1、电子技术课程设计课题： 简易加减计算器系 别： 电气与电子工程系专 业： 电气工程及其自动化姓 名： 学 号： 河南城建学院2012 年 6 月 21 日成绩评定一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定） 。二、评分设计报告评分 答辩评分 平时表现评分评分项目 任务完成情 况（ 20分）课程设计报告质量（ 40分）表达情况（ 10分）回答问题情 况（ 10分）工作态度与纪律（ 10分）独立工作能力（ 10分）合 计（ 100分）得分课程设计成绩评定班级 姓名 学号 成绩： 分（折合等级 ）指导教师签字 年 月 日一、设计目的1、综合运用相关课程中所学到的知识去完成设
2、计课题。2、熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，掌握合理选用器件的原则。3、学会电路的设计与仿真。4、通过查阅手册和相关文献资料，培养学生独立分析和解决问题的能力。5、培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。二、设计要求1、用于两位以下十进制的加减运算。2、以合适方式显示输入数据及计算结果。三、总体设计1、设计电路原理置数 开关选择运算方式加法运算电路减法运算电路译码显示计算结果显示所置入的两个一位十进制数图 1 加减运算原理框图如图 1 所示第一步 置入两个四位二进制数。例如（1001） 2,（0011） 2 和（0101）2， （1000） 2，同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制
3、数 9，3 和5，8。第二步 通过开关选择加（减）运算方式； 第三步 若选择加运算方式所置数送入加法运算电路进行运算；同理若选择减运算方式，则所置数送入减法运算电路运算；第四步 前面所得结果通过另外两个七段译码器显示。即：若选择加法运算方式，则（1000） 2+（0110） 2=（1110） 2 十进制 8+6=14并在七段译码显示器上显示 14。若选择减法运算方式，则（0101） 2-（1000） 2=（10011） 2 十进制 5-8= -3并在七段译码显示器上显示-3。2、运算方案方案一通过开关 J1-J8 接不同的高低电平来控制输入端所置的两个一位十进制数，译码显示器 U10 和 U1
4、3 分别显示所置入的两个数。数 A 直接置入四位超前进位加法器 74LS283 的 A4-A1 端，74LS283 的 B4-B1 端接四个 2 输入异或门。四个 2 输入异或门的一输入端同时接到开关 S1 上，另一输入端分别接开关 J5-J8，通过开关 J5-J8 控制数 B 的输入。当开关 S1 接低电平时， B 与 0 异或的结果为 B，通过加法器 74LS283 完成两个数 A 和 B 的相加。当开关 J1 接高电平时，B 与 1 异或的结果为 B 非 ，置入 的数 B 在 74LS283 的输入端为 B 的反码，且 74LS283 的进位信号 C0 为 1，其完成 S=A+B（反码）
5、+1，实际上其计算的结果为 S=A-B 完成减法运算。由于译码显示器只能显示 0-9，所以当 A+B9 时不能显示，我们在此用另一片芯片 74LS283 完成二进制码与 8421BCD 码的转换，即 S9（1001） 2 时加上 6（0110） 2，产生的进位信号送入译码器 U15 来显示结果的十位，U14 显示结果的个位。由于减法运算时两个一位十进制数相减不会大于 10，所以不会出现上述情况，用一片芯片 U14 即可显示结果。方案二由两异或门两与门和一或门组成全加器，可实现一位二进制加逻辑运算，四位二进制数并行相加的逻辑运算可采用四个全加器串行进位的方式来实现，将低位的进位输出信号接到高位的
6、进位输入端，四个全加器依次串行连接，并将最低位的进位输入端接逻辑“0”，就组成了一个可实现四位二进制数并行相加的逻辑电路。通过在全加器电路中再接入两个反相器可组成一个全减器，实现一位二进制减逻辑运算，将来自低位的错位信号端接到向高位借位的信号端，依次连接四个全减器，构成可实现四位二进制数并行进行逻辑减运算的电路。在两组电路置数端接开关控制置数输入加法还是减法运算电路，电路输出端接 LED 灯显示输出结果，输出为五位二进制数。通过对两种方案的比较，为实现设计要求，首先在不计入数码管所需芯片的情况下，方案二一共需要十二个芯片，电路的连接相当复杂，产生接线错误和导线接触不良的几率大大增加，而且耗费较
