2位十进制加法器-数字电子技术课程设计论文

两位十进制加法器一、确定课题二、原理总概述三、各单元模块介绍（转换模块、运算模块、显示模块）四、仿真和实物图五、总结（收获和体会、元件明细表、参考资料）一、确定课题 在本次课程设计中，我们选择的题目是“多位数据加法器”，在确定题目的过程中，我们就以下两个问题进行了讨论： 1、选择十进制还是八进制。 2、选择两位还是三位或者三位以上的加法器。 对于第一个问题，我们认为所设计的实物应尽量接近实际，对于一个加法器，类似于一个计算器，显然在现实生活中的计算器都是十进制的，所以我们确定选择十进制。 对于第二个问题，经过简单的原理分析（详见以下的原理分析），通过对比，三位和两位在技术上并没有多大的区别，三位的只是在百位数上做了一次重复，所以决定做两位数的加法器。至此，我们就确定了小组的题目是两位十进制数加法器。二、原理总概述 本课题设计采用所学基本数字电子常用器件完成简单加法运算，验证所学基本常识和芯片用途。完成加法运算，首先进行加数和被加数的输入实现；然后利用数制转换原理设计转换电路分别对加数和被加数实现数制转换；进而，利用常用全加器芯片的多片级联完成加法运算和数码修正；最后，选用数码管显示结果。以中规模集成芯片74HC147（10线-4线编码器）、74LS283（四位二进制全加器）作为两位十进制加法器的核心运算器，使用数字键输送原始数据，结果由数码管和LED灯直观显现，实现两位十进制加数被加数的加计算。关键字：十进制、加法、编码器、译码、BCD码、74HC147、74LS283所用到的软件：Word(论文报告）、Multisim（仿真）等。图1 系统流程图系统流程框图：以下将把该设计分成三个模块介绍：转换模块、运算模块、译码显示模块。三、各单元模块介绍（一）转换模块1.10线-4线编码器74147：2.十进制数转8421BCD码原理编码原理:将表示十进制数0，1，2，3，4，5，6，7，8，9的十个信号先编成二进制代码的电路，称为二-十进制编码器。输出所用的代码是8421BCD码，故也称为8421BCD码编码器。S0S9代表是个按键，和自然数09的输入键相互对应。S0S9均为高电平时，表示无编码申请。当按下S0S9中任一键时，表示有编码申请，对其进行编码，相应的输入以低电平的形式出现，故此编码器为输入低电平有效。 例如按下开关S5，相应的输出为A3A2A1A0=0101。最后得到十个按键输入的电路图如下所示：图2 十个按键输入的电路图（二）、运算模块 1. 四位二进制超前进位加法器74LS283：图3 74LS283逻辑符号如左图2所示A1A4、B1B4分别为四位加数和被加数的输入端；SUM1SUM4为四位和数输出端；C4为向高位输送进位的输出端；CO为最低进位输入端。 ：2、8421BCD码加法运算及数码校验这部分是使用四位加法器构成的一位8421BCD码的加法器。8421BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数，4位二进制数内部为二进制，8421BCD码之间是十进制，即逢十进一。 而四位二进制加法器是按四位二进制数进行运算，即逢十六进一。二者进位关系不同。当四位二进制数加法器74LS283完成这个加法运算时，要用两片74LS283。第一片完成加法运算，第二片完成修正运算。 8421BCD码的加法运算时十进制运算，而当和数大于9时，即S4S3S2S11001时， 8421BCD产生进位，而此时十六进制则不一定产生进位，因此需对二进制和数进行修正，即加上6（0110），让其产生一个进位。当S4S3S2S11001（即和数小于等于9）时，则不需要修正说或者说加上0（即0000）。将大于9的项用卡诺图表示，还要考虑到，若相加产生进位，则同样出现大于9的结果，综合考虑，可得需要进行修正和数的条件为： LC3S3S2S3S1C3S3S2S3S1S1S0 00 01 11 10111111S3S2 00 01 11 10 图4 和数大于9的卡诺图 因此我们可以通过两个一位8421BCD码加法电路的级联组成一个两位串行进位并行加法器，这样通过低位向高位产生进位进行十进制的加法运算。由于上一级74147输出的对低电平有效，而74LS283的输入对高电平有效，所以要在前面加反相器 由此得到具有修正电路的一位8421BCD码加法电路如图5所示：图5 具有修正电路的一位8421BCD码加法电路（三）译码显示模块图7 数码管的结构 本设计用的是七段译码器。