简单的加减计算器详解.docx

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简单的加减计算器详解

简易加减法计算器课程设计

电气与信息工程学院

电气工程及其自动化专业

题目：

简易加减法计算器

姓名：

胡永朋

学号：

181413112

指导教师：

李慧

时间：

2015年6月22日~2015年6月26日

本次课程设计的任务是设计一个具有加减运算功能的简易计算器，并通过合适的方式显示最后的计算结果。

设计电路的完成主要是利用简单的数字电路和逻辑运算来进行的。

简易加减计算器电路主要是对数据的输入和显示，数据的加减运算，数据的输出与显示三个主要的方面来设计研究完成的。

在输入电路的部分，我们通过开关的闭合与断开来实现数据的输入，开关闭合接入高电平“1”，断开接入低电平“0”，而输入的数据将通过七段显示译码器显示出来。

加减运算电路主要通过加法器来实现。

一、设计方案

设计方案比较：

方案一：

输入十进制的数字，再通过编码器对数字进行编码，输出二进制的数据，运用显示译码器对输入的数字以十进制的形式进行显示，在进行加减计算的时候将二进制数字运用模数转换，然后再进行相加减，然后再讲这些模拟信号再次转换成数字信号，再将数字信号输入到显示译码器来显示数字。

这个方案中要进行数模转换和模数转换所需要的电路器件有些复杂，并且转换的时间长，而且转换以后的数值精度不高，鉴于这种方案中的缺点太多，不采用。

方案二：

输入十进制的数字，并对数字进行编码，通过显示译码器将输入的数值显示出来，再讲编码所得的二进制数字求其补码，将补码送到串行进位加法器中进行相加，最后将二进制码转换成BCD码输入到显示译码器中，从而就可以将相加以后所得的数字显示出来。

这个方案中避免了方案一中需要大量的时间和精度不高的缺点，但是由于应用了串行加法器的缘故，电路会比较复杂，不利于进行连接。

方案三：

本方案采用十位和十位相加，个位和个位相加的方法，将个位和十位分别输入到电路中，由于输入的数字是二进制码，将二进制码输入到显示译码器中就可以显示输入的数字。

相加或相减的时候采用补码的形式通过加法器进行相加。

再将二进制转化成BCD码输入到显示译码器中就可以将相加所得的数字显示出来。

此方案中运用了较少的原件，并且运行所需时间很少，相对于方案一和方案二，这个方案是最好的！

二、设计原理

图1

设计原理分析：

如图1所示，第一步置入两个二进制数，数字的置入用开关控制，二进制码输入显示译码器，这样四个显示译码器上就会显示出对应的十进制数；第二步通过开关选择运算方式为贾或减；

第三步，按照选择的方式对数据进行补码的运算，然后将补码进行相加；第四步，将前面所得数据化为BCD码，以方便在显示译码器上显示。

个位相加的结果通过一个显示译码器显示，十位因为可能有进位，所以选择两个显示译码器。

因为选用的加法器是十六进制的，所以需要把加法器通过门器件输出合适的进位信号来实现十进制的加法运算。

对产生进位的二进制列其真值表：

合适的进位信号来实现十进制的加法运算。

对应进位的二进制列其真值表：

器件介绍

1、74LS283

图2

1、全加器74LS283

图2

74LS283D和74LS283N与74LS283的功能是一样的，只是它们的封装不一样，D是SOIC贴片封装，N是双列直插封装。

下面介绍它的功能。

二进制计算中，主要采用74LS283来实现电路功能，其中的异或门来控制加减计算，当异或门控制信号等于0时，电路执行加运算，当异或门控制信号为1时，电路执行减运算。

全加器74LS283的逻辑功能是将输入端口A1~A4、B1~B4的输入数据作为二进制的数码进行相加，并把运算的结果在输出端口SUM1~SUM4输出。

C4是用来至低位的进位，而CO是高位进位输出。

2、BCD七段译码器74LS47

图3

BCD七段译码器74LS47能以十进制数码直观的显示数字系统的运行数据，将输入端ABCD的输入在七段反码A~G上显示。

若ABCD=0,则输出显示为0。

3、外部接线图

该电路运用了BCD七段译码器74LS47芯片和全加器74LS283芯片，同时，电路图中也大量的使用了与门、非门、与非门和异或门。

在这些元器件的重复使用过程中也就自然的达到了课程设计所要求的结果。

后经仿真证实了该电路设计的合理性与正确性。

外部连接图如图4所示。

图4

三、结果模拟与分析

（1）加法电路的实现

进行两个数相加运算时，可以直接将得到的二进制进行相加。

用两片4位全加器74LS283和门电路设计一位8421BCD码加法器。

由于一位8421BCD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的时候要加六位转换才能正常显示。

因为是采用个位和个位相加、十位和十位相加的原理，所以就出现了一个问题:

