南邮十翻二运算电路精编文档doc.docx

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南邮十翻二运算电路精编文档doc

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一、内容摘要----------------------------------------------------2

二、技术指标----------------------------------------------------3

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----------------------------------------------------9

五、完整电路及简要说明------------------------------------20

六、安装与调试------------------------------------------------21

1.使用的主要仪器仪表-----------------------------------------------------------212.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---------------------------------24

八、元件清单---------------------------------------------------24

九、心得体会---------------------------------------------------25

十、参考文献---------------------------------------------------25

十一、附录------------------------------------------------------26

十翻二运算电路设计

一、内容摘要

关键字：

十翻二运算、全加器、BCD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。

Transferdatatothecomputerpeople,thecomputershouldfirstturnintothebinary-decimaldothatBCD,computingdeviceswillreceivethebinary-onlyafterdecimaloperation,whichconverttobinarynumberiscalledthe"decimalturnbinary"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。

Thisreportmainlyintroducesdecimalturntobinarycircuitdesign，implementationmethodanddebuggingprocess.Includesystemdesign,programcomparison,thesystemframe,unitmoduleanalysisdesign,completecircuitdiagram,circuitprinciple,operationinstructions,debuggingmethodandskill,failureanalysisandsolvingmethodsandcircuitimprovement,etc

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：

名称

备注

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

三、主要元器件

1、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，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。

3、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。

（1）七段显示译码器的真值表

输入输出

数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYf字形

Yg

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

2

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

3

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

4

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

5

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

6

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

7

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

8

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

9

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

10

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

1

11

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

12

1

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

13

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

1

14

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

15

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

4、74283

四位超前进位并行加法器管脚排列图

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+P1C0

C2=G2+P2G1+P2P1C0

C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0

C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0

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

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。

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，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。

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。

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+C1b3=D03+D10+C2

b4=D11+C3

b5=C4

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：

产生进位C30产生进位C40

b3=（D03+D10+C2）+D12b4=（D11+C30）+D13+C31

产生部分和S30产生部分和S40

产生和b3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

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）

D00

1

*

D01

2

*

D02

4

*

D03

8

*

D10

10

*

*

D11

20

*

*

D12

40

*

*

D13

80

*

*

D20

100

*

*

*

D21

200

*

*

*

D22

400

*

*

*

D23

800

*

*

*

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）

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A201

b2=D02（A201）+D11（B201）+D20（B210）

S01（A302）+进位A302

*S11+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（B302）+D12（B311）+D21（B220）

S02（A311）+进位A403

S11（A412）+进位A412

*S20+进位A421

b4=D11（A403）+D13（B403）+D22（B412）

S03（A412）+进位A513

B421（接地）

S12（A421）+进位A513

*S21+进位A522

b5=D12（B513）+D20（B522）+D23（B530）

A513

S13（A522）+进位A623

S22（A530）+进位A623

*S30+进位A631

b6=D13（B623）+D20（B631）+D21（B640）

A623

S23（A631）+进位A732

S31（A640）+进位A732

*S31+进位A741

b7=D21（B732）+D22（B741）

A732

S32（A741）+进位A833

*S41+进位A842

b8=D22（A833）+D23（B833）

S33（A842）+进位A943

B421（接地）

*S42+进位A943

b9=D23（B943）

A943

*S43

五、完整电路及简要说明

1.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。

六、安装与调试

（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：

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

输入值（十进制）

628

511

513

输出值（二进制）

1010101010

0111111111

1000000001

（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，不能以输入的信号控制数码管，连接后问题解决。

故障二：

二极管显示不正确。

原因没有合理考虑进位问题。

原先是用四块74283实现的，考虑进位后，采用了五块74283解决了该问题。

（五）正确执行结果：

七、电路特点及方案优缺点

此电路设计模块功能清晰，易于分模块调试，且接法相对简单，但由于既要供电于数码管，又要供电给十翻二电路，译码器电流不足，会导致数码管只显示偶数，不显示奇数。

可以在拨码开关和4511之间加门电路增加译码器的驱动能力解决该问题。

八、元件清单

器件型号

数量

4511

3

74283

5

共阴极数码管

3

拨码开关

2

发光二极管

10

100Ω电阻

4

74174

2

1K排阻

2

九、心得体会

通过此次课程设计学习了相关的电子电路知识。

掌握综合性和系统性电子电路的设计原则和方法。

进一步掌握了74系列多种芯片的使用方法，了解了设计数字电路的过程，学会分模块调试数字电路，以及一些电路检测方法，对使用面包板进行设计更加了解，增加了设计经验，对布线方法有了进一步的了解。

如在面包板上最好将不同功能的线路用颜色加以区别，地线与电源线不要靠得过近以照成干扰，布线一定要事先考虑好，可减少布线时不必要的麻烦等。

十、参考文献

张豫滇《电子电路课程设计》南京：

河海大学出版社，2008

韩广兴《新编电子电路实用手册》电子工业出版社，2010