1、沈 陽 工 程 學 院課 程 設 計 設計題目： 加法運算電路 系 別 電氣工程系 班級 供電本102 學生姓名 楊佐明 學號 2010208212指導教師 黃碩 職稱 講師 起止日期： 2012年12月10日起至2012年12月14日止沈陽工程學院課程設計任務書課程設計題目： 加法運算電路 系 別 電氣工程系 班級 供電本102 學生姓名 楊佐明 學號 2010208212 指導教師 黃碩 職稱 講師 課程設計進行地點： 教學 B419 任 務 下 達 時 間： 2012 年 12 月 1 日起止日期： 2012年12月10日起至 2012 年 12 月14日止教研室主任 曲延華 2012

2、年 12 月 1 日批準 加法運算電路設計1 設計主要內容及要求1.1設計目的： （1）掌握1位十進制數加法運算電路的構成、原理與設計方法；（2） 熟悉集成電路的使用方法。1.2基本要求： （1）設計鍵盤以及編碼電路； （2）設計加數寄存器A和被加數寄存器B單元； （3）實現4bit二進制碼加法的BCD調整； （4）用數碼管以十進制形式顯示最后運算結果。1.3發揮部分：（1）拓展2位十進制數（2）MC存儲運算中間值（3）其他2 設計過程及論文的基本要求：2.1 設計過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發揮部分可任選2個方向：（2）符合設計要求的報告一份，其中包括邏輯電路圖、實際接線圖各一份；

3、（3）設計過程的資料、草稿要求保留并隨設計報告一起上交；報告的電子檔需全班統一存盤上交。2.2 課程設計論文的基本要求（1）參照畢業設計論文規范打印，文字中的小圖需打印。項目齊全、不許涂改，不少于3000字。圖紙為A3，附錄中的大圖可以手繪，所有插圖不允許復印。（2）裝訂順序：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文（設計題目、設計任務、設計思路、設計框圖、各部分電路及參數計算（重要）、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結、參考文獻、附錄（邏輯電路圖與實際接線圖）。3 時間進度安排順序階段日期計 劃 完 成 內 容備注12012.12.10講解主要設計內容，學生根據

4、任務書做出原始框圖打分22012.12.11檢查框圖及初步原理圖完成情況，講解及糾正錯誤打分32012.12.12檢查邏輯圖并指出錯誤及糾正；講解接線圖繪制及報告書寫打分42012.12.13繼續修正邏輯圖，指導接線圖繪制方法，布置答辯打分52012.12.14答辯、寫報告打分2012-12-1II沈 陽 工 程 學 院數字電子技術 課程設計成績評定表系（部）： 電氣工程系 班級： 供電本102 學生姓名： 楊佐明 指 導 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分調研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設計方案和日程安排。0.15432工作能力態度工作態度認真，遵守紀律

5、，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規定的設計任務，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規范。0.55432指導教師評審成績（加權分合計乘以12） 分加權分合計指 導 教 師 簽 名： 年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，

6、符號統一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規范。0.35432評閱教師評審成績（加權分合計乘以8）分加權分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設 計 總 評 成 績分中 文 摘 要 加法運算電路通過輸入系統輸入兩個十進制數，通過編碼器將兩個十進制數轉化成二進制數，相繼存入到兩個寄存器中。通過加法器將兩個二進制數相加，加法器的輸入端，需輸入兩個加數并保存，能實現此功能的為寄存器，寄存器的工作需要有時鐘控制，最簡單可由開關實現跳變沿，即可實現寄存加數的職能。其次，數據的輸入采用二進制數值為0與1，即可用高低電平顯示，開關閉合為高電平，打開為低電平，同時輸入高電平時伴隨有二極管發光。加法器的

7、輸出端為一個四位或五位二進制數，根據二進制與十進制的區別。最后，需要分段處理數據至譯碼器。在向寄存器中送數時，四位二進制表示一位數，一個寄存器中就放一個數，用雙向開關來充當加號，借助電源和寄存器的使能端來完成，當開關接通第一個寄存器時，將數存儲到寄存器A中，當開關接通第二個寄存器時，將數存儲到寄存器二中，再并行輸出。根據上面的設計思路，設計的基本要求就可順利實現。關鍵詞 編碼器，寄存器，加法運算器，計數器，譯碼顯示器English abstractAddition circuit through input system enter the decimal number two,The enc

