數(shù)字邏輯電路課程課程設(shè)計(jì)--簡(jiǎn)易加減計(jì)算器

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)具有加減運(yùn)算功能的簡(jiǎn)易計(jì)算器，并通過(guò)合適的方式來(lái)顯示最后的計(jì)算結(jié)果。此次設(shè)計(jì)電路的完成主要是利用簡(jiǎn)單的數(shù)字電路和電路邏輯運(yùn)算來(lái)進(jìn)行的。簡(jiǎn)易加減計(jì)算器電路主要是對(duì)數(shù)據(jù)的輸入與顯示，數(shù)據(jù)的加減運(yùn)算，數(shù)據(jù)的輸出與顯示三個(gè)主要的方面來(lái)設(shè)計(jì)研究完成的。</p><p>　　在輸入電路的部

2、分，我們通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入，開(kāi)關(guān)閉合接入高電平“1”，斷開(kāi)接入低電平“0”。而輸入的數(shù)據(jù)將通過(guò)顯示譯碼管以十進(jìn)制的形式顯示出來(lái)。由于輸入二進(jìn)制的位數(shù)較多，我們采用個(gè)位十位分別輸入的方式來(lái)簡(jiǎn)化電路。</p><p>　　加減運(yùn)算電路則主要通過(guò)加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)電路時(shí)，我們將個(gè)位和個(gè)位、十位和十位分別接入一片加法器。在進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)我們所選擇的加法器是完全符合要求的，但是在進(jìn)行減法運(yùn)算時(shí)加法器就不

3、能滿足我們的設(shè)計(jì)要求了。因此我們將減法轉(zhuǎn)換為加法進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算時(shí)采用補(bǔ)碼的形式。在進(jìn)行減法時(shí)通過(guò)異或門(mén)將減數(shù)的原碼全部轉(zhuǎn)換為補(bǔ)碼，輸入加法器中進(jìn)行相加。最后將進(jìn)位信號(hào)加到十位的運(yùn)算電路上就實(shí)現(xiàn)了加減法的運(yùn)算電路。</p><p>　　在顯示電路中，由加法器輸出的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制碼。這些碼可能表示超過(guò)十的數(shù)字，所以顯示譯碼管就不能正確的顯示出數(shù)字了。此時(shí)要將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成BCD碼，再將BCD碼送到顯示譯碼管中就可以將計(jì)算

4、所得的數(shù)字顯示出來(lái)了。</p><p><b>　　概述</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)題目：</b></p><p><b>　　簡(jiǎn)易加減計(jì)算器</b></p><p>　　1.2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：</p><p>　　1）用于兩位以下十

5、進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算。</p><p>　　2）以合適的方式顯示輸入數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)方案比較：</p><p>　　方案一：輸入十進(jìn)制的數(shù)字，再通過(guò)編碼器對(duì)十進(jìn)制的數(shù)字進(jìn)行編碼，輸出二進(jìn)制的數(shù)據(jù)。運(yùn)用顯示譯碼器對(duì)輸入的數(shù)字以十進(jìn)制的形式進(jìn)行顯示。在進(jìn)行加減計(jì)算的時(shí)候?qū)⒍M(jìn)制數(shù)字運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后再進(jìn)行相加減。然后將這些模擬信號(hào)再次轉(zhuǎn)換成數(shù)

6、字信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再將數(shù)字信號(hào)輸入到顯示譯碼管中來(lái)顯示數(shù)劇。這個(gè)方案中要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換所需要的電路器件有些復(fù)雜，并且轉(zhuǎn)換的時(shí)候需要很長(zhǎng)的時(shí)間，而且轉(zhuǎn)換以后數(shù)值的精度不高。鑒于這種方案中有太多的缺點(diǎn)，所以沒(méi)有采用。</p><p>　　方案二：輸入十進(jìn)制的數(shù)字，并對(duì)數(shù)字進(jìn)行編碼，通過(guò)顯示譯碼管將輸入的數(shù)字顯示出來(lái)。再將編碼所得的二進(jìn)制數(shù)字求取補(bǔ)碼，將補(bǔ)碼送到串行進(jìn)位加法器中進(jìn)行相加。最后將二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成

