1 數(shù)字電路加法運算電路設(shè)計方案 1 設(shè)計任務(wù)描述 計題目：加法運算電路 計要求 計目的 (1) 掌握 1位十進制加法運算電路的構(gòu)成，原理和設(shè)計原理； (2) 熟悉集成電路的使用方法。 本要求 (1) 設(shè)計鍵盤以及編碼電路； (2) 設(shè)計加數(shù)寄存器 單元； (3) 實現(xiàn) 4 (3) 用數(shù)碼管以十進制形式顯示最后運算結(jié)果。 揮部分 (1) 拓展十進制減法； (2) (3)其他。 簡單計算器 - - 2 2 設(shè)計思路 根據(jù)此次課程設(shè)計的要求，我設(shè)計的簡單計算器包括兩大部分：加法計算部分，減法計算部分。其中加法計算部分由五個部分組成，鍵盤及編碼電路、加數(shù)寄存器 A 和被加數(shù)寄存器 B、加法運算電路、 4整 和譯碼顯示器。減法計算部分和加法計算部分共用同一個鍵盤，其他部分由反相器，求補邏輯電路以及相應(yīng)的譯碼顯示器組成。其中有幾個難點：如何實現(xiàn) 2 位十進制和怎樣利用寄存器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊臃ㄆ髦小?因為經(jīng)鍵盤及編碼器輸出的是 2 進制數(shù)，那么寄存器接受并輸出的數(shù)據(jù)也是 2 進 制數(shù)，所以加法器輸出的數(shù)據(jù)應(yīng)是 8421，使顯示裝置最終顯示十進制數(shù)。因為 1 位十進制數(shù)的 8421與二進制數(shù)表現(xiàn)形式相同，但 2 位十進制數(shù)的 8421與二進制數(shù)不同，所以我設(shè)計的加法運算裝置是由兩個 74片來實現(xiàn) 2 位十進制數(shù)的輸出。原理是讓第二個芯片的一個輸入端接第一個芯片的輸出端，另一個輸入端進行對第一個芯片的運算結(jié)果進行判斷，大于等于 10 時輸入 6 即 2 進制數(shù)的 0110，反之輸入 0。輸出結(jié)果即為 2 位十進制數(shù)的 8421。 寄存器的設(shè)計是由一個 74片和兩個 74片組成的，其中兩個74片并聯(lián)后與 74片串聯(lián)。 74片的脈沖由鍵盤的數(shù)字鍵提供，使得按下數(shù)字鍵后該寄存器就存儲輸入的數(shù)字，并通過譯碼顯示器顯示。兩個 74片的脈沖分別由鍵盤的 +號和 =號提供，分別存儲加數(shù)與被加數(shù)并輸入到第一個 74片中運算。最后通過譯碼顯示器顯示運算結(jié)果。 當(dāng)對應(yīng)數(shù)字的開關(guān)被按下后，譯碼器顯示數(shù)字同時將數(shù)字存到寄存器中。然后經(jīng)過加法運算，對運算結(jié)果進行 整，最后顯示運算結(jié)果。 1 鍵盤及編碼電路：用開關(guān)及電阻組成鍵盤部分， 用 10 先編碼器 74147及四個非門組成編碼電路，實現(xiàn)將 0化成二進制數(shù)。 2 加數(shù)寄存器 A 和被加數(shù)寄存器B：由 4 位并行寄存器 74現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲，用 2 個 4 雙向模擬開關(guān) 4066、開關(guān)及非門判斷是將二進制數(shù)存儲到加數(shù)寄存器 A 還是被加數(shù)寄存器 B。 3 加法運算電路：用集成 4 位超前進位加法器 74加數(shù)和被加數(shù)進行運算。 4 4進制碼加法的 4 位數(shù)值比較器 74和進行比較、控制加法器是加 0 還是加 6 從而達到調(diào)整的目的。 5 譯碼顯示器：將 8421通過譯碼 顯示器轉(zhuǎn)化成十進制數(shù)并顯示出來。 