4位二进制加法器课程设计解析

长安大学电工与电子技术课程设计长安大学电工与电子技术课程设计题目：4位二进制加法器学院：汽车学院专业：汽车运用工程班级：姓名：学号：指导老师：李三财长安大学电工与电子技术课程设计目录一、课题名称与技术要求···························二、摘要·········································三、总体设计方案论证及选择·······················1、方案论证与选择······························2、加法器的选取································3、译码器的选取································4、数码管的选取································四、设计方案的原理框图、总体电路原理图及说明·····1、原理框图····································2、总体电路原理图······························3、说明········································五、单元电路设计、主要元器件选择及电路参数计算···1、单元电路设计································2、主要元器件选择······························六、收获与体会及存在的问题·······················七、参考文献·····································八、附件·········································长安大学电工与电子技术课程设计一、课题名称及技术要求1、课题名称：四位二进制加法器2、技术要求：a、四位二进制加数与被加数输入b、二位数码管显示二、摘要本加法器要实现能够输入加数和被加数，并且还能够将最终结果用二位数码管显示出来的功能。由于输入的加数和被加数是四位二进制数，所以我们通过控制8个开关A3、A2、A1、A0和B3、B2、B1、B0的“闭合”与“断开”来实现输入“1”和“0”，将8个开关所输入的信号输入到“超前进位集成4位二进制加法器74LS283”，然后将加法器的5个输出端接到译码器Ⅰ，这个译码器加法器所得的和数译码成十进制的十位数和个位数，并将两个数位上的数分别以4为二进制码X3、X2、X1、X0和Y3、Y2、Y1、Y0输出，最后分别将十位、个位的二进制码输入到两个“74LS247型七段译码器”，译码器与BS204数码管相连，数码管便将两个加数的和以二位十进制数显示在数码管上了。三、总体设计方案论证及选择1、方案论证与选择方案一：加数与被加数的输入，通过键盘直接输入两个二位十进制数，然后通过译码器将它们翻译成两个四位二进制数，然后通过并行加法长安大学电工与电子技术课程设计器进行加法运算，将所得和通过译码器翻译后，再将翻译结果输入到七段数码管，最终将计算结果以二位十进制数形式显示在七段数码管上。方案二：加数与被加数的输入，通过八个开关的“闭合”与“断开”分别表示“0”和“1”，来输入两个四位二进制数，然后通过并行加法器进行加法运算，将所得的和，通过五个发光二级管的“亮”与“灭”分别表示“1”“0”，表示成一个五位二进制数。方案三：加数与被加数的输入，通过八个开关的“闭合”与“断开”分别表示“0”和“1”，来输入两个四位二进制数，然后经过并行加法器进行加法运算，然后通过译码器翻译后，再讲翻译结果输入到七段数码管，最终将计算结果以二位十进制数形式显示在七段数码管上。方案比较：方案一，看起来很“高大上”，但是第一步的键盘输入及译码功能电路很复杂，难以实现。因此舍弃此方案方案二，第一眼看上去，感觉方案很古老，输入用8个开关，而输出用5个灯表示，虽然简单，但是不符合课题中“二位数码管显示”这一技术要求。因此舍弃此方案。方案三，输入方式很土，但是操作很简单，同时也能达到用二位数码管显示的要求。因此，选择此方案最恰当。长安大学电工与电子技术课程设计2、加法器的论证与选择a、串行加法器可用课本P267例20.7.1所给的电路设计，用四个1位全加器组成一个能够实现两个4位二进制数的运算的加法器，这样串行进位全加器，任意1位的运算都必须等到低位加法完成送来进位是才能进行，缺点是运算速度很慢，优点是电路比较简单。b、并行加法器可直接用集成元件超前进位集成4位二进制加法器74LS283，这种全加器，工作时，各位同时进行运算，进位数直接根据各位的加数确定了，不需要等到低位运算结束就可得到进位数，缺点是电路设计比较复杂，优点是运算速度更快。选择：由于并行加法器已经有现成的集成元件，为了电路设计简单，也考虑到常用的元件，我们选择超前进位集成4位二进制加法器74LS283。3、译码器Ⅱ的论证与选择译码是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予含义“翻译”出来，给出相应的输出信号。这里要用到显示译码器，显示译码器分为七段译码器和八段译码器，此处不需要显示小数，所以最终选择七段译码器。七段显示译码器的功能是把“8421”码二-十进制代码译成对应数码长安大学电工与电子技术课程设计管的七段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。常见且常用的用的有74LS247型译码器和74LSS248型译码器，74LS247输出低电平有效，74LS248输出高电平有效。两种都可以用，我们所熟悉的是课本所讲的74LS247，所以，最终选择74LS247型译码管。4、数码管论证与选择数码管的作用，就是将译码器“翻译”过来的信号，通过七段发光二级管显示出来，由于数码管要与译码器配合使用，前边用的是74LS247型译码器，应采用共阳极数码管，所以最终选择共阳极BS204型半导体数码管。