哈工大数字电路设计加减乘三则计算器

1、哈工大数字电路设计加减乘三则计算器作者:日期:Harbin I nstituteof Technology数字电子技术基础大作业课程名称:数字电子技术基础H设计题目:四位二进制计算器宇之翔LEO指导教师:设计时间:2015年12月-2016年1月作者声明：本大作业是本人在考试之前花费大量时间完成的，之前在网上也可以相关的文章和做法，但是水平不是很高，而且存在很多错误，我在参考的时候也受到许多误导，最终在本人汇总和潜心钻 研后总结出一篇较完整、较准确的文章。考虑到我完成作业时受到的各种辛苦，特将这份资料分享给 大家。仅供参考，有问题可以给我提！由于含有本人大量的心血，所以需要的券也偏高，希望各位

2、理解！完成作业对你们的帮助更是巨大的，希望对你们有所帮助，解决令人头疼的作业！另外，目前除法计算器的电路设计过于复杂且难度较高，尚无法完成，资料也查阅不到，有完成者可 以与本人交流！哈尔滨工业大学、设计目的和要求本次大作业是在学完本门课程后，对所学知识的综合性考察和对思维的锻炼。通过本次作业，灵活运用学过的数字电子元器件和数字电子技术等方面的知识，完成从设计、 选片、连线、调试、排除故障到实现一个数字系统的全过程。本次作业我选择设计四位二进制的计算器，使用Multisim 软件进行设计和仿真，最终实现四位二进制数的加、减、乘的目的，并能够通过数码显示管将输入的数字和输出 的运算结果显示出来。二

3、、设计方案1.设计综述此计算器分加减区和乘法区，通过开关选择运算方式，选择加减法区，则乘法区的数 码管为清零状态，通过控制开关置数，在加减法区数码管显示输入和运算结果：选择乘 法区，则加减法区的数码管为清零状态，通过控制开关置数，在乘法区数码管显示输入 和运算结果。在加减法区中，通过开关选择加、减运算方式，分别在数码管中显示输入 和运算结果。2.系统方框图加减乘置数乘法区加减法法运算三、各部分计算器电路的设计和仿真1. 加法计算器器电路如图1所示，这是加法器最简单的电路，也是本次设计的核心电路部分。 £itrHu»36丄r h S西me伽I巒B屯軽H M I畐 3 Its

4、t占n*l£：iWA邑萱I烦1 韵T* f图1F护4KA|< Su*UKd -HKA|-k* h 壬«c<41V=WIw06WCCVCCB“慝"雷M -aS3（1）输入置数通过控制左边的8个开关连接高低电平来对两个四位二进制数置数, 个四位二进制数，下面4个为第二个四位二进制数。置数电路如右下图（2）加法运算电路通过中规模四位全加器74IS283进行两个数的加法运算，输出结果为二者的和。（3）输入输出译码显示电路通过共阳极数码管和74IS47译码器组成显示电路，将输入和输 出接到74IS47译码器中，数码管便可以显示数字。但是当和大于10的时候，输出结

5、果显示的是十六进制中对应的 图案，还需查表进行识别，可读性比较差，还需要进一步改进。但 是加法器初具功能。仿真结果如下图3所示：-出=If.-亠.Hwy JciT?-Mt? "11 pHvt lEV. _SPriLlaU-蚀'film '-5rsb 7 上：A.图2上面4个为第一2所示：图32.加法计算器器改进电路当大于9的时候要加六转换才能显示成我们熟悉的十进制数，过两位数码管分别表示十位和个位， 便可增强可读性。增加一片74ls283、门电路和一组所以进行如下设计，通数码管译码电路，通过真值表得出逻辑电路，对原来的那片74IS283大于9的数进行“加 六”设计，并

6、且给增加的全加器进行“置一”来表示进位。电路图如图 4所示：F屯 ITH41115=5H匕TUM.U_r.Ir"1 1 =ii =hl1 rT+-H-roTuam1-jw 皿E；S 、H-Ufg 交蛊=-I仿真结果如图5所示:03!辜一 ft里4沌SL 例丄卜|e-1I* toujf二目(UR-feo1'咼亠 皿U 臺3.减法计算器电路及加减计算器电路(1)减法计算器电路对于减法，只需利用原补码的知识，在减数置数端通过异或门74LS86对输入的数B求其反码，并将进位输入端接逻辑1以实现加1，由此求得B的补码。当被减数大于减数Lrt*fli(2)加减计算器电路及转换对于加减运算