3 3 設(shè)計方案 數(shù)字 鍵盤 門控 寄存器 寄存器 加法器 顯示譯碼器 簡單計算器 - - 4 4 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算 盤部分電路的設(shè)計 圖 本電路中的數(shù)字鍵盤與開關(guān)控制鍵盤的設(shè)計是利用一個 5 伏電壓產(chǎn)生高電平端，另一端與地相接，當(dāng)開關(guān)即數(shù)字鍵盤 0到 9被按下接通時，有低電平輸入信號產(chǎn)生，另一方面由控制開關(guān) 數(shù)和被加數(shù)）進不同的寄存器 。由編碼器進行編碼，進行接下來的程序。 碼電路 的設(shè)計 5 圖 4 7 k k k k k k k k k U 4 A 4 B A 4 B A 4 B A 4 B 寄存器 74鍵盤連接電路圖 上圖為 74低電平有效的器件， 當(dāng)在鍵盤上按下相應(yīng)的按鍵時便會有相應(yīng)的電信號輸入到編碼器中，編碼器接收的電信號就會把其經(jīng)過編碼后輸出 8421由 9個輸入端和 4個輸出端構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸，可以對 1 到 9 的數(shù)字進行編碼。 存器部分電路 簡單計算器 - - 6 存器 74電路設(shè)計及工作原理 圖 寄存器 74鍵盤連接電路圖 在以上例圖中，我們可以看到， 74個輸入端、 8個輸出端、 里我們用到了 4個輸入端、四個輸出端及 中 與鍵盤的數(shù)字鍵 相連接，輸入端與編碼器相連接。當(dāng)按下鍵盤的數(shù)字鍵時編碼器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊拇嫫髦?，同時數(shù)字鍵接通與斷開的信號相當(dāng)于一個脈沖使寄存器可以輸出數(shù)據(jù)，即按哪個數(shù)字鍵寄存器就會同時輸出那個數(shù)字的 2進制數(shù) 存器 74路設(shè)計及工作原理 在運算過程中，當(dāng)我們通過鍵盤，用 74加數(shù)輸出后，按下鍵盤的加號鍵（即開關(guān) 此時加數(shù)寄存器有了一個脈沖信號；把加數(shù)輸出，使其進入加法器中；在 74下等號鍵（即開關(guān) ,此時被加數(shù)寄存器得到一個脈沖信號把被加數(shù)輸出 到加法器中。 該電路圖是兩個開關(guān)控制元件 4066一個非門及兩個寄存器組成的。由于 4雙向模擬開關(guān) 4066作電壓在 5伏以下，它由高電平控制，當(dāng)按下加號時便會產(chǎn)生低電平，在經(jīng)過非門控制便可以實現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)的分別儲存。它有 4個開關(guān)來控制 4個通道的傳輸與截止。經(jīng)過開關(guān)的選擇處理最后把數(shù)據(jù)傳給儲存器。 寄存器 74現(xiàn)加數(shù)與被加數(shù)的輸出。其構(gòu)造如圖 示 7 圖 寄存器 74路圖 法器 74電路設(shè)計連接與 的轉(zhuǎn)換 法器的工作原理 加法運算電路是加法運算電路的中心部分，它的線路圖如下 V C 67 4 L S 3 7 4 07 4 L S 1 9 4 L S 1 9 4 e y = A R 1 01 21e y = A 19182021222324V C - - 8 U 1 87 4 S 2 8 3 2 A 3 B 7 A 3 B 0 A 0 A 3 A 4 B 37 4 S 2 8 3 72631340圖 4法電路 加法運算電路的原理是將加數(shù) 進行加法運算進行求和， 過比較器將結(jié)果與九進行比較。當(dāng)結(jié)果小于或等于九的時候，我們不需要對其進行進行 整。此時可將二進制數(shù)進行加“ 0” 。如果結(jié)果大于九的時候，我們就需要對結(jié)果進行 整，通過把二進制數(shù)進行加“ 6”來實現(xiàn)。