四、设计方案的原理框图、总体电路原理图及说明1、原理框图长安大学电工与电子技术课程设计2、总体电路原理图说明：图中译码器与数码管间的电阻均为510欧姆五、单元电路设计、主要元器件选择及电路参数计算1、加数与被加数输入（逻辑开关）设计通过改变8个开关的不同状态来达到数据输入的功能，每4个一组，分别用以输入加数和被加数，如下图所示，开关“断开”表示“1”，开关“闭合”表示“0”。长安大学电工与电子技术课程设计2、加法器设计超前进位集成4位加法器74LS283的逻辑图超前进位集成4位加法器74LS283的管脚图长安大学电工与电子技术课程设计3、译码器Ⅰ设计逻辑状态表十进制数输入输出C1S3S2S1S0Y3Y2Y1Y0X3X2X1X001234567891011121314151617181920212223242526272829300000000000000000111111111111111000000001111111100000000111111100001111000011110000111100001110011001100110011001100110011001010101010101010101010101010101000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001111111111100000000001111111111000000000010000000011000000001100000000110000011110000001111000000111100000110011000011001100001100110000101010101010101010101010101010长安大学电工与电子技术课程设计根据逻辑状态表我们可得到逻辑式如下：Y3=0Y2=0Y1=C1S3错误!未找到引用源。+C1错误!未找到引用源。S1+C1S2错误!未找到引用源。+C1S3S2S1错误!未找到引用源。Y0=C1错误!未找到引用源。+错误!未找到引用源。S3S1+错误!未找到引用源。S3S2错误!未找到引用源。+C1S3S2S1错误!未找到引用源。X3=C1S3错误!未找到引用源。+C1错误!未找到引用源。S1+C1S3S2错误!未找到引用源。X2=错误!未找到引用源。S2+C1S3错误!未找到引用源。X1=错误!未找到引用源。S1+错误!未找到引用源。S1+C1错误!未找到引用源。S1+错误!未找到引用源。S3S2错误!未找到引用源。X0=C1错误!未找到引用源。S0+错误!未找到引用源。+C1S3错误!未找到引用源。+C1S3S1S0根据逻辑式，可以设计出译码器Ⅰ的电路图如下图所示：译码器长安大学电工与电子技术课程设计Ⅰ电路图4、译码器Ⅱ的选择译码器我们选择的是集成的74LS247译码器，这是一个七段显示译码器，其主要功能是把“8421”码译成对应于数码管的7个字段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。C3、C2、C1、C0是“8421”码的4位输人信号，a,b,c,d,e,f,g是七段译码输出信号，LT，RBI，长安大学电工与电子技术课程设计BI为控制端。灯测试输人端LT：当LT=0，BI＝1时，无论C3~C0为何种状态，a,b,c,d,e,f,g的状态均为0，数码管七段全亮，显示“8”字形，用以检查七段显示器各字段是否能正常工作。灭零输入端RBI：当RBI＝0时，且LT＝1，BI＝0时，若A3～A0的状态均为0，则所有光段均灭，在数字显示中用以熄灭不必要的0。灭灯输人/灭零输出端BI：当BI＝0时，无论LT，RBI及数码输人C3～C0状态如何，输出a,b,c,d,e,f,g均为1，七段全灭，不显示数字；当BI＝1时，显示译码器正常工作。74LS247型七段译码器的功能表74LS247型七段译码器引脚图长安大学电工与电子技术课程设计5、数码管的选择我们选择的是七段显示器，七段显示器分为共阴极接法和共阳极接法两种，此处为74LS247译码器配套选用BS204共阳极半导体数码管。即若需某字段亮，则需使该字段为低电平，也即低电平有效。查阅资料可知发光二级光的正向工作电压一般为1.5V至3V，驱动电流需要几毫安至几十毫安。因此，在实际应用中，应在每个二极管支路串接限流电阻以防电流过大而损坏二极管。长安大学电工与电子技术课程设计七段数码管的字形结构七段数码管的共阳极接法六、收获与体会及存在的问题这次课设是大学以来，所做的第一个课程设计，拿到课题时一时间真不知如何下手，好在老师给了一定提示，通过熟读课本，查阅相关书籍，和同学讨论以及在网上搜集资料，我对题目的要求有了深刻理解，于是根据功能要求，我有了自己的方案，经过三天“闭关”式的工作，我终于完成了这次课程设计。这些全是我自己的劳动成果，也许也会有许多不足，有很多缺点，但是我很满足，很有成就感。课程设计就是为了培养学生的独立思考能力，创新能力，以及动手实践能力，通过这次课程设计，我得到了很大的收获，在独立思考，动手实践能力上都有很大提高，课程设计也让我学会了如何将理论与实践相结合。让我也认识到理论与实际的差别，让我明白在以后的学习和工作当中，要注重实践，这样才能更好地运用我们所学的理论知识。长安大学电工与电子技术课程设计当然，在进行设计的过程中，我也遇到了很多难题，比如，起初我想通过键盘实现加数与被加数的输入，后来发现这个电路太复杂，其实用8个开关就可以了，电路很简单，还有在译码器Ⅰ的设计时，我也遇到问题，不过，当我翻阅资料之后发现这其实就是一个组合逻辑电路的设计过程，按照步骤做就可以做出来的。七、参考文献1、《电工学第七版下册电子技术》主编秦曾煌高等教育出版社2、《数字电路实验及课程设计指导书》主编郁汉琪中国电力出版社八、附件1、元件清单：逻辑开关8个74LS283加法器1个译码器Ⅰ1个74LS247译码器2个BS204数码管2个510欧电阻14个2、手绘设计图（3页）长安大学电工与电子技术课程设计评语评阅人：日期：长安大学电工与电