八位二进制加法器论文

-1-前言本次课程设计介绍了一种基于数字电子技术的八位二进制加法器,实现了如下功能:1、八位二进制加数与被加数输入2、三位数码管显示3、三位十进制加数与被加数的输入该电路系统主要分为八位二进制加法器和三位十进制加法器两个系统：八位二进制加法器系统由二进制输入电路、二进制加法运算电路、二进制码到十进制8421BCD码的转换电路和三位数码管显示输出4个模块组成；三位十进制加法器系统由十进制的输入电路、三位十进制8421BCD码加法运算电路、四位数码管显示输出3个模块组成。设计过程：首先由本小组三名同学：夏程鉴，邢晓理，王维在互联网以及图书馆查阅了相关资料与文献，并参考了清华大学出版社06年版《数字电子技术基础》等参考教材，进行了资料整理以及设计构思。随后三名组员分工设计，由邢晓理同学设计输入系统电路，王维同学设计加法系统电路，夏程鉴同学设计二进制_十进制BCD码转换系统电路和输出系统。最后将电路模块整合为一个整体电路系统，并应用Multisim软件进行了设计电路图的绘制和仿真检验。-2-目录前言····················································1摘要····················································3关键词····················································3设计要求··················································3一、设计方案简介1、方案一················································42、方案二················································53、方案三················································6二、单元电路设计与分析1、八位二进制加数与被加数输入(邢晓理)····················72、八位二进制数的加法运算(王维)··························83、二进制数转换为十进制8421BCD码(夏程鉴)···············94、八位二进制加法器总体电路图···························135、十进制加数与被加数输入(邢晓理)························146、三位BCD码加法器(王维)······························157、三位十进制加法器总体电路图····························16元件明细表·················································17结束语·····················································18参考文献···················································19鸣谢·······················································19评语·····················································20-3-数字电子技术课程设计——八位二进制加法器摘要：介绍一种基于数字电子技术的八位二进制加法器电路，该电路分为两个部分，可以分别进行八位二进制和三位十进制加数与被加数的输入，并将结果由数码管显示输出。二进制加法器中将着重介绍九位二进制码向十进制8421BCD码转换的电路，三位十进制加法器将介绍到三位十进制加数与被加数的输入、三位十进制BCD码加法器和部分未实现的构想。关键词:二进制加法器码制转换器十进制BCD码加法器数码管显示8421BCD编码器码制转换器：通过一系列电路，将二进制数每四位看成一个整体，即视之为十六进制数，然后通过码制转换器，转换为十进制BCD码，供数码管显示使用。设计要求：1．八位二进制加数与被加数输入2．三位数码管显示3．三位十进制加数与被加数的输入-4-第一章系统概述一、设计方案简介：方案一:设计要求数码管显示输出，由于数码管输入为十进制BCD码，而加数与被加数输入为八位二进制和三位十进制数，所以考虑添加一个码制转换电路，先使加数与被加数转换为十进制BCD码信号，然后两组加数与被加数公用一个BCD码加法器进行运算，最后将十进制BCD码和数信号输入到数码管，实现数码管显示输出。出现的问题：设计过程中发现码制转换器电路比较繁琐，使用元件数目较多，而此方案需要在加数与被加数输入部分分别放置一组码制转换器，大大增加元件使用量，于是我们经过讨论，修改了此方案，得出方案二。三位十进制BCD码加法运算八位二进制加数与被加数输入八位二进制数到三位十进制BCD码转换三位十进制加数与被加数输入数码管显示输出-5-方案二:相较于上一方案，本方案将码制转换电路放置在八位二进制加法器输出处，即先进行两组八位二进制数的加法运算，再将输出的九位二进制和数信号转换为三位十进制BCD码信号。将三位十进制加数与被加数直接输入到BCD码加法器进行运算，输出BCD码和数信号。两组和数信号共用一组数码管进行显示输出。该方案相比上一方案，虽然增加了一个加法器，增加了元件的使用，但是由于八位二进制加法器输出端为九位，所以在向十进制BCD码转换是大大减少了元件的使用，整体来说在元件节约上更加优秀。出现的问题：在两组电路共用一组数码管显示输出时，用Multisim软件进行仿真模拟运行出现了问题，初步认定是电路带载的问题，解决方法为在输出端添加开关，但是所需元件太多，而且在使用时操作太麻烦，所以我们经过讨论，修改了此方案，得出方案三。