当个位相加的结果超过十以后就要有进位，而且这时的二进制输入到显示译码器中就不在显示所需要的数据。

所以就是要将想得到的二进制码转换BCD码，这样就可以将个位的数字显示出来。

如模拟电路图。

该加法电路实现的功能是：

24+79=103

图5

（2）减法电路的实现

该电路的功能是计算A-B。

该减法电路实现的功能是79-24=55。

图6

四、总结

此次设计让我学会了许多宝贵的知识。

这是我们第一次将课本上的理论知识以电路设计的形式在实践中运用。

让我深刻感受到理论知识与实际的电路实现是有很大区别的。

这次在课程设计中出现的问题，使我知道了我所学的专业知识必须经过多实践才能真正的的掌握。

通过对题目的分析得出需要完成电路板块的总体框图以后感觉设计应该很快就能完成了。

可是我们在实际的设计中遇到了许多问题。

例如进行加法运算的时候可能产生进位，而且超过十的数字显示在晶体管上的时候就会出错，像这类的问题，都需要经过查找分析，不断地进行改进方案找到最终解决方法。

在解决问题过程中，我们通过互相的讨论，交换观点，查找资料来完善设计方案，因此，也有了更多的收获和思考。

在进行Multisim的仿真时，电路总是运行错误，无法完成运算，我们只好将电路中的每个小部分分别进行模拟仿真，发现电路中，一个开关或门器件都有可能是运算出错。

这次试验让我知道设计并不是那么简单，也许这个问题看起来非常简单，但是不动手去做就永远无法知道这个问题后面有多少困难去解决。

通过此次的设计我明白了知识的联系和积累是多么的重要，它还让我明白了逻辑组合电路功能的强大性。

当然在本次课程设计中收获最多的还是对以往所学知识的更好的巩固和复习，同时又让我对已学知识的进一步研究和理解，通过学以致用我对所学的知识进行了拓展和运用，加深了理解，同时有扩大了知识面，也基本了解了电子设计的步骤及Multisim软件的运用。

五、心得

这次实验使我们有史以来，在硬件方面做的最大的一次实验，所以叫“课程设计”。

这次课程设计，我们从陌生到熟悉，从熟悉到熟练，这是一个过程，在这个过程中间，我懂得了很多东西，

1.知识的匮乏：

缺乏知识的迁移能力和查阅资料并取其精华而为我所用的能力。

这次实验拿到题目以后，基本形容是目瞪口呆。

因为压频转换这部分电路以前从来没有接触过，需要用到模拟电路运算放大器的一些知识。

而原本对161计数器和NE555原理懂得不是透彻的我，这次要从理论的做题考试上升到课设实验这个阶层中，不仅要将它们的功能烂熟于心，更要运用相应的功能去解决实际问题。

这又是一个理论到实际的飞跃。

在查资料时，我也遇到了不少阻力，并曾经一度走上歧途——查到的好多东西和实验关系不大，以至于我把358的内部结构都翻了出来，可是内部的电路图是一点也看不懂，这就是“只见树木不见森林”了，真正的它实现的功能没有找到，这就是工作重心偏置导致了效率不高。

2.做事图快不求精，缺乏完善的准备工作，最终导致“欲速则不达”。

实验是最讲求实际的，在没用充分准备的情况下，一位求成只能说是心理的不成熟。

布线这一过程给了我很深的教育——做试验没有偶然性，面包板不会欺骗自己，不会由着你的思维和风格区自身的调试，所以我们要老老实实的一步一个脚印的按步骤进行，才能有条不紊。

3.分工与合作的重要性

分工与合作在现实生活中运用的几乎无处不在，在实验中尤为突出。

经过这次实验，我们总结道：

在实验进行的每一步，都要经过长时间的讨论，才决定行动的方向。

之后便是分工各自来完成各自的一部分内容。

而后汇总，再讨论，继续进行…这样形成一种良性的循环。

只懂合作，不懂分工，可能产生互相推拖或是两人同时做同样的事，耽搁了时间等问题。

只懂分工，不懂合作，却又会是两人的内容渐渐背离。

所以，合作与分工是我们在本次实验中必须用心把握的。

4.工科是以实验为基础的学科，做实验不仅能培养我们的创新能力，让我们懂得物理量之间的内在联系，功能在实际中的应用以及在有轮廓的情况下将想法细致化并寻求最佳方案，做到去粗取精，更能培养我们的忍耐力和坚忍不拔的意志。

在实验的过程中，成功的结果固然重要，但更重要的是解决问题战胜困难的过程，光有勇气不行，更需要的是理性的分析和平和的心态，做实验遇到了这门多阻碍，我曾几次想把面包板摔了撂挑子不干了，可是现在回首一想，那时的心态是多幼稚，其实成功背后的酸甜苦辣，甚至脆弱和颓废都是必不可少的心理过程，也是为成功奠下的坚实的基石。

只有经历过，才能真正体会并享受成功带来的欢乐。

相信这也是今后工作和生活得宝贵的经验财富！

参考文献：

【1】谢自美主编.《电子线路实验.设计.测试》（第三版）武汉：

华中科技大学出版社，2000。

【2】高吉祥主编.《电子技术基础实验与课程设计》（第二版）北京：

电子工业出版社，2005。

【3】彭介华主编.《电子技术课程设计指导》北京：

高等教育出版社，2002。

【4】陈大钦主编.《电子技术基础实验》－电子电路实验、设计及现代EDA技术（第三版）北京：

高等教育出版社，2008。

【5】陈晓文《电子线路课程设计》北京：

电子工业出版社，2004。

【6】何小艇主编．《电子系统设计》杭州：

浙江大学出版社，2000。

【7】李银华主编．《电子线路设计指导》北京：

北京航空航天大学出版社，2005。

【8】姚福安主编．《电子电路设计与实践》济南：

山东科学技术出版社, 2001。

【9】毕满清主编．《电子技术实验与课程设计》北京：

机械工业出版社，1995。

【10】吴慎山主编．《电子线路设计与实践》北京：

电子工业出版社, 2005。

【11】李万臣主编．《模拟电子技术基础实验与课程设计》哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社，2007