杨佐明《加法计算器》课设报告

1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计 设计题目： 加法运算电路 系 别 电气工程系 班级 供电本102 学生姓名 杨佐明 学号 2010208212指导教师 黄硕 职称 讲师 起止日期： 2012年12月10日起至2012年12月14日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 加法运算电路 系 别 电气工程系 班级 供电本102 学生姓名 杨佐明 学号 2010208212 指导教师 黄硕 职称 讲师 课程设计进行地点： 教学 B419 任 务 下 达 时 间： 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 曲延华 2012

2、年 12 月 1 日批准 加法运算电路设计1 设计主要内容及要求1.1设计目的： （1）掌握1位十进制数加法运算电路的构成、原理与设计方法；（2） 熟悉集成电路的使用方法。1.2基本要求： （1）设计键盘以及编码电路； （2）设计加数寄存器A和被加数寄存器B单元； （3）实现4bit二进制码加法的BCD调整； （4）用数码管以十进制形式显示最后运算结果。1.3发挥部分：（1）拓展2位十进制数（2）MC存储运算中间值（3）其他2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；

3、（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12012.12.10讲解主要设计内容，学生根据

4、任务书做出原始框图打分22012.12.11检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32012.12.12检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分42012.12.13继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分52012.12.14答辩、写报告打分2012-12-1II沈 阳 工 程 学 院数字电子技术 课程设计成绩评定表系（部）： 电气工程系 班级： 供电本102 学生姓名： 杨佐明 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律

5、，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，

6、符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分中 文 摘 要 加法运算电路通过输入系统输入两个十进制数，通过编码器将两个十进制数转化成二进制数，相继存入到两个寄存器中。通过加法器将两个二进制数相加，加法器的输入端，需输入两个加数并保存，能实现此功能的为寄存器，寄存器的工作需要有时钟控制，最简单可由开关实现跳变沿，即可实现寄存加数的职能。其次，数据的输入采用二进制数值为0与1，即可用高低电平显示，开关闭合为高电平，打开为低电平，同时输入高电平时伴随有二极管发光。加法器的

7、输出端为一个四位或五位二进制数，根据二进制与十进制的区别。最后，需要分段处理数据至译码器。在向寄存器中送数时，四位二进制表示一位数，一个寄存器中就放一个数，用双向开关来充当加号，借助电源和寄存器的使能端来完成，当开关接通第一个寄存器时，将数存储到寄存器A中，当开关接通第二个寄存器时，将数存储到寄存器二中，再并行输出。根据上面的设计思路，设计的基本要求就可顺利实现。关键词 编码器，寄存器，加法运算器，计数器，译码显示器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目录课程设计任务书I数字电子技术 课程设计成绩评定表III中 文 摘 要IV1.设计任务描述22.基本设计思路33.设计方案流程图44.各部分电路设计及参数的计算51.键盘输入系统52.编码器系统73.加数被加数寄存器系统74.加法运算系统85.显示系统95 工作过程分析116 元器件清单137 主要元器件介绍147.1 10-4线BCD优先编码器 74147147.2 寄存器74LS374N157.3 寄存器74LS1

13、94N167.4 加法器74S283N178 小结19致 谢20参考文献21附录A221.设计任务描述 1 设计主要内容及要求1.1设计目的： （1）掌握1位十进制数加法运算电路的构成、原理与设计方法； （2）熟悉集成电路的使用方法。1.2基本要求： （1）设计键盘以及编码电路； （2）设计加数寄存器A和被加数寄存器B单元； （3）实现4bit二进制码加法的BCD调整； （4）用数码管以十进制形式显示最后运算结果。1.3发挥部分：（1）拓展2位十进制数（2）MC存储运算中间值（3）其他2.基本设计思路 根据课程设计的要求，我把这次简单的加法运算电路分成以下几部分：1 键盘及编码电路：用开关及电

14、阻组成键盘部分，用10-4线BCD优先编码器74147及四个非门组成编码电路，实现将0-9转化成二进制数。2 加数寄存器A和被加数寄存器B：由4位并行寄存器74LS175实现对数据的存储，用2个4双向模拟开关4066、开关及非门判断是将二进制数存储到加数寄存器A还是被加数寄存器B。3 加法运算电路：用集成4位超前进位加法器74HC283对加数和被加数进行运算。4 4bit二进制码加法的BCD调整：用4位数值比较器74HC85对和进行比较、控制加法器是加0还是加6从而达到调整的目的。5 译码显示器：将8421BCD码通过译码显示器转化成十进制数并显示出来。 首先采用九线开关以及九个1K的电阻和一

