转换基于这样的事实 将BCD码字中各个为 1 的位所代表的权值的等值二进制数相加 即可获得该BCD码的等值二进制数 例如 十进制数55 BCD码为1010101 其中为 1 的位从高 到低的权值依次为40 10 4 1 40 1000000 10 0010000 4 0000100 1 0000001 55 1010101 实际进行加法运算时 最低位不必进行 最低位可以直接以BCD 码字的最低二进制输出 至于最低位以外的各个二进制位 也只 需要将相同位置的 1 及相邻低位来的进位相加 次低位无最低 位来的进位 而对于 0 则不必去将其相加 相同位置的 1 的个数越少 所需要的加法次数也就越少 需要的加法器越少 实现的电路也越简单 经济 10 一片74283加法器构成的BCD码 6位二进制数变换电路 b0 D00 b1 D01 D10 b2 D02 D11 C1 b3 D03 D10 C2 b4 D11 C3 b5 C4 11 两片74283加法器构成的BCD码 7位二进制数变换电路 b0 D00 b1 D01 D10 b2 D02 D11 C1 b3 D03 D10 D12 C2 b4 D11 D13 C30 C31 b5 D12 C40 C41 b6 D13 C5 由于加法器的任一位仅允许三个加法输入 被加数 加数 相邻 低位来的进位 所以b3 b4的逻辑值必须经过两次加法运算才能 获得 将b3 b4的表达式进行分组 12 产生进位产生进位C30 产生进位产生进位C40 b3 D03 D10 C2 D12 b4 D11 C30 D13 C31 产生部分和产生部分和S30 产生部分和产生部分和S40 产生和产生和b3及进位及进位C31 b0 D00 b1 D01 D10 b2 D02 D11 C1 b3 D03 D10 C2 D12 b4 D11 C30 D13 C31 b5 D12 C40 C41 b6 D13 C5 13 14 五片74283加法器构成的BCD码 10位二进制数变换电路 二进制数 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 权 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 BCD 码 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 D001 1 D012 2 D024 4 D038 8 D101010 D112020 D124040 D138080 D20100100 D21200200 D22400400 D23800800 b0 D00 b1 D01 D10 b2 D02 D11 D20 C1 b3 D03 D10 D12 D21 C20 C21 b4 D11 D13 D22 C30 C31 C32 b5 D12 D20 D23 C40 C41 b6 D13 D20 D21 C50 C51 b7 D21 D22 C60 C61 C62 b8 D22 D23 C70 C71 b9 D23 C80 如下是公式推导 表示A B管脚 表示所算的是bn位 注 A201 表示74283的第几号下标 表示第几块74283芯片 15 b0 D00 表示输出 b1 D01 A100 D10 B100 同一位的计算 上标相 同 两个数直接相加 两下必须相同 S00 进位进位A201 b2 D02 A201 D11 B2 2 2 01 D20 B210 S01 A302 进位进位A302 S11 进位进位A311 两个数直接相加得到S 两下必须与加数相同 b3 D03 A302 D10 B3 3 3 02 D12 B3 3 3 11 D21 B2 2 2 20 S02 A311 进位进位A403 S11 A412 进位进位A412 16 S20 进位进位A421 b4 D11 A403 D13 B4 4 4 03 D22 B4 4 4 12 S03 A412 进位进位A513 B4 4 4 21 接地 S12 A421 进位进位A513 S21 进位进位A522 b5 D12 B5 5 5 13 D20 B5 5 5 22 D23 B5 5 5 30 A513 S13 A522 进位进位A623 S22 A530 进位进位A623 S30 进位进位A631 17 b6 D13 B6 6 6 23 D20 B6 6 6 31 D21 B6 6 6 40 A623 S23 A631 进位进位A732 S31 A640 进位进位A732 S31 进位进位A741 b7 D21 B7 7 7 32 D22 B7 7 7 41 A732 S32 A741 进位进位A833 S41 进位进位A842 18 b8 D22 A833 D23 B8 8 8 33 S33 A842 进位进位A943 B4 4 4 21 接地 S42 进位进位A943 b9 D23 B9 9 9 43 A943 S43 19 20 五 完整电路及简要说明五 完整电路及简要说明 1 实验电路图 实验电路图 接入 5V高电位后 经过公共端置1 此时在拨码开关上从低位到 高位拨0 9之间的数 从右到左 分别为个位 十位 百位 经 过74174触发器触发 再经4511译码驱动 在数码管上显示三位十 进制数 并经过5位全加器74283 实现十进制转换成二进制 在 发光二极管上显示 21 六 安装与调试六 安装与调试 一 使用的主要仪器仪表 一 使用的主要仪器仪表 万用表 实验箱 二 调试电路的方法和技巧 二 调试电路的方法和技巧 1 分模块连接 调试 待到各模块调试成功后 再将各模块连接 起来同一调试 2 分模块调试时 时钟部分先用实验箱上固定频率进行调试 待 调试成功后 再将时钟模块连接好进行调试 3 当出现错误时 利用LED灯对出现错误部分的前级进行测验 对比设计逻辑以便找出错误所在 4 连线时对时钟线 复位线 电源线 地线 数据线用不同颜色 的电线连接以便于检查 三 测试数据 三 测试数据 输入值 十进制 628 511513 输出值 二进制 101010101001111111111000000001 四 调试中出现的故障 原因及排除方法 四 调试中出现的故障 原因及排除方法 故障一 数码管显示不正确 原因是数码管的3 4管脚未接高电 位 5 8管脚未接低电位 不