十翻二运算电路设计

./TOC\o"1-3"\h\u目录5363一、内容摘要 230430二、技术指标 383231、系统结构要求 356262、电气指标 3269633、设计条件 429501三、主要芯片 4112781、排阻 457902、发光二极管 535373、数码管 6250284、74283 7242495、4511译码器 8197386、八位拨码开关 99001四、方案设计 92710五、完整电路设计 15286541.布线 1591482.布局 15309123、完整电路及简要说明 1652764、单元电路设计 16275835、电路设计图： 17132786、自己完成的实物图： 1818903六、安装与调试 1830748〔一使用的主要仪器仪表： 1811051〔二调试电路的方法和技巧： 1927928〔三测试数据 196136〔四调试中出现的故障、原因及排除方法 1932654七、电路特点及方案优缺点 208604八、元件清单 2015540九、心得体会 201172十、参考文献 21十翻二运算电路设计一、内容摘要关键字：十翻二运算、全加器、BCD码人们在向计算机输送数据时,首先把十进制数变成二—十进制数码即BCD码,运算器在接受到二一十进制数码后,必须要将它转换成二进制数才能参加运算。这种把十进制数转换成二进制数的过程称为"十翻二"运算。本报告主要介绍十翻二电路的设计思路,实现方法与调试过程。包括系统设计,方案比较,系统框图,单元模块分析与设计,完整电路图,电路工作原理,运行说明,调试方法与技巧,故障分析与解决方法,以及对电路的改进等。技术指标1、系统结构要求系统结构方框图所示2、电气指标1．具有十翻二功能。2．能完成三位数十进制数到二进制数的转换。3．能自动显示十进制数及二进制数。4．具有手动和自动清零功能。3、设计条件1.电源条件：直流稳压电源提供+5V电压。2.实验仪器和材料：名称备注仪器实验室配备万用表一个面包板1块剪刀一把镊子一把各色导线若干三、主要芯片1、排阻排阻,就是若干个参数完全相同的电阻,它们的一个引脚都连到一起,作为公共引脚,其余引脚正常引出。所以如果一个排阻是由n个电阻构成的,那么它就有n+1只引脚,一般来说,最左边的那个是公共引脚。它在排阻上一般用一个色点标出来。2、发光二极管发光二极管,就是在半导体p-n结或与其类似结构上通以正向电流时,能发射可见或非可见辐射的半导体发光器件。注意发光二极管是一种电流型器件,虽然它的两端直接接上3V的电压后能够发光,但容易损坏,在实际使用中一定要串接限流电阻,工作电流根据型号不同一般为1mA到3OmA。另外,由于发光二极管的导通电压一般为1．7V以上,所以一节1．5V的电池不能点亮发光二极管。同样,一般万用表的R×1档到R×1K档均不能测试发光二极管,而R×10K档由于使用15V的电池,能把有的发光管点亮。