15、个5V直流电源组成键盘输入部分，利用74LS147N低电平触发器作为编码器接收键盘系统送来的低电平信号，从而转化成8421码在以后的电路中进行运算。利用一个74LS374N寄存器作为输入的缓存器，把输入的8421码储存然后通过加号开关以及555时钟触发器讲信号传给由两个74LS194N组成的加数和被加数的寄存系统。从寄存器出来的信号在加法运算系统里相加，74LS283N是全加器，然后通过对结果的判断之后然后由两个七段数码管显示结果。所以电路的工作状态如下：先由键盘系统输入低电平信号，键盘上有不同的编号从而输入19的信号，在编码器不同的管脚触发相应的8421码。经过非门调整之后输入缓存器，然后按

16、下加号键，在555时钟触发器给缓存器脉冲之后输出信号给加数寄存器，继续输入被加数，然后按下等号之后信号进入被加数寄存器之后直接到加法器，第一个加法器相加两数之后通过门电路判断之后。如果超9之后再由第二个加法器加六之后输出，最后由七段数码管显示结果。 3.设计方案流程图键盘系统 门控 寄存器B寄存器A加法器显示系统4.各部分电路设计及参数的计算1.键盘输入系统本电路中的数字键盘与开关控制键盘的设计是利用一个5伏电压产生高电平端，另一端与地相接，当开关即数字键盘0到9被按下接通时，有低电平输入信号产生，另一方面由控制开关J1的断开与连接并先后储存两个信号（加数和被加数）进不同的寄存器A和B。由编码

17、器进行编码，进行接下来的程序。2. 编码器系统上图为74LS147N编码器，是低电平有效的器件，当在键盘上按下相应的按键时便会有相应的电信号输入到编码器中，编码器接收的电信号就会把其经过编码后输出8421BCD码，它由9个输入端和4个输出端构成数据传输，可以对1到9的数字进行编码。 3.加数被加数寄存器系统在运算过程中，当我们通过键盘，用74LS374N把加数输出后，按下键盘的加号键，此时加数寄存器有了一个脉冲信号；把加数输出，使其进入加法器中；在74LS374N将被加数输出后，按下等号键,此时被加数寄存器得到一个脉冲信号把被加数输出到加法器中。该电路图是两个开关控制元件4066BD和一个非门

18、及两个寄存器组成的。由于4双向模拟开关4066BD开关为高有效，工作电压在5伏以下，它由高电平控制，当按下加号时便会产生低电平，在经过非门控制便可以实现两个数据的分别储存。它有4个开关来控制4个通道的传输与截止。经过开关的选择处理最后把数据传给储存器。寄存器74LS194N的作用为，实现加数与被加数的输出。4.加法运算系统 加法运算电路的原理是将加数A与被加数B进行加法运算进行求和，过比较器将结果与九进行比较。当结果小于或等于九的时候，我们不需要对其进行进行BCD调整。此时可将二进制数进行加“0”。如果结果大于九的时候，我们就需要对结果进行BCD调整，通过把二进制数进行加“6”来实现。最后将调

19、整过的结果用译码显示器显示输出。此工作原理可具体为：加数与被加数经过74LS194N输出后进入首个加法器74S283N中经过计算得出数字，此时另一个加法器需要判断得数是否大于等于10，所以需要在两个加法器中间建立一个门电路来判断得数。如果得数大于等于10，经过门电路判断需要在另一个加法器输入6即0110，经过它的计算得出的数字即为本次运算的最终结果；如果小于10则不需要加6直接输出即可。5.显示系统 七段数码管是可以将8421码以十进制的数显示出来，本系统利用两个数码管，右边的数码管显示的是个位数，左边的是显示十位数，当结果没有超过9是，左边的数码管没有显示，大于9的时候经过门电路的判断之后左

20、边的数码管显示1，与右边组成两位数显示。5 工作过程分析在简单计算器运算加法过程中，如前第四部分工作原理所阐述的一样。首先，在键盘上按一个想要的数字，通过电阻电源的组合，将其转化为脉冲，输入到编码器中，将其转化为二进制数字。然后，在加号，及开关的作用下，将被加数寄存在一个寄存器中。输入加数，同样也寄存在另一个寄存器中。两个数通过加法器运算，得出的数通过译码显示器显示出来。当加法运算的结果经过数值比较器与二进制数“9”进行比较。当结果小于或等于九的时候，我们不需要对其进行进行BCD调整。当结果大于九的时候，我们就需要对结果进行BCD调整，通过把二进制数进行加六来达到。最后将调整过的结果用译码显示