7、的转换，使用开关即可。当异或门的下方另一端子接高电平时，异或运 算结果为B的反，即进行减法运算，当异或门的下方接低电平时，异或运算结果为B,即进行正常的加法运算。电路图如图 6所示。仿真结果如下图7、图8所示:加法:亠务I TJfthWP rA.hHfJ r : N p-存H"呃=蕙齢尸"Ti TET祜r+命r；N；PS_ _ . J.花品.gfei沖WIl_P n 产 II T<mu>p'I; u=二-图7"Tf*尹5-匚*n4.乘法计算器电路:乘法计算器电路图如下图9所示:aM- MF-i= inrasflC迟rar，<a；1I 彳

8、z - iiiaz图9£/日图8=M三9axI弹卡F-LJclI«-4z dHLHPIL-UTC:空,©Oo9.Xo O oM,o o M fcMAJ血 0 o騎秩赫皿0 op犖箱鞘*心?利用乘法的基本原理图（如右图10），进行三次八进制的加法运算，使用6片中规模4 位全加器，两片一组进行高低位级联，使用16片74IS08与门对8位输入每位相与，得到的结果输入根据需要输入给8位全加器组，每组进行一次8位加法运算，并将进位信 号输出给下一组，共进行三次全加运算，最后一组输出结果给译码器和数码管进行数据 显示。仿真结果如图11所示：li ，4i “* 4LLHnZEZ

9、h-lltt25-MtHz_zr Ii图10fCjC司 r图11四、计算器电路的组合设计和仿真如下图12,本次设计用最简易的方法进行两组电路的组合和转换，使二者构成二&M亠Hi IIEtut111 帥W-伸3-=UI .'KSarib- _LjrTh 芹I皿 7 j!=；i4心爭s一个具有两个四位二进制数加、减、乘功能的整体计算 器。Q"j n ' I310 . L - J . I_ _ .Key Space J" /其中上半部分电路为加减计算器，数码显示管为加减区，下半部分电路为乘法计算器， 数码显示管为乘法区。通过双刀双掷开关（如图13），将两组

10、电路接到一起，通过控制置数端高低电平连接与否，变换开关，对希望运行的电路输入端正常置数，不希望运行的电路输入全为0,这样的结果使得加减法区、乘法区在运行的时候有显示，不运行的时候该区显示全部为 0 （清零）。图13仿真结果如图14、图15、图16所示:1.加法计算器的仿真将总开关拨到加减区，再拨动加法开关，置数0101,1000输入显示5,9输出结果为14=5+9,与预期结果相同。说明完成加法功能。j11!/3duSLI雀：事苑=piE-SM11 Ipu尸WE：图142. 减法计算器的仿真将总开关拨到加减区，再拨动减法开关，置数1001,0001输入显示9,1输出结果为8=9-1，与预期结果相

11、同。说明完成减法功能。q- rx. ITEI"*O上耳7E1匚亠_ i十Hill HillLn I 乜丹*idftF! N 乩.4> =M-IV-UJSlllllK 悯巨 - ” IiiiBiaipfc -N图153. 乘法计算器的仿真将总开关拨到乘法区，置数 0011,0011输入显示3,3 输出结果为9=3*3,与预期结果相同。说明完成乘法功能。3*eB I ' mi_*I国k -片匚禱I17：d图16专Is斗丄空訶 a匸11卩 星工« Ik*IHPlri4fellIlin Bill llllllllshIfu五、设计总结和感想心得通过以上的设计和仿真结果，说明本设计电路能完成四位二进制数字的加减和乘法运 算，并在数码显示管上能够显示出输入的数字和计算的结果。本次大作业的设计，在老师没有提出特别具体的要求、比较开放性的条件下，我就尽 我所能地设计出较好的并且更好地完成功能的计算器电路。由于水平有限和时间仓促， 可能还有很多不足和需要改进的地方，在考试结束后我会再想办法去做出进一步改进。 其实在设计的过程中，先有