8、oder will be two decimal number into binary numbers,One after another into the two register.Through the adder two binary numbers,The adder input,Input the two addend and save,Can achieve this function to register.The job requires a clock control register, the most simple by switch bounce, can realiz

9、e hosting addend functions,Secondly, data input using the binary value 0 and 1, the high level display, the switch is closed at a high level, open the low level, at the same time input high level with light emitting diode,The output end of the adder is a four or five bit binary number, according to

10、the differences between binary and decimal.Finally, need to be segmented data to the decoder. To register send number, four bits of the binary representation of a number, a register is a number, with two-way switch to act as a plus, with the power supply and the register enables the end to complete,

11、 when the switch is switched on, the first register will be stored into registers, the number of A, when the switch is switched on, the second register, the number is stored into registers in the second, and then parallel output.According to the above design, the basic requirements of the design can

12、 be successfully achieved.Key word encoder register adder counter the decoding displayIV目錄課程設計任務書I數字電子技術 課程設計成績評定表III中 文 摘 要IV1.設計任務描述22.基本設計思路33.設計方案流程圖44.各部分電路設計及參數的計算51.鍵盤輸入系統52.編碼器系統73.加數被加數寄存器系統74.加法運算系統85.顯示系統95 工作過程分析116 元器件清單137 主要元器件介紹147.1 10-4線BCD優先編碼器 74147147.2 寄存器74LS374N157.3 寄存器74LS1

13、94N167.4 加法器74S283N178 小結19致 謝20參考文獻21附錄A221.設計任務描述 1 設計主要內容及要求1.1設計目的： （1）掌握1位十進制數加法運算電路的構成、原理與設計方法； （2）熟悉集成電路的使用方法。1.2基本要求： （1）設計鍵盤以及編碼電路； （2）設計加數寄存器A和被加數寄存器B單元； （3）實現4bit二進制碼加法的BCD調整； （4）用數碼管以十進制形式顯示最后運算結果。1.3發揮部分：（1）拓展2位十進制數（2）MC存儲運算中間值（3）其他2.基本設計思路 根據課程設計的要求，我把這次簡單的加法運算電路分成以下幾部分：1 鍵盤及編碼電路：用開關及電

14、阻組成鍵盤部分，用10-4線BCD優先編碼器74147及四個非門組成編碼電路，實現將0-9轉化成二進制數。2 加數寄存器A和被加數寄存器B：由4位并行寄存器74LS175實現對數據的存儲，用2個4雙向模擬開關4066、開關及非門判斷是將二進制數存儲到加數寄存器A還是被加數寄存器B。3 加法運算電路：用集成4位超前進位加法器74HC283對加數和被加數進行運算。4 4bit二進制碼加法的BCD調整：用4位數值比較器74HC85對和進行比較、控制加法器是加0還是加6從而達到調整的目的。5 譯碼顯示器：將8421BCD碼通過譯碼顯示器轉化成十進制數并顯示出來。 首先采用九線開關以及九個1K的電阻和一

15、個5V直流電源組成鍵盤輸入部分，利用74LS147N低電平觸發器作為編碼器接收鍵盤系統送來的低電平信號，從而轉化成8421碼在以后的電路中進行運算。利用一個74LS374N寄存器作為輸入的緩存器，把輸入的8421碼儲存然后通過加號開關以及555時鐘觸發器講信號傳給由兩個74LS194N組成的加數和被加數的寄存系統。從寄存器出來的信號在加法運算系統里相加，74LS283N是全加器，然后通過對結果的判斷之后然后由兩個七段數碼管顯示結果。所以電路的工作狀態如下：先由鍵盤系統輸入低電平信號，鍵盤上有不同的編號從而輸入19的信號，在編碼器不同的管腳觸發相應的8421碼。經過非門調整之后輸入緩存器，然后按

