简易加减计算器设计数电.docx
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简易加减计算器设计数电
电子技术课程设计
电气与信息工程学院建筑电气与智能化专业
题目：
简易加减计算器设计
姓名：
徐雪娇
学号：
094412110
指导教师：
祁林
简易加减计算器设计
一、设计目的
1、在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验.
2、在教师指导下独立查阅资料、设计、特定功能的电子电路。
3、培养利用数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力.
4、积累电子制作经验，巩固基础、培养技能、追求创新、走向实用。
5、培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、设计要求
1、用于两位一下十进制的加减运算。
2、以合适方式显示输入数据及计算结果。
三、总体设计
第一步置入两个四位二进制数。
例如（1001）2,（0011）2和（0101）2，（1000）2，同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数9，3和5，8。
第二步通过开关选择加（减）运算方式；
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。
即：
方案一
通过开关J1-J8接不同的高低电平来控制输入端所置的两个一位十进制数，译码显示器U10和U13分别显示所置入的两个数。
数A直接置入四位超前进位加法器74LS283的A4-A1端，74LS283的B4-B1端接四个2输入异或门。
四个2输入异或门的一输入端同时接到开关S1上，另一输入端分别接开关J5-J8，通过开关J5-J8控制数B的输入。
当开关S1接低电平时，B与0异或的结果为B，通过加法器74LS283完成两个数A和B的相加。
当开关J1接高电平时，B与1异或的结果为B非，置入的数B在74LS283的输入端为B的反码，且74LS283的进位信号C0为1，其完成S=A+B（反码）+1，实际上其计算的结果为S=A-B完成减法运算。
由于译码显示器只能显示0-9，所以当A+B>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S>9（1001）2时加上6（0110）2，产生的进位信号送入译码器U12来显示结果的十位，U11显示结果的个位。
由于减法运算时两个一位十进制数相减不会大于10，所以不会出现上述情况，用一片芯片U11即可显示结果。
方案二
由两异或门两与门和一或门组成全加器，可实现一位二进制加逻辑运算，四位二进制数并行相加的逻辑运算可采用四个全加器串行进位的方式来实现，将低位的进位输出信号接到高位的进位输入端，四个全加器依次串行连接，并将最低位的进位输入端接逻辑“0”，就组成了一个可实现四位二进制数并行相加的逻辑电路。
通过在全加器电路中再接入两个反相器可组成一个全减器，实现一位二进制减逻辑运算，将来自低位的错位信号端接到向高位借位的信号端，依次连接四个全减器，构成可实现四位二进制数并行进行逻辑减运算的电路。
在两组电路置数端接开关控制置数输入加法还是减法运算电路，电路输出端接LED灯显示输出结果，输出为五位二进制数。
通过对两种方案的比较，为实现设计要求，首先在不计入数码管所需芯片的
情况下，方案二一共需要十二个芯片，电路的连接相当复杂，产生接线错误和导线接触不良的几率大大增加，而且耗费较高；而方案一一共需要七或九个芯片，且其中几个芯片只用到一两个门，相对接线较简单，容易实现。
其次，方案二采用串行进位和借位的方式来实现四位逻辑加减运算，任意一位的逻辑运算必须在前一位的运算完成之后才能进行，相较而言运算速度不高；而方案一采用的是超前进位的方式来实现四位逻辑运算的，每位的进位只有加数和被加数决定，而与低位的进位无关，它的运算速度较方案二高出很多。
综上所述，方案一较方案二更加优秀，不仅电路简单而且运算速度更快，经综合小组各设计方案，被选为小组共同方案。
四、各部分电路设计
1、加法电路的实现
用两片4位全加器74LS283和门电路设计一位8421BCD码加法器。
由于一位8421BCD数A加一位数B有0到18这十九种结果。
而且由于显示的关系,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：
C4
S3
S2
S1
S0
Y
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
2
0
0
0
1
1
0
3
0
0
1
0
0
0
4
0
0
1
0
1
0
5
0
0
1
1
0
0
6
0
0
1
1
1
0
7
0
1
0
0
0
0
8
0
1
0
0
1
0
9
0
1
0
1
0
1
10
需要装换
0
1
0
1
1
1
11
0
1
1
0
0
1
12
0
1
1
0
1
1
13
0
1
1
1
0
1
14
0
1
1
1
1
1
15
1
0
0
0
0
0
16
1
0
0
0
1
0
17
1
0
0
1
0
0
18
由前16项得：
由后10项得：
Y=C4=1
由以上两式得
加法电路
图4.1加法实现电路
2、减法电路的实现
图4.2减法实现电路
3、译码显示电路
译码显示电路是由一个七段LED译码驱动器74HC4511和一个七段LED数码显示器组成。
在74HC4511中，经前面运算电路运算所得的结果输入74HC4511的D3D2D1D0，再译码输出，最后在七段LED显示器中显示出来．
图4.3译码显示电路
4、电路图的仿真及检测
通过学习Multisim软件和对前面加减法运算电路的研究，总结出一套简单方便又可达到要求的方案，并设计出以下电路图：
五、整体电路图与仿真
六、设计总结
这次实习我感觉是我收获最大的一次，首先因为它较上几次实习，有一定的难度，我们第一次接触这种课程设计，刚开始觉得无从下手，还要花时间学multisim软件，这么短的时间，确实有点担心，怕到时候完不成任务。
可是完成后，我才发现，一件看似很难的事，当你完成的时候，会感到无比的自豪，我从图书馆借来了一本multisimy原理图仿真书，试着学习这个软件，当我觉得差不多的时候开始设计电路，在这个过程中，我不断地翻阅资料和上网查一些信息，还积极请教老师和同学，结果效果图初步完成了。
当进行仿真的时候，出现了各种问题，我们不断地对照线路的连接，结果检查出了问题，是一个开关连错了。
当排除了这个问题后，我们的成果终于完成了。
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
尤其学习软件Multisim，除了可以提高仿真能力、综合能力和设计能力外，还可进一步提高实践能力。
初步掌握一种电子电路计算机辅助分析和设计软件对学习模拟电子技术基础课很有必要。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
它提高了我应对挫折和解决问题的能力，增强了我的团队合作意识和与他人的交流能力。
同时我也深深体会到对专业知识一定要熟练掌握，没有理论的实践，难于上青天，感谢老师把知识传授与我，同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
七、参考文献
[1]秦曾煌，姜三勇.电子技术（第七版）.高等教育出版社，2009.
[2]聂典.Multisim10原理图仿真与PowerPCB5.0.1印制电路板设计.电子工业出版社,2008.
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