用眼睛来观察发光二极管,可以发现内部的两个电极一大一小。一般来说,电极较小、个头较矮的一个是发光二极管的正极,电极较大的一个是它的负极。若是新买来的发光管,管脚较长的一个是正极。3、数码管管脚图以A3A2A1A0表示显示译码器输入的BCD代码以a—Yg表示出的7位二制代码并规定用1表数码管中线的点亮状态用0表示段的熄灭状态七段显示译码器的真值表输入输出数字A3 A2 A1 A0 Ya Yb Yc Yd Ye f 字形Yg00000111111010001011000020010110110130011111100140100011001150101101101160110001111170111111000081000111111191001111001110101000011011011001100112110001000111311011001011141110000111115111100000004、74283四位超前进位并行加法器管脚排列图所谓超前进位加法器是指,为了提高运算速度,在电路结构中通过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号,而无需再从最低位开始向高位逐位传递进位信号的多位加法器。<1>全加器——实现一位二进制数加法输入：被加数Ai、加数Bi、低位的进位Ci-1输出：和Si、向高位的进位Ci Si=Ai⊕Bi⊕Ci-1Ci=AiBi+<Ai⊕Bi>Ci-1<2>超前进位：各位的进位输出不经过低位加法器传输,直接由所有低位的加数、被加数产生。Ci=AiBi+<Ai⊕Bi>Ci-1=Gi+PiCi-1产生变量：Gi=AiBi传输变量：Pi=Ai⊕BiC1=G1+P1C0C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0各进位信号同时产生,运算速度快,但电路复杂。5、4511译码器4511是一个用于驱动共阴极LED〔数码管显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。6、八位拨码开关八位拨码开关,每一个部分多是一个独立的开关电路,开路拨向ON的一方,开关导通,否则就是断开。在此电路中拨码开关的作用则是输入BCD码。四、方案设计用加法器实现BCD码至二进制数的转换基于这样的事实：将BCD码字中各个为"1"的位所代表的权值的等值二进制数相加,即可获得该BCD码的等值二进制数。例如：十进制数36,BCD码为00110110,其中为"1"的位从高到低的权值依次为20、10、4、2.20101001001010400100200010相加36100100〔25+22实际进行加法运算时,最低位不必进行。最低位可以直接以BCD码字的最低二进制输出。至于最低位以外的各个二进制位,也只需要将相同位置的"1"及相邻低位来的进位相加〔次低位无最低位来的进位,而对于"0"则不必去将其相加。相同位置的"1"的个数越少,所需要的加法次数也就越少,需要的加法器越少,实现的电路也越简单、经济。〔1一片74283加法器构成的BCD码/6位二进制数变换电路：b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+C2b4=D11+C3b5=C4〔2两片74283加法器构成的BCD码/7位二进制数变换电路：b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+D12+C2b4=D11+D13+C30+C31b5=D12+C40+C41b6=D13+C5由于加法器的任一位仅允许三个加法输入〔被加数、加数、相邻低位来的进位,所以b3、b4的逻辑值必须经过两次加法运算才能获得。将b3、b4的表达式进行分组：产生进位C30产生进位C40b3=〔D03+D10+C2+D12b4=〔D11+C30+D13+C31产生部分和S30产生部分和S40产生和b3及进位C31产生和b4及进位C41b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+C2+D12b4=D11+C30+D13+C31b5=D12+C40+C41b6=D13+C5〔3三片74283加法器构成的BCD码/10位二进制数变换电路：b0=D00b1=D01+D10b2=D02+D11+D20+C1b3=D03+D10+D12+D21+C20+C21b4=D11+D13+D22+C30+C31+C32b5=D12+D20+D23+C40+C41b6=D13+D20+D21+C50+C51b7=D21+D22+C60+C61+C62b8=D22+D23+C70+C71b9=D23+C80五、完整电路设计1.布线导线颜色电源正〔红色,地线〔黑色信号总线〔用不同的颜色,方便测试与查错导线走向横平竖直〔不同于PCB设计不架"天桥",不走"地沟"导线尽可能短,长线不能分成一段一段〔故障率高。符合电气规则2.布局集成电路缺口方向保持一致。元件布局疏密合理。元件位置合理显示〔上端,按键〔下端,接口〔左端电路结构合理,按模块〔单元电路布局模拟数字分开,大小信号分开,信号源独立电源线和地线接法单点接地与多点接地双回路供电设置测试点便于走线3、完整电路及简要说明接入+5V高电位后,经过公共端置1,此时在拨码开关上从低位到高位拨0-9之间的数〔从右到左,分别为个位,十位,百位,经过4511译码器在数码管上显示十进制数；并经过5位全加器74283,实现十进制转换成二进制,在LED上显示。4、单元电路设计输入部分：用拨码开关1-12位,输入BCD码。与排阻串联。四位代表一个十进制数。拨码拨下开关1,表示2的0次方,2表示2的1次方,3表示2的2次方,4表示2的3次方。显示部分：二进制数字的显示可以用LED发光二极管指示,十进制数字的显示用七段数码管显示。十翻二计算部分：全加器Σ可选用74LS283全加器。用加法器实现BCD码到二进制数的转换。全加器16脚接高电位,7,8脚接低电位。5、电路设计图：6、自己完成的实物图：六、安装与调试〔一使用的主要仪器仪表：万用表,实验箱。〔二调试电路的方法和技巧：1、分模块连接、调试,待到各模块调试成功后,再将各模块连接起来同一调试。2、分模块调试时,时钟部分先用实验箱上固定频率进行调试,待调试成功后,再将时钟模块连接好进行调试。3、当出现错误时,先使用较低频率〔1Hz作为时钟,利用LED灯对出现错误部分的前级进行测验,对比设计逻辑以便找出错误所在。4、连线时对时钟线、复位线、电源线、地线、数据线用不同颜色的电线连接以便于检查。〔三测试数据输入值〔十进制255127252输出值〔二进制11111111011111111111100〔四调试中出现的故障、原因及排除方法故障一：数码管显示不正确。原因是数码管的3、4管脚未接高电位、5、8管脚未接低电位,不能以输入的信号控制数码管,连接后问题解决。故障二：二极管显示不正确。原因没有合理考虑进位问题。原先是用四块74283实现的,考虑进位后,采用了五块74283解决了该问题。七、电路特点及方案优缺点此电路由于分模块设计,所以功能清晰,并易于分块调试,且接法相对简单,但由于既要供电于数码管,又要供电给十翻二电路,译码器电流不足,会导致数码管显示偶数正常而奇出现问题。可在拨码开关和4511之间加门电路增加译码器的驱动能力解决该问题。八、元件清单器件型号数量45113742835共阴极数码管3拨码开关2发光二极管10100Ω电阻10300Ω电阻3

1K排阻

2九、心得体会这次电路设计让我了解了电子电路的一些基本知识,实验的课题为"十翻二运路电路"。由于,在之前的学习中,没有接触过电路方面的知识,刚开始觉得设计很困难,从每个元器件的作用,到运算电路的算法的设计,每一步都很困难。后来,通过去图书馆找资料和网上搜索的知识对整个电路设计的过程,有了很大的了解。当然,这也要感谢同学和老