4位二進制加法器-電子與電工技術課程設計

1、<p><b>　　長安大學</b></p><p>　　電工與電子技術課程設計</p><p>　　題 目：4位二進制加法器</p><p>　　學 院：汽車學院</p><p>　　專 業(yè)：汽車運用工程</p><p><b>　　班 級：</

2、b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　學 號：</b></p><p><b>　　指導老師：李三財</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　

3、課題名稱與技術要求···························</p><p>　　摘要····

4、····································

5、3;</p><p>　　總體設計方案論證及選擇·······················</p><p>　　1、方案論證與選擇··&#

6、183;··························· </p><p>　　2、加法器的選取···

7、;·····························</p><p>　　3、譯碼器的選取··&#

8、183;·····························</p><p>　　4、數(shù)碼管的選取··

9、;······························</p><p>　　設計方案的原理框圖、總體電路原理

10、圖及說明·····</p><p>　　1、原理框圖··························&

11、#183;·········</p><p>　　2、總體電路原理圖·····················

12、83;········</p><p>　　3、說明·······················

13、3;················</p><p>　　單元電路設計、主要元器件選擇及電路參數(shù)計算···</p><p>　　1、單元電路設計·····

14、;···························</p><p>　　2、主要元器件選擇····&

15、#183;·························</p><p>　　收獲與體會及存在的問題·····&

16、#183;·················</p><p>　　參考文獻··············&#

17、183;······················</p><p>　　附件··········

18、;·······························</p><p><b>　　課

19、題名稱及技術要求</b></p><p>　　1、課題名稱：四位二進制加法器</p><p><b>　　2、技術要求：</b></p><p>　　a、四位二進制加數(shù)與被加數(shù)輸入</p><p><b>　　b、二位數(shù)碼管顯示</b></p><p><b

20、>　　摘要</b></p><p>　　本加法器要實現(xiàn)能夠輸入加數(shù)和被加數(shù)，并且還能夠?qū)⒆罱K結果用二位數(shù)碼管顯示出來的功能。由于輸入的加數(shù)和被加數(shù)是四位二進制數(shù)，所以我們通過控制8個開關A3、A2、A1、A0和B3、B2、B1、B0的“閉合”與“斷開”來實現(xiàn)輸入“1”和“0”，將8個開關所輸入的信號輸入到“超前進位集成4位二進制加法器74LS283”，然后將加法器的5個輸出端接到譯碼器Ⅰ，這個譯

21、碼器加法器所得的和數(shù)譯碼成十進制的十位數(shù)和個位數(shù)，并將兩個數(shù)位上的數(shù)分別以4為二進制碼X3、X2、X1、X0和Y3、Y2、Y1、Y0輸出，最后分別將十位、個位的二進制碼輸入到兩個“74LS247型七段譯碼器”，譯碼器與BS204數(shù)碼管相連，數(shù)碼管便將兩個加數(shù)的和以二位十進制數(shù)顯示在數(shù)碼管上了。</p><p>　　總體設計方案論證及選擇</p><p><b>　　方案論證與選擇

22、</b></p><p>　　方案一：加數(shù)與被加數(shù)的輸入，通過鍵盤直接輸入兩個二位十進制數(shù)，然后通過譯碼器將它們翻譯成兩個四位二進制數(shù)，然后通過并行加法器進行加法運算，將所得和通過譯碼器翻譯后，再將翻譯結果輸入到七段數(shù)碼管，最終將計算結果以二位十進制數(shù)形式顯示在七段數(shù)碼管上。</p><p>　　方案二：加數(shù)與被加數(shù)的輸入，通過八個開關的“閉合”與“斷開”分別表示“0”和“1”

23、，來輸入兩個四位二進制數(shù)，然后通過并行加法器進行加法運算，將所得的和，通過五個發(fā)光二級管的“亮”與“滅”分別表示“1”“0”，表示成一個五位二進制數(shù)。</p><p>　　方案三：加數(shù)與被加數(shù)的輸入，通過八個開關的“閉合”與“斷開”分別表示“0”和“1”，來輸入兩個四位二進制數(shù)，然后經(jīng)過并行加法器進行加法運算，然后通過譯碼器翻譯后，再講翻譯結果輸入到七段數(shù)碼管，最終將計算結果以二位十進制數(shù)形式顯示在七段數(shù)碼管上。