7、高；而方案一一共需要七或九个芯片，且其中几个芯片只用到一两个门，相对接线较简单，容易实现。其次，方案二采用串行进位和借位的方式来实现四位逻辑加减运算，任意一位的逻辑运算必须在前一位的运算完成之后才能进行，相较而言运算速度不高；而方案一采用的是超前进位的方式来实现四位逻辑运算的，每位的进位只有加数和被加数决定，而与低位的进位无关，它的运算速度较方案二高出很多。综上所述，方案一较方案二更加优秀，不仅电路简单而且运算速度更快，经综合小组各设计方案，被选为小组共同方案。四、各部分电路设计1、加法电路的实现用两片 4 位全加器 74LS183 和门电路设计一位 8421BCD 码加法器。由于一位 842
8、1BCD 数 A 加一位数 B 有 0 到 18 这十九种结果。而且由于显示的关系,当大于 9 的时候要加六转换才能正常显示，所以设计的时候有如下的真值表：0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 10 0 0 1 0 0 20 0 0 1 1 0 30 0 1 0 0 0 40 0 1 0 1 0 50 0 1 1 0 0 60 0 1 1 1 0 70 1 0 0 0 0 80 1 0 0 1 0 90 1 0 1 0 1 100 1 0 1 1 1 110 1 1 0 0 1 120 1 1 0 1 1 130 1 1 1 0 1 140 1 1 1 1 1 151 0 0 0
9、0 0 161 0 0 0 1 0 171 0 0 1 0 0 18需要装换1 0 0 1 1 0 191 0 1 0 0 0 201 0 1 0 1 0 211 0 1 1 0 0 221 0 1 1 1 0 231 1 0 0 0 0 241 1 0 0 1 0 251 1 0 1 0 1 261 1 0 1 1 1 27无关项1 1 1 0 0 1 281 1 1 0 1 1 291 1 1 1 0 1 301 1 1 1 1 1 31无关项由前 16 项得： 132012301230123012301230123 SSSSSSY 由后 10 项得： 1OYC由以上两式得 Y=CO+S3
10、S2+S3S1由于用与非门比较方便所以我们选用了与非门电路有以下两种选择：(1) 43424324342Y=C+S=+SC(2) S但由于（1）方式简单所以我们选用了（1）方式得到了如下的理论图:加法电路图 2 加法实现电路2、减法电路的实现该电路功能为计算 A-B。若 n 位二进制原码为 N 原 ，则与它相对应的补码为N 补 =2n-N 原 ，补码与反码的关系式为 N 补 =N 反 +1，A-B=A+B 补 -2n=A+B 反 +1-2n因为 B1= B 非，B 0=B，所以通过异或门 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。加法
11、器相加的结果为：A+B 反 +1由于 2n=24=(10000)2,相加结果与相 2n 减只能由加法器进位输出信号完成。当进位输出信号为 1 时，它与 2n 的差为 0；当进位输出信号为 0 时，它与 2n 差值为 1，同时还要发出借位信号。因为设计要求被减数大于或等于减数，所以所得的差值就是 A-B 差的原码，借位信号为 0。减法电路：图 3 减法实现电路3、译码显示电路译码显示电路是由一个七段 LED 译码驱动器 74HC4511 和一个七段 LED 数码显示器组成。在 74HC4511 中，经前面运算电路运算所得的结果输入 74HC4511的 D3D2D1D0，再译码输出，最后在七段 L
12、ED 显示器中显示出来图 4 译码显示电路4、电路图的仿真及检测通过学习 Multisim 软件和对前面加减法运算电路的研究，总结出一套简单方便又可达到要求的方案，并设计出以下电路图：图 5 加法显示电路图 6 减法显示电路五、整体电路图六、设计总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课
13、程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。尤其学习软件 Multisim，除了可以提高仿真能力、综合能力和设计能力外，还可进一步提高实践能力。初步掌握一种电子电路计算机辅助分析和设计软件对学习模拟电子技术基础课很有必要。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献1 杨颂华.数字电子技术基础（第二版）.西安电子科技大学出版社，2009.2 江捷,马志诚.数字电子技术基础.北京工业大学出版社，2009.3 阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社，2006.4 邓元庆，加鹏.数字电路与系统设计.西安电子科技大学出版社，2003.5 王义军.数字电子技术/电气工程及其自动化.中国电力出版社，2006.6 黄智伟，李传琦.基于 Multisim 2001 的电子电路计算机仿真设计与分析.电子工业出版社,2004.