用驱动发光二极管数码管的十进制数七段显示译码器7447驱动，介绍其显示译码器原理：1. 七段数码管的结构及工作原理：七段数码管的结构如图7 所示,它有七个发光段,即a、b、c、d、e、f、g。七段数码管内部由发光二极管组成。在发光二极管两端加上适当的电压时，就会发光。发光二极管有两种接法:即共阴极接法和共阳极接法，如图8 和9所示。 当选用共阳极数码管时，应选用低电平输出有效的七段译码器驱动；当选用共阴极的译码管时，应选用高电平输出有效的七段译码器驱动。本设计中用了共阳极接法。图8 共阴极接法 图9 共阳极接法 2.七段显示译码器74LS477447七段显示译码器输出低电平有效，用以驱动共阳极数码管。图10给出了7447七段显示译码器的逻辑符号。是7447七段显示译码器的辅助控制输入端，现对各功能分别进行介绍。试灯输入试灯输入主要用于检测数码管能否正常发光。检测时， =0，=1, = X, A3A2A1A0XXXX,七段数码管全亮，显示字型：；图10 7447七段显示译码器的逻辑图符号工作时，应置 =1。灭零输入灭零输入端是将有效数字前后多余的零熄灭，例如数字0015.200，显示时只须出现15.2即可。而15.2前、后的零熄灭，即无效零不显示。当=1、=0时，若输入代码为A3A2 A1A00000，则相应的零字型不显示，即灭零。此时，=0；当=1、=1时，若输入代码为A3A2 A1A00000，则显示零字型，此时，=1。端 端为特殊控制端。输出和输入在芯片内部连在一起，共用一根引脚引出。有时作为输入端，有时作为输出端。当其做输入端使用时，是灭灯输入，控制数码管的显示。即=0，不管其他端怎样，字型处于熄灭状态；当其做输出端使用时，是动态灭零输出。常和下一位的相连，通知下一位如果出现零，则熄灭。3. 七段译码显示电路在本设计中，二位数码管显示经过全加器运算的结果数据 ，故需两个数码管显示；两位十进制数相加和的范围是000198，存在进位，用两个数码管显示。 综合以上译码显示电路的电路图如图11：图11 译码显示电路的电路图如四、仿真和实物图11 仿真结果图如图11，图中的结果为35+76=111，其中下面的红色LED灯亮表示百位有进位。图12. 实物图说明：在实物中的拨码开关数字是1-10，而本次课程设计的开关为0-9，所以实物中用10代替0。五、总结上述即为本次课设所有内容，设计中充分考察了数字电子技术知识的综合使用。收获和体会 通过这次课程设计使我懂得了理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时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。 在自己动手做实物的过程中，我们遇到了以下问题： 1.对元器件不熟悉：例如书本上常见的VCC，但是在实际中我们找个VCC都费了不少精力。对于导线，在采购到导线的时候对该用多大多长的导线完全没有概念。 2.对一些细节的和器件没有完全考虑周全，例如仿真上没有出现集成芯片插槽，去吧原器件采购回来之后才发现缺少芯片插槽，又要费不少精力去采购。 3.对电路的排版不熟悉，焊电路的技术有待提高，在焊电路的过程中费了很大精力。 虽然在做动手做实物的过程中遇到和很多困难，但是通过我们的不懈努力，我们还是把它们一一克服了，最终还是顺利的完成了。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。这次课程设计让我掌握了电子电路安装和调试方法及故障排除方法，熟了Word软件，并且自学Multisim软件。提高了我的电子电路技能及仪器使用能力、撰写课程设计总结报告能力。通过查阅手册和文献资料，培养我独立分析、解决问题的能力。参考资料1. 蒋立平.数字逻辑电路和系统设计电子工业出版社2008年7月 2. 卿太全电子技术基础实验和课程设计 电子工业出版社2006年7月第二版 3. 李潇常用数字集成电路原理和使用 . 人民邮电出版社2006年1月第一版另，由于这次课程设计所需要的集成芯片资料较多，所以大部分芯片资料从网络上查找。元件明细表序号名称数量备注174LS031校验274LS054反相器374LS101校验4 74LS47 2驱动七段显示管5 74HC147 4构成多谐振荡器674LS2834全加器7七段数码