24、</p><p><b>　　方案比較：</b></p><p>　　方案一，看起來很“高大上”，但是第一步的鍵盤輸入及譯碼功能電路很復雜，難以實現(xiàn)。因此舍棄此方案</p><p>　　方案二，第一眼看上去，感覺方案很古老，輸入用8個開關，而輸出用5個燈表示，雖然簡單，但是不符合課題中“二位數(shù)碼管顯示</p><p>　

25、　”這一技術要求。因此舍棄此方案。</p><p>　　方案三，輸入方式很土，但是操作很簡單，同時也能達到用二位數(shù)碼管顯示的要求。因此，選擇此方案最恰當。</p><p><b>　　加法器的論證與選擇</b></p><p><b>　　串行加法器</b></p><p>　　可用課本P267例2

26、0.7.1所給的電路設計，用四個1位全加器組成一個能夠?qū)崿F(xiàn)兩個4位二進制數(shù)的運算的加法器，這樣串行進位全加器，任意1位的運算都必須等到低位加法完成送來進位是才能進行，缺點是運算速度很慢，優(yōu)點是電路比較簡單。</p><p><b>　　并行加法器</b></p><p>　　可直接用集成元件超前進位集成4位二進制加法器74LS283，這種全加器，工作時，各位同時進行運

27、算，進位數(shù)直接根據(jù)各位的加數(shù)確定了，不需要等到低位運算結束就可得到進位數(shù)，缺點是電路設計比較復雜，優(yōu)點是運算速度更快。</p><p>　　選擇：由于并行加法器已經(jīng)有現(xiàn)成的集成元件，為了電路設計簡單，也考慮到常用的元件，我們選擇超前進位集成4位二進制加法器74LS283。</p><p>　　譯碼器Ⅱ的論證與選擇</p><p>　　譯碼是編碼的逆過程，將輸入的每個

28、二進制代碼賦予含義“翻譯”出來，給出相應的輸出信號。這里要用到顯示譯碼器，顯示譯碼器分為七段譯碼器和八段譯碼器，此處不需要顯示小數(shù)，所以最終選擇七段譯碼器。</p><p>　　七段顯示譯碼器的功能是把“8421”碼二-十進制代碼譯成對應數(shù)碼管的七段信號，驅(qū)動數(shù)碼管，顯示出相應的十進制數(shù)碼。常見且常用的用的有74LS247型譯碼器和74LSS248型譯碼器，74LS247輸出低電平有效，74LS248輸出高電平有

29、效。兩種都可以用，我們所熟悉的是課本所講的74LS247，所以，最終選擇74LS247型譯碼管。</p><p><b>　　數(shù)碼管論證與選擇</b></p><p>　　數(shù)碼管的作用，就是將譯碼器“翻譯”過來的信號，通過七段發(fā)光二級管顯示出來，由于數(shù)碼管要與譯碼器配合使用，前邊用的是74LS247型譯碼器，應采用共陽極數(shù)碼管，所以最終選擇共陽極BS204型半導體數(shù)碼

30、管。</p><p>　　設計方案的原理框圖、總體電路原理圖及說明</p><p><b>　　1、原理框圖</b></p><p><b>　　2、總體電路原理圖</b></p><p>　　說明：圖中譯碼器與數(shù)碼管間的電阻均為510歐姆</p><p>　　單元電路設計、

31、主要元器件選擇及電路參數(shù)計算</p><p>　　加數(shù)與被加數(shù)輸入（邏輯開關）設計</p><p>　　通過改變8個開關的不同狀態(tài)來達到數(shù)據(jù)輸入的功能，每4個一組，分別用以輸入加數(shù)和被加數(shù)，如下圖所示，開關“斷開”表示“1”，開關“閉合”表示“0”。</p><p><b>　　加法器設計</b></p><p>　　超

32、前進位集成4位加法器74LS283的邏輯圖</p><p>　　超前進位集成4位加法器74LS283的管腳圖</p><p><b>　　譯碼器Ⅰ設計</b></p><p><b>　　邏輯狀態(tài)表</b></p><p>　　根據(jù)邏輯狀態(tài)表我們可得到邏輯式如下：</p><p&

33、gt;<b>　　Y3=0</b></p><p><b>　　Y2=0</b></p><p>　　Y1=C1S3 + C1 S1+C1S2 +C1S3S2S1 </p><p>　　Y0=C1 + S3S1+ S3S2 +C1S3S2S1 </p><p>　　X3=C1S3 +C1 S1+