7、BCD碼輸入到顯示譯碼管中，從而就可以將相加以后所得的數(shù)字顯示出來(lái)。這個(gè)方案中避免了像方案一中需要大量的時(shí)間和精度不高的缺點(diǎn)，但是由于應(yīng)用了串行加法器的緣故，電路會(huì)比較復(fù)雜，不利于進(jìn)行連接。</p><p>　　方案三：本方案采用十位和十位相加，個(gè)位和個(gè)位相加的方法，將個(gè)位和十位分別輸入到電路中。由于輸入的數(shù)字是二進(jìn)制碼，將二進(jìn)制碼輸入到顯示譯碼管中就可以顯示輸入的數(shù)字。相加或者相減的時(shí)候采用補(bǔ)碼的形式通過(guò)加法器

8、進(jìn)行相加。再將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成BCD碼輸入到顯示譯碼管中就可以將相加所得數(shù)字顯示出來(lái)。此方案中運(yùn)用了較少的原件并且運(yùn)行所需的時(shí)間很少。相對(duì)方案一和方案二。這種方案是最好的，所以就采用了這種方案。</p><p><b>　　1.4設(shè)計(jì)原理：</b></p><p>　　圖1 二進(jìn)制加減運(yùn)算原理框圖</p><p>　　設(shè)計(jì)原理分析：如圖1所示，第一

9、步置入兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)，數(shù)字的置入用開(kāi)關(guān)控制，二進(jìn)制碼輸入顯示譯碼管。這樣四個(gè)顯示譯碼管上顯示出對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)；第二步通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇運(yùn)算方式為加或減；第三步，按照選擇的運(yùn)算方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行求補(bǔ)碼的運(yùn)算。然后將補(bǔ)碼進(jìn)行相加；第四步，前面所得數(shù)據(jù)化為BCD碼，以方便在顯示譯碼管上顯示。個(gè)位相加的結(jié)果通過(guò)一個(gè)顯示譯碼管顯示。十位因?yàn)榭赡苡羞M(jìn)位所以選用兩個(gè)顯示譯碼管。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案</

10、b></p><p><b>　　2.1編碼：</b></p><p>　　輸入兩位二進(jìn)制數(shù)。通過(guò)開(kāi)關(guān)控制輸入的數(shù)據(jù)，采用個(gè)位和個(gè)位、十位和十位相加的原理進(jìn)行輸入。將數(shù)據(jù)輸入顯示譯碼管中就可以將輸入的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)了。如圖2：</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b

11、>　　2.2加減運(yùn)算：</b></p><p>　　通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇要進(jìn)行的加運(yùn)算或減運(yùn)算。</p><p>　　進(jìn)行兩個(gè)數(shù)相加的運(yùn)算時(shí)，可以直接將得到的二進(jìn)制進(jìn)行相加。這可以通過(guò)加法器74LS283D來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槭遣捎脗€(gè)位和個(gè)位相加、十位和十位相加的原理，所以現(xiàn)在就出現(xiàn)了一些問(wèn)題。當(dāng)個(gè)位相加的結(jié)果超過(guò)十以后就要有進(jìn)位，而且這時(shí)的二進(jìn)制輸入到顯示譯碼管中就不會(huì)顯示出所需要的數(shù)

12、據(jù)。所以這是要將相加得到的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)變成BCD碼，這樣就</p><p>　　可以將各位的數(shù)字顯示出來(lái)。因?yàn)槲覀兯x用的加法器是十六進(jìn)制的，所以需要把加法器通過(guò)門(mén)器件輸出合適的進(jìn)位信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的加法運(yùn)算。對(duì)產(chǎn)生進(jìn)位的二進(jìn)制列真值表可得進(jìn)位信號(hào)的表達(dá)式。真值表如表1所示: </p><p><b>　　表1</b></p><p>　　根據(jù)真

13、值表可得進(jìn)位信號(hào)Y=DB+DC+CO=D(B+C)+CO。設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，這里我們采用兩片74LS283，第一片運(yùn)算電路送過(guò)來(lái)的代碼，當(dāng)其運(yùn)算結(jié)果大于９時(shí)，由組合邏輯電路產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為16、17、18時(shí)，將進(jìn)位輸出信號(hào)與組合邏輯電路進(jìn)位信號(hào)做或運(yùn)算，這樣就得到了合適的進(jìn)位了?？墒窃鯓硬趴梢缘玫秸_的十進(jìn)制數(shù)的代碼呢，在其進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)，在第二片加法器上認(rèn)為加上0110代碼，將其與第一片加法器的運(yùn)算結(jié)果做和，這樣就得到了我們

