数电课程设计简易计算器文档格式.docx
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用开关输入运算数据；
3。
用LED显示运算结果设计要求：
设计要求：
1.分析设计要求,明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图.
2.确定合理的总体方案.对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较,并考虑器件的来源,敲定可行方案。
3.设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4。
组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向,采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
指导教师评语及成绩
平时成绩（20％）：
论文成绩（60%）:
答辩成绩（20％）：
总成绩：
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年月日
摘要
这次的课程设计的任务是设计一个具备加减乘运算功能的电路,能够通过开关控制进行加减法计算和乘法计算，并利用LED灯显示计算结果。
本次设计通过开关的闭合和开通来代表电平的高地位继而代表0和1来输入所要计算的十进制数字.加减运算电路主要由74LS283的级联电路组成。
通过异或门将原码全部转换为补码，然后采用个位和个位相加，十位和十位的相加的原则，将两个的个位的代码送入到一个加法器中，将进位依次传递.但是加法器只可以做加法运算，不满足我们的设计要求,于是我们将减法也变成加法进行运算，运算都为补码，最后再将结果在转换为原码，通过LED灯显示出来。
乘法运算电路主要由移位寄存器74LS194和加法器74LS283组成。
显示电路主要由7段显示译码器构成,将加减和乘法运算电路计算所得的运算结果每4为输入到一块7448芯片中，按高低位排列就得到了我们所需要的十进制的运算结果了。
关键词：
运算；
反码；
LED显示;
移位寄存器
第1章绪论
简易计算器概况
提起计算器，值得我们骄傲的是最早的计算工具诞生在中国.中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又叫做算筹，这种算筹多用竹子制成，也有用木头、兽骨充当材料的，约270,枚一束,放在布袋里克随身携带.17世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展,英国数学家纳皮尔发明的“纳皮尔算筹”,英国牧师奥却德法发明了圆柱形对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可以计算三角函数、指数函数和对数函数，这些计算工具不仅带动了计算机的发展，也为现代计算器的发展奠定了良好的基础,计算器已经成为现代社会应用广泛的计算工具。
计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可选外围设备及电子配件通过人工或机器设备组成。
低档计算器的运算器、控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算，其随机存储器只有一、二个单元,供累加存储用.高档计算器由微处理器和只读存储器实现各种复杂的运算程序，有较多的随机存储单元以存放输入程序和数据。
键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。
为减小计算器的尺寸，一键常常有多种功能。
显示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示器或液晶显示器等。
除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等。
计算器电源采用交流转换器或电池,电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。
为节省电能,计算器都采用CMOS工艺制作的大规模集成电路，并在内部装有定时不操作自动断电电路。
随着社会需求，计算器也从原有单一的数字加减计算演变为复杂的多功能运算.现在不在单一的在某一方面而是涉及到生活的方方面面。
本文设计要求
本次设计的是一个具有加减和乘法运算的简单计算器，并且运用开关输入运算数据，用LED显示运算结果.
1。
分析设计要求，明确性能指标。
必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等,广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2.确定合理的总体方案。
对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源,敲定可行方案。
设计各单元电路。
总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路,逐个设计。
4.组成系统。
在一定幅面的图纸上合理布局。
方案论证
方案一:
用开关输入二进制数字,通过开关的关断和接通来选择运算方式，选择到加减法的运算方式进行加减法运算，运用加法器芯片74LS283实现运算功能，最终将运算结果通过LED显示表示出来.
方案二:
通过开关输入二进制数字，再将其转换为十进制数字进行加减和乘法运算，最终将计算结果转化为十进制数字输出到LED显示出来。
综上所述，方案一实现起来比较方便，并且不容易出现错误,所以本设计采用方案一进行试验.
总体设计方案
置数
开关选择运算方式
加减法运算电路
乘法运算电路
译码显示计算结果
显示所置入的两个一位十进制数
图1.1整体设计框图
方案有三大块组成:
开关输入运算数据、运算电路和显示电路。
开关输入运算数据:
我们通过开关的闭合和开通来代表电平的高地位继而代表0和1来输入所要计算的十进制数字，每位十进制数用4位二进制代码表示。
并通过LED灯转化为可显示的十进制数来体现输入的易操作性.
