1、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1、 课题名称与技术要求2、 摘要3、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、数码管的选取长安大学电工与电子技术课程设计4、 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5、 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6、 收获与体会及存在的问题7、 参考文长安大学电工与电子技术课程设计献8、 附
2、件1、 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2、 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，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
3、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型七段译码长安大学电工与电子技术课程设计器” ，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。3、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
4、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长安大学电工与电子技术课程设计路很复杂，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
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。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
6、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。长安大学电工与电子技术课程设计3、译码器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
7、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。4、 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5、 单元电路设计、主要元器件选择及电路参
8、数计算长安大学电工与电子技术课程设计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 ”。2、 加法器设计长安大学电工与电子技术课程设计超前进位集成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3、译码器设计长安大学电工与电子技术课程设计逻辑状态表输 入 输 出十进制数C1 S3 S2 S1 S0 Y3 Y2 Y1 Y0 X3 X2 X1 X001234567891011121314151617181920212223
9、242526272829300000000000000000111111111111111000000001111111100000000111111100001111000011110000111100001110011001100110011001100110011001010101010101010101010101010101000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001111111111100000000001111111111000000000010000000
10、011000000001100000000110000011110000001111000000111100000110011000011001100001100110000101010101010101010101010101010根据逻辑状态表我们可得到逻辑式如下：长安大学电工与电子技术课程设计Y3=0Y2=0Y1=C1S3 + C1 S1+C1S2 +C1S3S2S1Y0=C1 + S3S1+ S3S2 +C1S3S2S1 X3=C1S3 +C1 S1+C1S3S2X2= S2+C1S3X1= S1+ S1 +C1 S1+ S3S2X0=C1 S0 + +C1S3 +C1S3S1S0根据
11、逻辑式，可以设计出译码器的电路图如下图所示：译码器电路图长安大学电工与电子技术课程设计4、译码器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，BI 为控制端。灯测试输人端 LT：当 LT=0，BI1 时，无论 C3C0 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
12、。灭零输入端 RBI：当 RBI0 时，且 LT1，BI0 时，若 A3A0 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长安大学电工与电子技术课程设计0。灭灯输人/灭零输出端 BI：当 BI0 时，无论 LT，RBI 及数码输人 C3C0 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 BI1 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 BS
13、204 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。七段数码管的字形结构 七段数码管的共阳极接法6、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，经过三天长安大学电工与电子技术课程设计“闭关”式的工作，我终
14、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。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。7、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 1 个 74LS247 译码器 2 个长安大学电工与电子技术课程设计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：长安大学电工与电子技术课程设计