最后將調(diào)整過的結(jié)果用譯碼顯示 器顯示輸出。 此工作原理可具體為：加數(shù)與被加數(shù)經(jīng)過 74出后進入首個加法器 74時另一個加法器需要判斷得數(shù)是否大于等于 10，所以需要在兩個加法器中間建立一個門電路來判斷得數(shù)。如果得數(shù)大于等于 10，經(jīng)過門電路判斷需要在另一個加法器輸入 6 即 0110，經(jīng)過它的計算得出的數(shù)字即為本次運算的最終結(jié)果；如果小于10 則不需要加 6 直接輸出即可。 的轉(zhuǎn)換 9 C 0 d c b a L 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 加法電路真值表 由該真值表經(jīng)卡 諾 圖可以得出 ： L=B。 由此我門可以對其進行 8421的轉(zhuǎn)換，如 10 的二進制碼為 1010 加六可得 00010000。我們可以看 得 出當(dāng)?shù)脭?shù)大于等于十時我們可以對它加六來實現(xiàn)它的轉(zhuǎn)換 。 碼顯示電路 碼顯示電路的連接 首先，我們要了解顯示譯碼器的作用。我們應(yīng)用的是， 示譯碼器， 421 譯碼顯示電路的連接如圖 簡單計算器 - - 10 I/I/ 0A B C D E F 1A B C D E F 81 8 0 R K 727 28 29 30 31 32 3334 35 36 3738 39 40R 2 11 8 0 R K 757 93 94 95 96 97 98991001011021031041050圖 碼器與顯示器的連接電路 碼顯示電路的工作原 理 譯碼就是把給定的代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的狀態(tài)，用于驅(qū)動 要在它的輸入端輸入 8421 碼，七段數(shù)碼管就能顯示十進制數(shù)字。選用的譯碼器為 7448N，輸出高電平有效，接共陰極七段顯示器。 當(dāng)數(shù)據(jù)經(jīng)加法器運算得出結(jié)果后，如果得數(shù)小于 10 則只在一個顯示器里顯示結(jié)果，另一個沒有輸出；如果得數(shù)大于等于 10則在兩個顯示器里顯示左后結(jié)果。 11 5 工作過程分析 法工作過程 在簡單計算器運算加法過程中，如前第四部分工作原理所闡述的一樣。首先，在鍵盤 上按一個想要的數(shù)字，通過電阻電源的組合，將其轉(zhuǎn)化為脈沖，輸入到編碼器中，將其轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)字。然后，在加號，及開關(guān)的作用下，將被加數(shù)寄存在一個寄存器中。 輸入加數(shù)，同樣也寄存在另一個寄存器中。兩個數(shù)通過加法器運算，得出的數(shù)通過譯碼顯示器顯示出來。 當(dāng)加法運算的結(jié)果經(jīng)過數(shù)值比較器與二進制數(shù)“ 9”進行比較。當(dāng)結(jié)果小于或等于九的時候，我們不需要對其進行進行 結(jié)果大于九的時候，我們就需要對結(jié)果進行 過把二進制數(shù)進行加六來達到。最后將調(diào)整過的結(jié)果用譯碼顯示器顯示輸出。 工作中運行出的結(jié)果如下： 例如： 4+7=11； 圖 入被加數(shù) 4 簡單計算器 - - 12 圖 入加數(shù) 7 圖 出結(jié)果 11 13 法工作過程 減法與加法在鍵入運算對象和寄存方式上類似，沒有大體區(qū)別，只是在 開關(guān)處并接開關(guān) 其在寄存被減數(shù)和減數(shù)時起作用。 減法器主要有求補邏輯電路和相應(yīng)的譯碼顯示器構(gòu)成。