34、C1S3S2 </p><p>　　X2= S2+C1S3 </p><p>　　X1= S1+ S1 +C1 S1+ S3S2 </p><p>　　X0=C1 S0 + +C1S3 +C1S3S1S0</p><p>　　根據(jù)邏輯式，可以設計出譯碼器Ⅰ的電路圖如下圖所示：</p><p><b>　

35、　譯</b></p><p><b>　　碼</b></p><p><b>　　器</b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　路<

36、;/b></p><p><b>　　圖</b></p><p><b>　　譯碼器Ⅱ的選擇</b></p><p>　　譯碼器我們選擇的是集成的74LS247譯碼器，這是一個七段顯示譯碼器，其主要功能是把“8421”碼譯成對應于數(shù)碼管的7個字段信號，驅(qū)動數(shù)碼管，顯示出相應的十進制數(shù)碼。C3、C2、C1、C0是“84

37、21”碼的4位輸人信號，a,b,c,d,e,f,g是七段譯碼輸出信號，LT，RBI，BI為控制端。燈測試輸人端LT：當LT=0，BI＝1時，無論C3~C0為何種狀態(tài)，a,b,c,d,e,f,g的狀態(tài)均為0，數(shù)碼管七段全亮，顯示“8”字形，用以檢查七段顯示器各字段是否能正常工作。滅零輸入端RBI：當RBI＝0時，且LT＝1，BI＝0時，若A3～A0的狀態(tài)均為0，則所有光段均滅，在數(shù)字顯 示中用以熄滅不必要的0。滅燈輸人/滅零輸出端BI：當

38、BI＝0時，無論LT，RBI及數(shù)碼輸人C3～C0狀態(tài)如何，輸出a,b,c,d,e,f,g均 為1，七段全滅，不顯示數(shù)字；當BI＝1時，顯示譯碼器正常工作。</p><p>　　74LS247型七段譯碼器的功能表</p><p>　　74LS247型七段譯碼器引腳圖</p><p><b>　　數(shù)碼管的選擇</b></p><

39、p>　　我們選擇的是七段顯示器，七段顯示器分為共陰極接法和共陽極接法兩種，此處為74LS247譯碼器配套選用BS204共陽極半導體數(shù)碼管。即若需某字段亮，則需使該字段為低電平，也即低電平有效。查閱資料可知發(fā)光二級光的正向工作電壓一般為1.5V至3V，驅(qū)動電流需要幾毫安至幾十毫安。因此，在實際應用中，應在每個二極管支路串接限流電阻以防電流過大而損壞二極管。</p><p>　　七段數(shù)碼管的字形結構

40、 七段數(shù)碼管的共陽極接法</p><p>　　收獲與體會及存在的問題</p><p>　　這次課設是大學以來，所做的第一個課程設計，拿到課題時一時間真不知如何下手，好在老師給了一定提示，通過熟讀課本，查閱相關書籍，和同學討論以及在網(wǎng)上搜集資料，我對題目的要求有了深刻理解，于是根據(jù)功能要求，我有了自己的方案，經(jīng)過三天“閉關”式的工作，我終于完成了這次課程設計。這些全是

41、我自己的勞動成果，也許也會有許多不足，有很多缺點，但是我很滿足，很有成就感。</p><p>　　課程設計就是為了培養(yǎng)學生的獨立思考能力，創(chuàng)新能力，以及動手實踐能力，通過這次課程設計，我得到了很大的收獲，在獨立思考，動手實踐能力上都有很大提高，課程設計也讓我學會了如何將理論與實踐相結合。讓我也認識到理論與實際的差別，讓我明白在以后的學習和工作當中，要注重實踐，這樣才能更好地運用我們所學的理論知識。</p&g

42、t;<p>　　當然，在進行設計的過程中，我也遇到了很多難題，比如，起初我想通過鍵盤實現(xiàn)加數(shù)與被加數(shù)的輸入，后來發(fā)現(xiàn)這個電路太復雜，其實用8個開關就可以了，電路很簡單，還有在譯碼器Ⅰ的設計時，我也遇到問題，不過，當我翻閱資料之后發(fā)現(xiàn)這其實就是一個組合邏輯電路的設計過程，按照步驟做就可以做出來的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p&g

43、t;　　1、《電工學第七版下冊電子技術》 主編 秦曾煌 高等教育出版社</p><p>　　2、《數(shù)字電路實驗及課程設計指導書》主編 郁漢琪 中國電力出版社</p><p><b>　　八、附件</b></p><p>　　1、元件清單：邏輯開關 8個 74LS283加法器 1個 </p><p