16、下加號鍵，在555時鐘觸發器給緩存器脈沖之后輸出信號給加數寄存器，繼續輸入被加數，然后按下等號之后信號進入被加數寄存器之后直接到加法器，第一個加法器相加兩數之后通過門電路判斷之后。如果超9之后再由第二個加法器加六之后輸出，最后由七段數碼管顯示結果。 3.設計方案流程圖鍵盤系統 門控 寄存器B寄存器A加法器顯示系統4.各部分電路設計及參數的計算1.鍵盤輸入系統本電路中的數字鍵盤與開關控制鍵盤的設計是利用一個5伏電壓產生高電平端，另一端與地相接，當開關即數字鍵盤0到9被按下接通時，有低電平輸入信號產生，另一方面由控制開關J1的斷開與連接并先后儲存兩個信號（加數和被加數）進不同的寄存器A和B。由編碼

17、器進行編碼，進行接下來的程序。2. 編碼器系統上圖為74LS147N編碼器，是低電平有效的器件，當在鍵盤上按下相應的按鍵時便會有相應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過編碼后輸出8421BCD碼，它由9個輸入端和4個輸出端構成數據傳輸，可以對1到9的數字進行編碼。 3.加數被加數寄存器系統在運算過程中，當我們通過鍵盤，用74LS374N把加數輸出后，按下鍵盤的加號鍵，此時加數寄存器有了一個脈沖信號；把加數輸出，使其進入加法器中；在74LS374N將被加數輸出后，按下等號鍵,此時被加數寄存器得到一個脈沖信號把被加數輸出到加法器中。該電路圖是兩個開關控制元件4066BD和一個非門

18、及兩個寄存器組成的。由于4雙向模擬開關4066BD開關為高有效，工作電壓在5伏以下，它由高電平控制，當按下加號時便會產生低電平，在經過非門控制便可以實現兩個數據的分別儲存。它有4個開關來控制4個通道的傳輸與截止。經過開關的選擇處理最后把數據傳給儲存器。寄存器74LS194N的作用為，實現加數與被加數的輸出。4.加法運算系統 加法運算電路的原理是將加數A與被加數B進行加法運算進行求和，過比較器將結果與九進行比較。當結果小于或等于九的時候，我們不需要對其進行進行BCD調整。此時可將二進制數進行加“0”。如果結果大于九的時候，我們就需要對結果進行BCD調整，通過把二進制數進行加“6”來實現。最后將調

19、整過的結果用譯碼顯示器顯示輸出。此工作原理可具體為：加數與被加數經過74LS194N輸出后進入首個加法器74S283N中經過計算得出數字，此時另一個加法器需要判斷得數是否大于等于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。如果得數大于等于10，經過門電路判斷需要在另一個加法器輸入6即0110，經過它的計算得出的數字即為本次運算的最終結果；如果小于10則不需要加6直接輸出即可。5.顯示系統 七段數碼管是可以將8421碼以十進制的數顯示出來，本系統利用兩個數碼管，右邊的數碼管顯示的是個位數，左邊的是顯示十位數，當結果沒有超過9是，左邊的數碼管沒有顯示，大于9的時候經過門電路的判斷之后左

20、邊的數碼管顯示1，與右邊組成兩位數顯示。5 工作過程分析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字，通過電阻電源的組合，將其轉化為脈沖，輸入到編碼器中，將其轉化為二進制數字。然后，在加號，及開關的作用下，將被加數寄存在一個寄存器中。輸入加數，同樣也寄存在另一個寄存器中。兩個數通過加法器運算，得出的數通過譯碼顯示器顯示出來。當加法運算的結果經過數值比較器與二進制數“9”進行比較。當結果小于或等于九的時候，我們不需要對其進行進行BCD調整。當結果大于九的時候，我們就需要對結果進行BCD調整，通過把二進制數進行加六來達到。最后將調整過的結果用譯碼顯示

21、器顯示輸出。例如：5+7=12輸入加數5輸入被加數7得出結果126 元器件清單序號元件名稱規格及用途數量1 編碼器74LS147N1片2 寄存器A74LS374N 1片3 寄存器B74LS194N2片4 加法器74S283N2片5 顯示器HCD-HEX-DIG 4片6 非 門74ALS04BN5片7 三輸入與非門74ALS10AN1片8 二輸入異或門7486N2片9 電 阻1 k10個10 九線開關DSWPK91個11 二線開關DSWPK21個12 電 源5V2個13555555_VIRTUAL1個7 主要元器件介紹7.1 10-4線BCD優先編碼器 741477.1.1 引腳圖圖7.2 74

