哈工大数字电路设计加减乘三则计算器.docx
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哈工大数字电路设计加减乘三则计算器
哈工大数字电路设计加减乘三则计算器
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HarbinInstituteofTechnology
数字电子技术基础大作业
课程名称:
数字电子技术基础Ⅱ
设计题目:
四位二进制计算器
院系:
班级:
设计者:
宇之翔LEO
学号:
指导教师:
设计时间:
2015年12月-2016年1月
作者声明:
本大作业是本人在考试之前花费大量时间完成的,之前在网上也可以相关的文章和做法,但是水平不是很高,而且存在很多错误,我在参考的时候也受到许多误导,最终在本人汇总和潜心钻研后总结出一篇较完整、较准确的文章。
考虑到我完成作业时受到的各种辛苦,特将这份资料分享给大家。
仅供参考,有问题可以给我提!
由于含有本人大量的心血,所以需要的劵也偏高,希望各位理解!
完成作业对你们的帮助更是巨大的,希望对你们有所帮助,解决令人头疼的作业!
另外,目前除法计算器的电路设计过于复杂且难度较高,尚无法完成,资料也查阅不到,有完成者可以与本人交流!
哈尔滨工业大学
一、设计目的和要求
本次大作业是在学完本门课程后,对所学知识的综合性考察和对思维的锻炼。
通过本次作业,灵活运用学过的数字电子元器件和数字电子技术等方面的知识,完成从设计、选片、连线、调试、排除故障到实现一个数字系统的全过程。
本次作业我选择设计四位二进制的计算器,使用Multisim软件进行设计和仿真,最终实现四位二进制数的加、减、乘的目的,并能够通过数码显示管将输入的数字和输出的运算结果显示出来。
二、设计方案
1.设计综述
此计算器分加减区和乘法区,通过开关选择运算方式,选择加减法区,则乘法区的数码管为清零状态,通过控制开关置数,在加减法区数码管显示输入和运算结果:
选择乘法区,则加减法区的数码管为清零状态,通过控制开关置数,在乘法区数码管显示输入和运算结果。
在加减法区中,通过开关选择加、减运算方式,分别在数码管中显示输入和运算结果。
2.系统方框图置数
置数
三、各部分计算器电路的设计和仿真
1.加法计算器器电路
如图1所示,这是加法器最简单的电路,也是本次设计的核心电路部分。
图1
(1)输入置数
通过控制左边的8个开关连接高低电平来对两个四位二进制数置数,上面4个为第一个四位二进制数,下面4个为第二个四位二进制数。
置数电路如右下图2所示:
(2)加法运算电路
通过中规模四位全加器74ls283进行两个数的加法运算,输出结果为二者的和。
(3)输入输出译码显示电路
通过共阳极数码管和74ls47译码器组成显示电路,将输入和输出接到74ls47译码器中,数码管便可以显示数字。
但是当和大于10的时候,输出结果显示的是十六进制中对应的图案,还需查表进行识别,可读性比较差,还需要进一步改进。
但是加法器初具功能。
仿真结果如下图3所示:
图2
图3
2.加法计算器器改进电路
当大于9的时候要加六转换才能显示成我们熟悉的十进制数,所以进行如下设计,通过两位数码管分别表示十位和个位,便可增强可读性。
增加一片74ls283、门电路和一组数码管译码电路,通过真值表得出逻辑电路,对原来的那片74ls283大于9的数进行“加六”设计,并且给增加的全加器进行“置一”来表示进位。
电路图如图4所示:
图4
仿真结果如图5所示:
图5
3.减法计算器电路及加减计算器电路
(1)减法计算器电路
对于减法,只需利用原补码的知识,在减数置数端通过异或门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。
当被减数大于减数时,二者相加结果为正数补码,即为原码。
图6
(2)加减计算器电路及转换
对于加减运算的转换,使用开关即可。
当异或门的下方另一端子接高电平时,异或运算结果为B的反,即进行减法运算,当异或门的下方接低电平时,异或运算结果为B,即进行正常的加法运算。
电路图如图6所示。
仿真结果如下图7、图8所示:
加法:
图7
减法:
图8
4.乘法计算器电路:
乘法计算器电路图如下图9所示:
图9
利用乘法的基本原理图(如右图10),进行三次八进制的加法运算,使用6片中规模4位全加器,两片一组进行高低位级联,使用16片74ls08与门对8位输入每位相与,得到的结果输入根据需要输入给8位全加器组,每组进行一次8位加法运算,并将进位信号输出给下一组,共进行三次全加运算,最后一组输出结果给译码器和数码管进行数据显示。
仿真结果如图11所示:
图10
图11
四、计算器电路的组合设计和仿真
如下图12,本次设计用最简易的方法进行两组电路的组合和转换,使二者构成
一个具有两个四位二进制数加、减、乘功能的整体计算器。
其中上半部分电路为加减计算器,数码显示管为加减区,下半部分电路为乘法计算器,数码显示管为乘法区。
通过双刀双掷开关(如图13),将两组电路接到一起,通过控制置数端高低电平连接与否,变换开关,对希望运行的电路输入端正常置数,不希望运行的电路输入全为0,这样的结果使得加减法区、乘法区在运行的时候有显示,不运行的时候该区显示全部为0(清零)。
图13
仿真结果如图14、图15、图16所示:
1.加法计算器的仿真
将总开关拨到加减区,再拨动加法开关,置数0101,1000输入显示5,9
输出结果为14=5+9,与预期结果相同。
说明完成加法功能。
图14
2.减法计算器的仿真
将总开关拨到加减区,再拨动减法开关,置数1001,0001输入显示9,1
输出结果为8=9-1,与预期结果相同。
说明完成减法功能。
图15
3.乘法计算器的仿真
将总开关拨到乘法区,置数0011,0011输入显示3,3
输出结果为9=3*3,与预期结果相同。
说明完成乘法功能。
图16
五、设计总结和感想心得
通过以上的设计和仿真结果,说明本设计电路能完成四位二进制数字的加减和乘法运算,并在数码显示管上能够显示出输入的数字和计算的结果。
本次大作业的设计,在老师没有提出特别具体的要求、比较开放性的条件下,我就尽我所能地设计出较好的并且更好地完成功能的计算器电路。
由于水平有限和时间仓促,可能还有很多不足和需要改进的地方,在考试结束后我会再想办法去做出进一步改进。
其实在设计的过程中,先有了基本的想法,然后一点一点地去更改和完善,再一步步地去调试、改错,看看结果能不能满足要求,能不能更好地满足,这个过程其实还是蛮有意思的。
我觉得数电知识对我们将来的生活和工作中会有很多运用,所以掌握好和运用好数电知识很重要,它也是我们电类方向学生的基础。
本次大作业对我们的思维进行了锻炼,为我们将来解决实际问题也有很大的帮助,同时也让我收获了知识,增长了能力。