加减法运算电路设计

电子课程设加减法运算电路设计学院:电信息工程学院专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导老师:闫晓梅2014年12月19日加减法运算电路设计一、设计任务与要求1.设计一个4位并行加减法运算电路，输入数为一位十进制数，2作减法运算时被减数要大于或等于减数。3.led灯组成的七段式数码管显示置入的待运算的两个数，按键控制运算 模式，运算完毕，所得结果亦用数码管显示。4.系统所用5V电源自行设计。二、总体框图2.分析：如图1-1所示，第一步置入两个四位二进制数（要求置入的数小于1010）， 如（1001） 2和（0111）2,同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数 9和7；第二步通过开关选择运算方式加或者减；第三步，若选择加运算方式， 所置数送入加法运算电路进行运算，同理若选择减运算方式，则所置数送入减法 运算电路运算；第四步，前面所得结果通过另外两个七段译码器显示。例如：若选择加法运算方式，则（1001 ） + （0111） = （10000）十进制9+7=16,2 2 2并在七段译码显示器上显示16；若选择减法运算方式，则（1001）-（0111）=（00010）十进制9-7=2，2 2 2 并在七段译码显示器上显示02。三、选择器件1器件种类：序号元器件个、数174LS283D2个274LS86N5个374LS27D1个474LS04N9个574LS08D2个6七段数码显示器4个774LS147D2个8开关19个9LM78121个10电压源220V1个11电容2个12直流电压表1个表3-12重要器件简介：（1）. 4位二进制超前进位加法器74LS283：完成加法运算使用该器件。D.74LS283基本特性：供电电压：4.75V5.25V 输出高电平电流：-0.4mA 输出低电平电流：8mA o2）.引脚图：也U 珂 乜 巧 % E丄 q 胡LJLdLdLdUJLLlLdLdQ 02 A;匕 Ai 引 GND图3-1引出端符号：A1 - A4运算输入端B1 - B4运算输入端C0进位输入端11 -14和输出端C4进位输出端3).逻辑符号:74LS2834).内部原理图:图3-35).功能表:说明：An环 z B?和Cq是用T确定輸出豐 工抽内部进位q值的* 屁 环 心 因和G是用丁确定输出召、巧和q直的:表3-2(2)异或门：74LS861).引脚图：1A151 vcc让213J401Y32JIA4ItHy2BfS10I 3B2Y59J3AGND7a| 3Y图3-42).逻辑符号:逻辑符号;:74LS86图3-53).逻辑图:4).真值表:真值表:ABY000011101表3-3分析：异或：当AB不相同时，结果才会发生。函数式：Y = A B = A - B + A - B(3) .三输入或非门：74LS271) .引脚图：=174LS27图3-83) .逻辑图:4) .真值表:函数式： Y = A + B + C分析逻辑功能：A、B、C中只要出现“1”，则输出为“1”只有A、B、C都为“0” 时，输出才为“0”。(4) .非门：74LS04当输入为高电平时输出等于低电平，而输入为低电平时输出等于高电平。因 此输出与输入的电平之间是反向关系，也叫非门或反向器。lkii II输出级图 3-101）结构TTL反相器由三部分构成：输入级、中间级和输出级。2）原理A为低电平时，T1饱和，VB仟0.9V, VB20.2V, T2和T5截止，T4和D2导通，丫为高电平；A为高电平时，Vb仟2.1V, T1倒置，Vb214V, T2和T5饱和，T4和D2截止，丫为低电平。74LS04为六反相器，输入是A，输出是Y，6个相互独立倒相。供电电压5V， 电压范围在4.755.25V内可以正常工作。门数6,每门输入输出均为TTL电平 （2v咼电平），低电平输出电流-0.4mA，咼电平输出电流8mA。 其逻辑符号、逻辑功能表、内部结构、管脚图分别如下：VUCa ri m ri Ri rn rn图3-11 74LS04的逻辑图AI03-5 L74LS1；04功能:图3-12 74LS04的逻辑符号1A1U141 VCC1Y2136A2A3126Y2Y4115A3A5105Y3Y694AGND184Y图3-13 74LS04的管脚图Y A函数式：小（5）.与门 74LS081).引脚图:2)逻辑符号:召Y SA4A ：jnunuojnuEiJzuzL.74LS08LgugLjgil1A l 2A 2 3A 3Y 9时不能显示，我们在此用 另一片芯片74LS283完成二进制码与8421BCD码的转换，即S9（1001） 时加上6（0110）,产生的进位信号送入译码器U10来显示结果的十位，U11 显示结果的个位（2）加法电路的实现：用两片4位全加器74LS83和门电路设计一位8421BCD码加法器A由于一位8421BCD数A加一位数B有0到18这十九种结果。a）两个8421码相加，其和仍应为8421码，如不是8421码则结果错误。 如：40100+ 3+001110111（0111）是8421BCD码的7,结果正确。81000+ 6+01101411101110）不是8421BCD码，结果错误。81000+ 9+10011710001（10001）不是8421BCD码，结果错课。产生错误的原因是8421BCD码为十进制，逢十进- 逢十六进一，二者进位关系不同，当和数大于9， 时,而四位二进制是8421BCD应产生进位，而十六进制还不可能产生进位。为此，应对结果进行修正。当运 算结果小于等于9时，不需修正或加“0”，但当结果大于9时，应修 正让其产生一个进位，加0110即可。如上述后两种情况：1110+0110 两位8421BCD码，正好是141010010001+0110 两位8421BCD码，正好是1710111故修正电路应含一个判9电路，当和数大于9时对结果加0110,小于等 于9时加0000。