4位二进制加法器课程设计解析.docx

1、4位二进制加法器课程设计解析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：*一、课题名称与技术要求二、摘要三、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、数码管的选取四、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、说明五、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、主要元器件选择六、收获与体会及存在的问题七、参考文献八、附件一、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

2、制加数与被加数输入 b、二位数码管显示二、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

3、七段译码器”，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。三、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

4、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

5、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

6、成4位二进制加法器74LS283。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

7、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。四、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、总体电路原理图说明：图中译码器与数码管间的电阻均为510欧姆五、单元电路设计、主要元器件选择及电路参数计算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 超前进位集成4位加法器74LS2

8、83的逻辑图 超前进位集成4位加法器74LS283的管脚图3、译码器设计逻辑状态表十进制数输 入输 出C1S3S2S1S0Y3Y2Y1Y0X3X2X1X00123456789101112131415161718192021222324252627282930000000000000000011111111111111100000000111111110000000011111110000111100001111000011110000111001100110011001100110011001100101010101010101010101010101010100000000000000000

9、0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001111111111100000000001111111111000000000010000000011000000001100000000110000011110000001111000000111100000110011000011001100001100110000101010101010101010101010101010根据逻辑状态表我们可得到逻辑式如下：Y3=0Y2=0Y1=C1S3 + C1S1+C1S2+C1S3S2S1Y0=C1+S3S1+S3S

10、2+C1S3S2S1 X3=C1S3+C1S1+C1S3S2X2=S2+C1S3X1=S1+S1 +C1S1+S3S2 X0=C1S0 + +C1S3 +C1S3S1S0根据逻辑式，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C3

11、C0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。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

12、译码器配套选用BS204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六、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“闭关”式的工作，我终于完成了这次课程设

13、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。七、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 BS204数码管 2个 510欧电阻 14个 2、手绘设计图（3页） 评 语 评阅人： 日期：