14、所需要的運(yùn)算結(jié)果了。當(dāng)進(jìn)行兩個(gè)數(shù)相減的時(shí)候，減原碼就相當(dāng)于加上這個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼。運(yùn)用異或門(mén)將要減的數(shù)變成反碼，通過(guò)進(jìn)位輸入端來(lái)進(jìn)行加一，這樣就變成補(bǔ)碼相加的了。數(shù)據(jù)相加電路如圖3，進(jìn)位如圖4：</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　2.3顯示電

15、路：</b></p><p>　　由于在進(jìn)行加減運(yùn)算的時(shí)候已經(jīng)將二進(jìn)制數(shù)加上0110代碼，這樣就和容易將相加或相減的結(jié)果很好的輸出。但是因?yàn)槭簧系倪M(jìn)位要進(jìn)行輸出，所以要運(yùn)用兩個(gè)顯示譯碼管來(lái)對(duì)十位相加的結(jié)果來(lái)進(jìn)行表示。如圖5：</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　2.4總體電路：</

16、b></p><p>　　通過(guò)把輸入電路，加減運(yùn)算電路和顯示電路整合到一起就得到了如圖6所示的整體的電路圖。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)到了許多寶貴的知識(shí)。這是我們第一次將課本上的理論知識(shí)以電路設(shè)計(jì)的形式在實(shí)踐中運(yùn)用。讓我深刻感受到理論知識(shí)與實(shí)際的電路實(shí)現(xiàn)是有很大區(qū)別的。這次在課程設(shè)

17、計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，使我知道了我所學(xué)的專業(yè)知識(shí)必須經(jīng)過(guò)多實(shí)踐才能真正的掌握。</p><p>　　通過(guò)對(duì)題目的分析得出需要完成電路版塊的總體框圖以后感覺(jué)設(shè)計(jì)應(yīng)該很快就能完成了?？墒俏覀?cè)趯?shí)際的設(shè)計(jì)中遇到了許多問(wèn)題。例如進(jìn)行加法運(yùn)算的時(shí)候可能會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位，而且超過(guò)十的數(shù)字顯示在晶體管上的時(shí)候就會(huì)出錯(cuò)，像這類的問(wèn)題，都需要經(jīng)過(guò)查找分析，不斷地改進(jìn)方案找到最終的解決方法。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，我們通過(guò)互相的討論，交換觀點(diǎn)，查找

18、資料來(lái)完善設(shè)計(jì)方案，因此，也有了更多的收獲和思考。在進(jìn)行Multisim的仿真時(shí)，電路總是運(yùn)行錯(cuò)誤，無(wú)法完成運(yùn)算，我們只好將電路中的每一小部分分別進(jìn)行模擬仿真，發(fā)現(xiàn)在電路中，一個(gè)開(kāi)關(guān)或門(mén)器件都有可能使運(yùn)行出錯(cuò)。</p><p>　　這次實(shí)驗(yàn)讓我知道了設(shè)計(jì)并不是那么簡(jiǎn)單的，也許這個(gè)問(wèn)題看起來(lái)非常的簡(jiǎn)單，但是不動(dòng)手去做就永遠(yuǎn)無(wú)法知道這個(gè)問(wèn)題后面有多少困難去解決。通過(guò)此次的設(shè)計(jì)我明白了知識(shí)的聯(lián)系和積累是多么的重要，它還

19、讓我明白了邏輯組合電路功能的強(qiáng)大性。當(dāng)然在本次課程設(shè)計(jì)中收獲最多的還是對(duì)以往所學(xué)的知識(shí)的更好的鞏固和復(fù)習(xí)，同時(shí)又讓我對(duì)已學(xué)過(guò)的知識(shí)有了進(jìn)一步的研究和理解，通過(guò)學(xué)以致用我對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了拓展和運(yùn)用，加深了理解，同時(shí)又?jǐn)U大了知識(shí)面，也基本了解了電子設(shè)計(jì)的步驟及Multisim軟件的運(yùn)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《數(shù)電電子