其構(gòu)造如下圖所示： 圖 入加數(shù) 7 簡單計算器 - - 14 其工作過程如下： 例如： 8 圖 入被減 數(shù) 8 圖 入減數(shù) 5 15 圖 出結(jié)果 3 簡單計算器 - - 16 6 元器件清單 序號 元件名稱 規(guī)格及用途 數(shù)量 1 編碼器 74 片 2 寄存器 A 74 1 片 3 寄存器 B 74 片 4 加法器 74 片 5 減法邏輯電路 74 片 5 顯示器 片 6 譯碼器 7448N 2 片 7 非 門 74 片 8 三輸入與非門 74 片 9 二輸入異或門 7486N 2 片 10 電 阻 1 k 12 個 11 九線開關(guān) 個 12 一線開關(guān) 個 13 電 源 5V 2 個 17 7 主要元器件介紹 0 先編碼器 74147 腳圖 B 7C 6D 143134152212111857463910圖 4腳圖 能表 簡單計算器 - - 18 能介紹 74147 為 10 先編碼器，其功能是，把輸入端代表“ 0” “ 9”的這 10 個數(shù)字編碼成 。 74147 的編碼輸入有效電平為低電平，編碼輸出為 碼。由于它有優(yōu)先編碼功能，只要輸入端有“ 0”輸入（如果有多個輸入端為“ 0”則以編號最大的輸入端為準(zhǔn)），輸出端就輸出與之對應(yīng)的 的反碼。例如“ 3”“ 4”同時輸入“ 0”，則按“ 4”進行編碼，內(nèi)部編碼成 0100，輸出則為 反碼 1011。 存器 74 引腳圖 U 1 67 4 L S 3 7 4 2Q 53Q 64Q 95Q 126Q 157Q 168Q 19圖 4腳圖 能表 工作模式 輸 入 內(nèi)部觸發(fā)器 輸 出 D 存入和讀出數(shù)據(jù) L L L H L H 相應(yīng)內(nèi)部觸 發(fā)器的狀態(tài) 存入數(shù)據(jù) 禁止 輸出 H L H H L H 高 阻 高 阻 19 能介紹 當(dāng) 高電平時不管內(nèi)部觸發(fā)器為何值輸出都為高阻狀態(tài)即不輸出。當(dāng) 低電平時，只有遇到脈沖的上升沿時才會輸出，此時輸出的數(shù)據(jù)為內(nèi)部觸發(fā)器的相應(yīng)狀態(tài)；沒有脈沖時只暫存前一狀態(tài)的數(shù)據(jù) 。 存器 74 引腳圖 U 1 07 4 L S 1 9 4 54324 腳圖 能表 表 4194 功能表 輸入 輸出 1 R C B A d d d d d d d d d 0 0 0 0 0 0 d d d d d d d d 0 上 1 1 d d 3 上 0 1 1 d d d d d 0 上 0 1 0 d d d d d 0 上 1 0 d 1 d d d d 0 上 1 0 d 0 d d d d 0 d 0 0 d d d d d d 簡單計算器 - - 20 能介紹 有 4 個輸入端 4 個輸出端，當(dāng) 高電平時，為并行寄存器。此時 則只能暫存數(shù)據(jù)。 法器 74 引腳圖 U 1 87 4 S 2 8 3 034引腳圖 21 能表 C 0 d c b a L 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 能介紹 它是常用的二進制加法 器，有兩組輸入端，分別為： 1 1； 2 2 ，然后分別對相應(yīng)的二進制相加，在設(shè)計中，我們巧妙的運用了加六的運算來實現(xiàn)向 8421 10 的二進制碼為 1010 加六可得 00010000。我們可以看出當(dāng)?shù)脭?shù)大于等于十時我們可以對它加六來實現(xiàn)它的轉(zhuǎn)換，因此我們再一次引入 74284加法器并在它的 2、 3腳上加入我們推得的信號來實現(xiàn)。 簡單計算器 - - 22 小 結(jié) 通過為期一周的課程設(shè)計的鍛煉，我深刻體會到自己知識的匱乏，也深深的感覺到自己對所學(xué)知識了解得是多么膚淺。