21、器显示输出。例如：5+7=12输入加数5输入被加数7得出结果126 元器件清单序号元件名称规格及用途数量1 编码器74LS147N1片2 寄存器A74LS374N 1片3 寄存器B74LS194N2片4 加法器74S283N2片5 显示器HCD-HEX-DIG 4片6 非 门74ALS04BN5片7 三输入与非门74ALS10AN1片8 二输入异或门7486N2片9 电 阻1 k10个10 九线开关DSWPK91个11 二线开关DSWPK21个12 电 源5V2个13555555_VIRTUAL1个7 主要元器件介绍7.1 10-4线BCD优先编码器 741477.1.1 引脚图图7.2 74

22、LS374N引脚图7.1.2功能表7.1.3 功能介绍74147为10-4线BCD优先编码器，其功能是，把输入端代表“0”“9”的这10个数字编码成BCD码。74147的编码输入有效电平为低电平，编码输出为BCD反码。由于它有优先编码功能，只要输入端有“0”输入（如果有多个输入端为“0”则以编号最大的输入端为准），输出端就输出与之对应的BCD码的反码。例如“3”“4”同时输入“0”，则按“4”进行编码，内部编码成BCD码0100，输出则为BCD的反码1011。7.2 寄存器74LS374N7.2.1 引脚图 图7.2 74LS374N引脚图7.2.2 功能表工作模式输 入内部触发器输 出OC

23、CLK D存入和读出数据L L L H L H相应内部触发器的状态存入数据禁止输出 H L H H L H 高 阻 高 阻7.2.3 功能介绍当OC接高电平时不管内部触发器为何值输出都为高阻状态即不输出。当OC接低电平时，只有遇到脉冲的上升沿时才会输出，此时输出的数据为内部触发器的相应状态；没有脉冲时只暂存前一状态的数据。7.3 寄存器74LS194N7.3.1引脚图 图7.3 74LS194N引脚图 7.3.2 功能表表7.1 74194功能表输入输出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 功能介绍 有4个输入端4个输出端，当S0、S1、CLR接高电平时，为并行寄存器。此时CLR端有脉冲信号则能输出前一状态的数据，否则只能暂存数据。7.4 加法器74S283N7.4.1 引脚图图7.4 74S283N的引脚图7.4.2 功能表C 0dcbaL000000000010000100000110001000001010001100001110

25、0100000100100101010101110110010110110111010111111000011000111001017.4.3 功能介绍它是常用的二进制加法器，有两组输入端，分别为：A1 B1 C1 D1；A2 B2 C2 D2 ，然后分别对相应的二进制相加，在设计中，我们巧妙的运用了加六的运算来实现向8421BCD码的转换。如10的二进制码为1010 加六可得00010000。我们可以看出当得数大于等于十时我们可以对它加六来实现它的转换，因此我们再一次引入74284加法器并在它的2、3脚上加入我们推得的信号来实现。8小结设计一个完整的电路，不仅要以过硬的知识功底为前提，还要具

26、有灵学活用，举一反三的能力。一个电路设计，要有完整的设计思路，要满足课题的各项要求，还要通过报告把原理及流程表达的清清楚楚。从设计的第一天起，我就遇到了很多麻烦。所以在着手之前我便仔细阅读并研究了教材中所有有关课设部分的章节，之后，又利用图书馆的资源和网上资源，对课设电路做了具体的了解和分析。有关计算部分我也参考了很多的资料，但有的元件的参数还是不明白为何设成这样，只好参考经典值。通过老师和同学们的帮助，我渐渐的有了眉目。这样，在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。简单计算器运算电路是数字电子技术的一种综合应用，是采用数字电路实现十进制数的加减法运算的装置,整个加法运算电路是由五个部分组成，可

27、以详细分为，键盘及编码电路、加数寄存器A和被加数寄存器B、加法运算电路、4bit二进制码加法的BCD调整和译码显示器。加法运算电路最典型的应用就是计算器，它为我们的生活带来了更多的便利。 通过本次设计，了解了加法运算电路的基本原理，同时也很好的掌握了编码器、寄存器、加法器、开关、显示译码器等数字系统的实现方法。在设计的过程中，融入了自己的创新想法，增加了设计的兴趣。在这充实的一周中，我们也深深地感受到各组员之间彼此团结互助的精神，每个人都为了自己的小组一点点努力着，尽管避免不了失败和摩擦，但我们仍然互相打气，为了设计成果献上各自的一份力量。通过这次对加法运算电路的设计与制作，我了解了一些设计电路的步骤，同时也了解了关于加法运算电路的设计原理与设计思想，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。虽然设计时间很紧迫，但在设计的过程中我们还是学到不少东西的，由于有些芯片我们根本没有学过，我们在查找这些资料的过程中就学到了很多东西，有些芯片本来我们不懂的，但是经过查资料我们还是对