22、LS374N引腳圖7.1.2功能表7.1.3 功能介紹74147為10-4線BCD優先編碼器，其功能是，把輸入端代表“0”“9”的這10個數字編碼成BCD碼。74147的編碼輸入有效電平為低電平，編碼輸出為BCD反碼。由于它有優先編碼功能，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），輸出端就輸出與之對應的BCD碼的反碼。例如“3”“4”同時輸入“0”，則按“4”進行編碼，內部編碼成BCD碼0100，輸出則為BCD的反碼1011。7.2 寄存器74LS374N7.2.1 引腳圖 圖7.2 74LS374N引腳圖7.2.2 功能表工作模式輸 入內部觸發器輸 出OC

23、CLK D存入和讀出數據L L L H L H相應內部觸發器的狀態存入數據禁止輸出 H L H H L H 高 阻 高 阻7.2.3 功能介紹當OC接高電平時不管內部觸發器為何值輸出都為高阻狀態即不輸出。當OC接低電平時，只有遇到脈沖的上升沿時才會輸出，此時輸出的數據為內部觸發器的相應狀態；沒有脈沖時只暫存前一狀態的數據。7.3 寄存器74LS194N7.3.1引腳圖 圖7.3 74LS194N引腳圖 7.3.2 功能表表7.1 74194功能表輸入輸出CLR CPS1 SODR DLD C B A QD QC QB QA1 dd dd dd d d d 0 0 0 0 0 0d dd dd

24、d d d 0 上1 1d dX3 X2 X1 X0X3 X2 X1 X0 0 上0 11 dd d d d0 上0 10 dd d d d0 上1 0d 1d d d d0 上1 0d 0d d d d0 d0 0d dd d d d7.3.3 功能介紹 有4個輸入端4個輸出端，當S0、S1、CLR接高電平時，為并行寄存器。此時CLR端有脈沖信號則能輸出前一狀態的數據，否則只能暫存數據。7.4 加法器74S283N7.4.1 引腳圖圖7.4 74S283N的引腳圖7.4.2 功能表C 0dcbaL000000000010000100000110001000001010001100001110

25、0100000100100101010101110110010110110111010111111000011000111001017.4.3 功能介紹它是常用的二進制加法器，有兩組輸入端，分別為：A1 B1 C1 D1；A2 B2 C2 D2 ，然后分別對相應的二進制相加，在設計中，我們巧妙的運用了加六的運算來實現向8421BCD碼的轉換。如10的二進制碼為1010 加六可得00010000。我們可以看出當得數大于等于十時我們可以對它加六來實現它的轉換，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。8小結設計一個完整的電路，不僅要以過硬的知識功底為前提，還要具

26、有靈學活用，舉一反三的能力。一個電路設計，要有完整的設計思路，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課設部分的章節，之后，又利用圖書館的資源和網上資源，對課設電路做了具體的了解和分析。有關計算部分我也參考了很多的資料，但有的元件的參數還是不明白為何設成這樣，只好參考經典值。通過老師和同學們的幫助，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字電子技術的一種綜合應用，是采用數字電路實現十進制數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

27、以詳細分為，鍵盤及編碼電路、加數寄存器A和被加數寄存器B、加法運算電路、4bit二進制碼加法的BCD調整和譯碼顯示器。加法運算電路最典型的應用就是計算器，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、顯示譯碼器等數字系統的實現方法。在設計的過程中，融入了自己的創新想法，增加了設計的興趣。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，但我們仍然互相打氣，為了設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計與制作，我了解了一些設計電路的步驟，同時也了解了關于加法運算電路的設計原理與設計思想，更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。雖然設計時間很緊迫，但在設計的過程中我們還是學到不少東西的，由于有些芯片我們根本沒有學過，我們在查找這些資料的過程中就學到了很多東西，有些芯片本來我們不懂的，但是經過查資料我們還是對