除了上述大于9时的情况外，如相加结果产生了进位位，其结果必定大于9,图4-2图4-3B.另一种设计：当大于9的时候要加六转换才能正常显示，所以设计的时候有 如下的真值表：C4S4S3S2S1Y数的大小表4-1由表4-1我们可以算出丫的表达式：(1)由前 16 项有：Y= SS+ SS4 34 2由后10项有：Y= C=1由 有:Y=C4+S4S3+S4S2=C4+S4S3+S4S2得到了如下的加法仿真图(下页图为4-4):分析结果：数 A 为 9,数 B 为 7，(1001 ) +(0111) =(10000) 十进制 9+7=162 2 2并在七段译码显示器上显示16。实用文档3：译码显示电路的实现-个七段LED译码驱动器74HC4511和一个七段LED数码显示器组成。七段LED 译码驱动器74HC4511的功能表如下.在74HC4511中，经前面运算电路运算所得 的结果输入74HC4511的D D D D，再译码输出，最后在七段LED显示器中显示出3 210来.表4-2 :七段LED译码驱动器74HC4511功能表十进 创我功输入输出字形LEBLLT巧巧巧aczfFg0LHHI.1LI.HHHHHHL1L11HI.LLFILElHLLLL2L11HLLHLHHLHHLH3LHHLLHrrHHHHLLH4LHHI.HI.I.LHHLLHHLHHI.HI.HHI.HHLHH6LHHI.HHI.I.HHHHH丁LHHLHHHHHHLLLLSLHHHLLLHHHHHHH9LHHHLLHHHHHLHH表4-3 :七段LED译码驱动器74HC4511功能表续十进输入输出LEBI-LT划巧珥%orrf/Fr10LHHHLHLLLLLLLL建灭HLHHElLH1LLLLLLLi灭11LHHElLLLLLLLLLISLHHHIHLLLLILL熄灭1-1LHHHHHLLLLLLLL15LHHElHHHLLLLLLL想灭试XXLXXXXdHFlHHHH1灭nX1HXXXXLLLLLLLifl存HHXXXX*=01312H10丁一261一丄4.电源部分图4-5译码显示电路图4-6电路图如上，系统输出为5v,可以为电路提供合适电压。五总体设计电路图Nultisim仿真电路图：（注：下面两图分别为4-7,4-8）实用文档实用文档结果分析：（1）加法运算： 选择开关接低电平，S9选择低电平，S10也选择高电平，则编码器74LS147输出 0110,1110,再通过输出端的非门后变为 1001,0001,则（1001） +（0001 ） =（01010）2 2十进制9+仁10，并在七段译码显示器上显示10.（2）减法运算开关接高电平，S9选择低电平，S10也选择高电平，则编码器74LS147输出 0110,1110，再通过输出端的非门后变为1001,0001，则为（1001）-（0001）=2 2 （01000）十进制9-仁8,并在七段译码显示器上显示08.2六、心得体会通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。在做课程设计 同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时学习并不能很 好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程 中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。查 阅了很多有关的资料，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那 些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看 课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识 来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以 这个期末测试之后的课程设计对我的作用是非常大的。在制作EDA时，发现细 心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是元件与线的布局上既要美观又要实 用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话，而且更 重要的是加深了我对EDA技术的进一步深入理解。通过这次课程设计使我懂得 了理论与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 论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，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。12月19日上午，我们进行了硬件实验。由于时间有限，我们只能进行一部分 实验。做实验之前，我先测试芯片74LS283得输入端接开关在数码管上的显示情 况，我将输入端A1A4, B1B4接高低电平控制开关，再与数码显示器相接， 结果输入端A1A4通过开关控制在数码管上可以正常显示一系列数字，而B1 B4端不能正常显示，当B1B4为0000时，数码管显示4,接着，我又重新连了一 次，还是错误。之后，在老师的指导下，问题解决了，原来是B3相接的高低电 平开关坏了。我将B3直接接地，调试B1、B2、B4的开关，可以正常工作了。接着，我按照减法仿真图4-1连接好电路，电路的减法功能得以实现，达到 了预期的效果。在这次硬件实验中，我明白了，第一，“工欲善其事必先利其器” 不要着急做实验，先将各芯片，开关及导线测试一下，能正常再连电路，这些准 备工作不仅不会浪费时间反而会提高做实验的效率。第二，在实验中遇到问题要 善于思考，将问题一个一个攻克。这样，我们才会在实验中不断提高自己解决问 题的能力。实用文档