加减运算电路：
加减运算电路主要由74LS283和进位信号门电路组成。
因为正数的补码和原码相同，负数的补码是在反码基础上加1，所以通过异或门将输进来的十进制数全部转换为补码形式,然后送入全加器，个位与个位相加十位与十位相加，结果按高低位一次将进位通过级联全加器传递.得到的结果仍是正确结果的补码，（正数的补码和原码相同）同时还考虑到在负数求补码是可能会产生进位，于是在通过门电路转换补码后仍要将结果通过级联全加器，转换为原码。
最后得到正确结果。
显示电路：
显示电路主要由7段显示译码器构成，将加减运算电路计算所得的运算结果每4为输入到一块7448芯片中，按高低位排列就得到了我们所需要的十进制的运算结果了。
第2章简易计算器各单元电路设计
简易计算加法电路设计
图2.1加法运算电路原理
通过开关B1～B4、A1~A4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U12和U15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J9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。
2.当开关J9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.
由于译码显示器只能显示0—9，所以当A+B〉9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S〉9（1001）时加上6（0110），产生的进位信号送入译码器U10来显示结果的十位，U11显示结果的个位。
图2.2简易计算器减法实现电路
简易计算器减法电路设计
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B
1=B’；
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。
乘法运算电路设计
图2.3简易计算器乘法电路图原理
译码显示电路设计
图2.4译码显示电路图
译码电路的实现是采用74HC4511BCD码驱动器,驱动共阴极LED数码管.74HC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管之间串入限流电阻既可工作。
译码器还有拒绝伪码的功能，当输入超过1001时，输出全为0。
图7中：
A0、A1、A2、A3为BCD码输入端；
a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出
1有效，用来驱动共阴极LED数码管；
LT’为测试输入端，LT’=0时，译码输出全为1；
BI’为消隐输入端，BI’=0时，译码输出全为0,数码管熄灭；
LE’为锁定端，LE=1时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE=0时的数值，LE=0为正常译码.
在数字实验板上已完成了译码器和数码管之间的连接，四位数码管可接受四组BCD码输入。
第3章简易计算器整体电路设计
系统原理图
图3.1简易计算器整体电路图
当开关接通左侧的时，该计算器进行加减法运算;
当开关接通到右侧时,计算器进行乘法运算。
部分电路仿真
加法电路仿真
图3.2加法运算电路仿真
通过Multisim软件进行加法部分电路的仿真得到结果与预期结果相同，说明加法运算电路部分设计正确合理。
减法电路仿真
图3.3减法运算电路仿真
通过Multisim软件进行加法部分电路的仿真得到结果与预期结果相同，说明减法运算电路部分设计正确合理。
第4章设计总结
本设计的电路能完成二位以下的任意数字的加减和乘法运算，并能在数码显示管上显示出输入的数和计算的结果，但是在减运算时，本电路运用了反码和补码，这样结果才能输出原码.如果输入的被减数小于减数,则电路输出的结果将是结果的补码。
在电路图设计的时候在网上我查到了一个方案，但是在看了那个方案后我觉得他虽然能实现加法和减法的运算，但是当是小数减大数的时候结果将出现补码，而并不是原码.而且不能表示最高位和符号位。
于是我开始自己设计这个电路，使加法和减法电路能很好地融合在一起。
网上的设计方案解决了加减法输入的切换。
我设计的重点就在加减法输出的整合上.使电路即能解决减法计算时出现的补码问题,又能在加法时显示进位，减法时显示符号位，并且共用输出端.利用真值表我顺利的完成了设计的目标，理论知识第一次有了成功的运用。
参考文献
[1]阎石编著《数字电子技术基础》高等教育出版社2006.5
[2]江捷,马志诚《数字电子技术基础》,北京,北京工业大学出版社，2009,10,01。
[3］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，2006，01.
[4]唐志宏.《数字电路与系统》.大连理工大学城市学院电子技术研究室1996.7
[5]刘维恒。
《实用电子电路基础》。
北京：
电子工业出版社,1998.4
［6］张健华.《数字电子技术》.北京：
机械工业出版社，1999.3
附录
器件清单：
序号
器件名称
数量
1
双向移位寄存器74LS194
4
2
加法器74LS283
3
LED数码管
与非门
5
与门
7
6
或非门
或门
9
8
非门
导线
若干
10
开关
升级会员 