南邮十翻二运算电路.docx
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南邮十翻二运算电路
一、容摘要----------------------------------------------------2
二、技术指标----------------------------------------------------3
三、主要元器件--------------------------------------------------------------------------4
1.排阻--------------------------------------------------------------------------------4
2.发光二极管-----------------------------------------------------------------------4
3.数码管-----------------------------------------------------------------------------5
4.74283------------------------------------------------------------------------------6
5.4511译码驱动器-----------------------------------------------------------------7
6.74174------------------------------------------------------------------------------8
7.八位拨码开关--------------------------------------------------------------------8
四、方案设计----------------------------------------------------9
五、完整电路及简要说明------------------------------------20
六、安装与调试------------------------------------------------21
1.使用的主要仪器仪表-----------------------------------------------------------212.调试电路的方法和技巧---------------------------------------------------------21
3.测试数据---------------------------------------------------------------------------22
4.调试中出现的故障、原因及排除方法---------------------------------------22
5.正确执行结果---------------------------------------------------------------------22
七、电路特点及方案优缺点---------------------------------24
八、元件清单---------------------------------------------------24
九、心得体会---------------------------------------------------25
十、参考文献---------------------------------------------------25
十一、附录------------------------------------------------------26
十翻二运算电路设计
一、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。
Transferdatatothecomputerpeople,thecomputershouldfirstturnintothebinary-decimaldothatBCD,computingdeviceswillreceivethebinary-onlyafterdecimaloperation,whichconverttobinarynumberiscalledthe"decimalturnbinary"operation.
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。
Thisreportmainlyintroducesdecimalturntobinarycircuitdesign,implementationmethodanddebuggingprocess.Includesystemdesign,programcomparison,thesystemframe,unitmoduleanalysisdesign,completecircuitdiagram,circuitprinciple,operationinstructions,debuggingmethodandskill,failureanalysisandsolvingmethodsandcircuitimprovement,etc
二、技术指标
●系统结构要求
系统结构方框图如图2-1所示。
图2-1
●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。
●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、主要元器件
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、数码管以A3A2A1A0表示显示译码器输入的BCD代码,以Ya—Yg表示出的7位二进制代码,并规定用1表示数码管中线的点亮状态,用0表示线段的熄灭状态。
(1)七段显示译码器的真值表
输入输出
数字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYf字形
Yg
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
3
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
7
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
9
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
10
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
11
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
12
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
13
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
14
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
15
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
4、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-1
Ci=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⊕Bi
C1=G1+P1C0
C2=G2+P2G1+P2P1C0
C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0
C4=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译码驱动器
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、74174
双列16脚,六上升沿D触发器(有公共清除端,Q端出),
双极型低功耗肖基特TTL,电源电压=5V。
7、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55,BCD码为1010101,其中为“1”的位从高到低的权值依次为40、10、4、1.
40--------1000000
10--------0010000
4--------0000100
+1--------0000001
-------------------------------------
55---------1010101
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。
一片74283加法器构成的BCD码/6位二进制数变换电路:
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1b3=D03+D10+C2
b4=D11+C3
b5=C4
两片74283加法器构成的BCD码/7位二进制数变换电路:
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1
b3=D03+D10+D12+C2
b4=D11+D13+C30+C31
b5=D12+C40+C41
b6=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C40
b3=(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
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1
b3=D03+D10+C2+D12
b4=D11+C30+D13+C31
b5=D12+C40+C41
b6=D13+C5
五片74283加法器构成的BCD码/10位二进制数变换电路:
二进制数
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
b8
b9
权
2^0
2^1
2^2
2^3
2^4
2^5
2^6
2^7
2^8
2^9
BCD码
(1)
(2)
(4)
(8)
(16)
(32)
(64)
(128)
(256)
(512)
D00
1
*
D01
2
*
D02
4
*
D03
8
*
D10
10
*
*
D11
20
*
*
D12
40
*
*
D13
80
*
*
D20
100
*
*
*
D21
200
*
*
*
D22
400
*
*
*
D23
800
*
*
*
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+D20+C1
b3=D03+D10+D12+D21+C20+C21
b4=D11+D13+D22+C30+C31+C32
b5=D12+D20+D23+C40+C41
b6=D13+D20+D21+C50+C51
b7=D21+D22+C60+C61+C62
b8=D22+D23+C70+C71
b9=D23+C80
如下是公式推导(表示A.B管脚)(表示所算的是bn位)
注:
A201(表示74283的第几号下标)
(表示第几块74283芯片)
b0=D00(*表示输出)
b1=D01(A100)+D10(B100)(同一位的计算,上标相同)
(两个数直接相加,两下必须相同)
*S00+进位A201
b2=D02(A201)+D11(B201)+D20(B210)
S01(A302)+进位A302
*S11+进位A311
(两个数直接相加得到S,两下必须与加数相同)
b3=D03(A302)+D10(B302)+D12(B311)+D21(B220)
S02(A311)+进位A403
S11(A412)+进位A412
*S20+进位A421
b4=D11(A403)+D13(B403)+D22(B412)
S03(A412)+进位A513
B421(接地)
S12(A421)+进位A513
*S21+进位A522
b5=D12(B513)+D20(B522)+D23(B530)
A513
S13(A522)+进位A623
S22(A530)+进位A623
*S30+进位A631
b6=D13(B623)+D20(B631)+D21(B640)
A623
S23(A631)+进位A732
S31(A640)+进位A732
*S31+进位A741
b7=D21(B732)+D22(B741)
A732
S32(A741)+进位A833
*S41+进位A842
b8=D22(A833)+D23(B833)
S33(A842)+进位A943
B421(接地)
*S42+进位A943
b9=D23(B943)
A943
*S43
五、完整电路及简要说明
1.实验电路图:
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74174触发器触发,再经4511译码驱动,在数码管上显示三位十进制数;并经过5位全加器74283,实现十进制转换成二进制,在发光二极管上显示。
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,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)
628
511
513
输出值(二进制)
1010101010
0111111111
1000000001
(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。
(五)正确执行结果:
七、电路特点及方案优缺点
此电路设计模块功能清晰,易于分模块调试,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,会导致数码管只显示偶数,不显示奇数。
可以在拨码开关和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
4511
3
74283
5
共阴极数码管
3
拨码开关
2
发光二极管
10
100Ω电阻
4
74174
2
1K排阻
2
九、心得体会
通过此次课程设计学习了相关的电子电路知识。
掌握综合性和系统性电子电路的设计原则和方法。
进一步掌握了74系列多种芯片的使用方法,了解了设计数字电路的过程,学会分模块调试数字电路,以及一些电路检测方法,对使用面包板进行设计更加了解,增加了设计经验,对布线方法有了进一步的了解。
如在面包板上最好将不同功能的线路用颜色加以区别,地线与电源线不要靠得过近以照成干扰,布线一定要事先考虑好,可减少布线时不必要的麻烦等。
十、参考文献
豫滇《电子电路课程设计》:
河海大学,2008
广兴《新编电子电路实用手册》电子工业,2010