曾經(jīng)在課堂上所學(xué)的 東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的，根本不能夠解決在現(xiàn)實中所存在的需要我們在未來解決的很多問題。因此，在 學(xué)習(xí)過程中，我們應(yīng)注意理論知識與實際應(yīng)用之間的相互聯(lián)系。 在今后的學(xué)習(xí)中，我要吸取在這次課設(shè)中得到的經(jīng)驗教訓(xùn)，要以學(xué)習(xí)理論知識為基礎(chǔ)，盡量多接觸實際應(yīng)用知識。在動手操作能力的培養(yǎng)上，我們更要加以重視，加強鍛煉。我將多參加實踐活動，以鍛煉自己的動手能力以及實踐理論知識的能力，做一名合格的自控類專業(yè)學(xué)生。 設(shè)計一個完整的電路，不僅要以過硬的知識功底為前提，還要具有靈學(xué)活用，舉一反三的能力。一個電路設(shè) 計，要有完整的設(shè)計思路，要滿足課題的各項要求，還要通過報告把原理及流程表達的清清楚楚。從設(shè)計的第一天起，我就遇到了很多麻煩。 所以在著手之前我便仔細閱讀并研究了教材中所有有關(guān)課設(shè)部分的章節(jié)，之后，又利用圖書館的資源和網(wǎng)上資源，對課設(shè)電路做了具體的了解和分析。有關(guān)計算部分我也參考了很多的資料，但有的元件的參數(shù)還是不明白為何設(shè)成這樣，只好參考經(jīng)典值。 通過老師和同學(xué)們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題 的全面性。 簡單計算器運算電路 是數(shù)字電子技術(shù)的一種綜合應(yīng)用 ， 是 采用數(shù)字電路實現(xiàn) 十進制數(shù)的加 減法運算的 裝置 ,整個 加法運算電路是由五個部分組成，可以詳細分為，鍵盤及編碼電路、加數(shù)寄存器 A 和被加數(shù)寄存器 B、加法運算電路、 4譯碼顯示器 。 加法運算電路最典型的應(yīng)用就是計算器，它為我們的生活帶來了更多的便利。 通過 本次 設(shè)計，了解了 加法運算電路的 基本原理，同時也很好的掌握了 編碼器 、 寄存器 、 加法器、開關(guān)、 顯示譯碼器等數(shù)字系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。在設(shè)計的過程中，融入了自己的創(chuàng)新想法，增加了設(shè)計的 興 趣。 在這充實的一周中，我們也深深地感受到各組員之間彼此團結(jié)互助的精神，每個人都為了自己 的小組一點點努力著，盡管避免不了失敗和摩擦，但我們?nèi)匀换ハ啻驓?，為了設(shè)計成果獻上各自的一份力量。 通過這次對 加法運算電路 的設(shè)計與制作，我了解了一些設(shè)計電路的步驟，同時也了解了關(guān)于 加法運算電路 的設(shè)計原理與設(shè)計思想， 更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。 雖然設(shè)計時間很緊迫，但 在設(shè)計的過程中 我們 還是學(xué)到不少東西的，由于有些芯片我們 根本 沒有學(xué)過，我們在查找這些資料的過程中就學(xué)到 了很多東西，有些芯片本來我們不懂的，但是經(jīng)過查資料 我們還是對那 些不懂的芯片有了一定的了解。 能有這樣的一次學(xué) 習(xí)機會，我感到十分的幸運，看到了自己一周以來的成果，我也感到十分欣慰，在未來的學(xué)習(xí)生活中，我會吸取這次學(xué)習(xí)經(jīng)驗，爭取取得更出色的成績！ 23 致 謝 暑假之后，我們又開始了為期一周的實訓(xùn)，短短一周，有太多汗水，太多耕耘，也有太多欣慰，太多感動，我們每個人都在為自己的任務(wù)盡著自己最大的努力，也在絲毫不保留的贈與給彼此最貼心的幫助和溫暖。 首先還是要感謝我們的數(shù)電課講師 黃