八位二进制加数与被加数输入八位二进制数加法运算九位二进制数到三位十进制BCD码的转换三位十进制加数与被加数输入三位十进制BCD码加法运算数码管显示输出-6-方案三:此方案设置了两组数码管，对八位二进制加法运算的结果与三位十进制BCD码加法运算的结果分别进行显示输出。经过Multisim软件的运行检验成功。最后确定采用此方案进行设计。此方案将电路分为两个不相关的部分了，这样必然会增加元件的使用，但是由于相关知识的局限，这是我们能拿出的最好的方案了，下面本文将详细讲解该方案下各细节的设计思想、方法、电路图等。八位二进制加数与被加数输入八位二进制数加法运算九位二进制数到三位十进制BCD码的转换三位数码管显示输出四位数码管显示输出三位十进制加数与被加数输入三位十进制BCD码加法运算-7-第二章单元电路设计与分析一、八位二进制加数与被加数输入(邢晓理)在加数与被加数的输入方面，该电路使用的是单刀双向开关控制输入，一面接5V的VCC，一面接地，当开关打到上方，输入为高电平，该位输入即为“1”，反之为“0”，这样可以有效解决八位二进制加数与被加数的输入。部分电路图如下：S17Key=1S18Key=2S19Key=3S20Key=4S21Key=5S22Key=6S23Key=7S24Key=8VCC5VVCC0-8-二、八位二进制数的加法运算(王维)电路图：74LS283管脚图八位二进制加法器在二进制加运算方面，该电路使用的是两个74LS283D芯片，该芯片是四位二进制超前进位并行加法器，A4、A3、A2、A1、B4、B3、B2、B1分别为它的八个输入端，SUM_4、SUM_3SUM_2、SUM_1分别为它的四个输出端，C0为低位进位端，C4为高位进位端。在该电路中，加数的八位数从高位依次从U36的A4、A3、A2、A1和U35的A4、A3、A2、A1输入，被加数的八位从高位依次从U36的B4、B3、B2、B1和U35的B4、B3、B2、B1输入。低位的四位对应进行加运算，当结果大于四位时，向高电位进位，即从U35的C4端输出一信号至U36的C0端，加入到高位四位的加运算中。结果输出依次为（从高位到低位）C4、SUM_4(U36)、SUM_3(U36)、SUM_2(U36)、SUM_1(U36)、SUM_4(U35)、SUM_3(U35)、SUM_2(U35)、SUM_1(U35)U3574LS283DSUM_410SUM_313SUM_14SUM_21C49B411A412B315A314B22A23B16A15C07U3674LS283DSUM_410SUM_313SUM_14SUM_21C49B411A412B315A314B22A23B16A15C07770-9-三、二进制数转换为十进制8421BCD码(夏程鉴)该电路此处设计实现的是一个二进制到十进制8421BCD码的转换电路。其设计思路分为两步：1、设计一个4bit的大于4即加3的电路，然后。2、利用这个电路来设计二进制到十进制8421BCD码的转换电路验证最高3位，如果大于4则加3并左移一位，否则只左移一位；其算法思想为：1、验证最高3位，如果大于4则加3并左移一位，否则只左移一位；2、依次验证每一个BCD码，如果大于4则加3并左移一位，否则只左移一位；3、重复上面的操作直到进行到进行完最后一次左移后要所验证的BCD码为最后四位BCD码，则结束(一)4bit的大于4即加3电路真值表十进制数二进制数十进制BCD码A1A2A3A4B1B2B3B4000000000100010001200100010300110011401000100501011000601101001701111010810001011910011100由表可以设计出大于4即加3电路，本电路再次使用的74LS283D芯片。设计公式如下：𝑄=𝐴4+𝐴4̅̅̅𝐴3(𝐴1+𝐴2)=𝐴4+𝐴3(𝐴1+𝐴2)𝑆=(𝐴4𝐴3𝐴2𝐴1)𝐵+(𝐵4𝐵3𝐵2𝐵1)𝐷-10-该设计的内部原理图：电路图如下：U5OR3U6OR2U3AND4U7AND3U8NOTU1NOTU2NOTU4NOTU9AND3U10AND3U11AND3U12AND3U13AND3U14OR3U15OR3789U16AND4U17AND4U18AND4111213151651042141718613U274LS283DSUM_410SUM_313SUM_14SUM_21C49B411A412B315A314B22A23B16A15C07U6OR2U12OR2U17AND20257278331741A1A3A4A2S1S3S4S2-11-A端为输入端，B端为输出端，当A4输入为“1”，或者A4为“0”，A3为“1”，A2、A1至少一个为“1”，则“25”端输出为“1”，则加数为“0011”。否则，为“0000”。(二)利用大于4即加3电路设计出二进制到十进制8421BCD码的转换电路算法演变表（因为是八位二进制加法运算结果的转换，而两个（11111111）B相加，结果为(100000000)B，所以在此，我们以(100000000)B为例）二进制码加法111111110移位1010111110加法1010111110移位1100011110加法1100011110移位1100011110加法1100011110移位10010011110加法10010011110移位10010101010加法10010101010移位1010001000010进制BCD码10100010000输出510由上表不难看出，一共是两组转换，分别要用6个和3个大于4即加3电路，所有可得下图：-12-U174LS283DSUM_410SUM_313SUM_14SUM_21C49B411A412B315A314B22A23B16A15C07U4OR2U8OR2341U574LS283DSUM_410SUM_313SUM_14SUM_21C49B411A412B315A314B22A23B16A1