简易加减计算器设计(数电)

电子技术课程设计

课题： 简易加减计算器

系 别： 电气与电子工程系 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号：

河南城建学院

2012年 6 月21 日

成绩评定·

一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合

评定）。

二、评分

设计报告评分 课程设计 评分项目 任务完成 情 况 报告质量 （20分） （40分） 得分

答辩评分 表达情况 （10分） 回答问题 情 况 （10分） 平时表现评分 工作态度与纪律 （10分） 独立工作 能力 （10分） 合 计 （100分） 课程设计成绩评定

班级 姓名 学号

成绩： 分（折合等级 ） 指导教师签字 年 月 日

一、设计目的

1、综合运用相关课程中所学到的知识去完成设计课题。

2、熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，掌握合理选用器件的原则。 3、学会电路的设计与仿真。

4、通过查阅手册和相关文献资料，培养学生独立分析和解决问题的能力。 5、培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、设计要求

1、用于两位以下十进制的加减运算。 2、以合适方式显示输入数据及计算结果。

三、总体设计

1、设计电路原理

显示所置入的两个一位十进制数 加法运算电路 置数 开关选择运算方式 译码显示计算结果 减法运算电路 图1加减运算原理框图

如图1所示

第一步 置入两个四位二进制数。例如（1001）2,（0011）2和（0101）2，（1000）

2，同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数

9，3和5，8。

第二步 通过开关选择加（减）运算方式； 第三步 若选择加运算方式所置数送入加法运算电路进行运算；同理若选择减运算方式，则所置数送入减法运算电路运算；

第四步 前面所得结果通过另外两个七段译码器显示。即：

若选择加法运算方式，则（1000）2+（0110）2=（1110）2 十进制8+6=14 并在七段译码显示器上显示14。

若选择减法运算方式，则（0101）2-（1000）2=（10011）2十进制5-8= -3 并在七段译码显示器上显示-3。 2、运算方案 方案一

通过开关J1-J8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U10和U13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S1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。当开关S1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。当开关J1接高电平时，B与1异或的结果为B非 ，置入 的数B在74LS283的输入端为B的反码，且74LS283的进位信号C0为1，其完成S=A+B（反码）+1，实际上其计算的结果为S=A-B完成减法运算。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）

2时加上

6（0110）2，产生的进位信号送入译码器U15来显示结果的十位，U14

显示结果的个位。由于减法运算时两个一位十进制数相减不会大于10，所以不会出现上述情况，用一片芯片U14即可显示结果。 方案二

由两异或门两与门和一或门组成全加器，可实现一位二进制加逻辑运算，四位二进制数并行相加的逻辑运算可采用四个全加器串行进位的方式来实现，将低位的进位输出信号接到高位的进位输入端，四个全加器依次串行连接，并将最低位的进位输入端接逻辑“0”，就组成了一个可实现四位二进制数并行相加的逻辑电路。

通过在全加器电路中再接入两个反相器可组成一个全减器，实现一位二进制减逻辑运算，将来自低位的错位信号端接到向高位借位的信号端，依次连接四个全减器，构成可实现四位二进制数并行进行逻辑减运算的电路。

在两组电路置数端接开关控制置数输入加法还是减法运算电路，电路输出端

接LED灯显示输出结果，输出为五位二进制数。

通过对两种方案的比较，为实现设计要求，首先在不计入数码管所需芯片的 情况下，方案二一共需要十二个芯片，电路的连接相当复杂，产生接线错误和导线接触不良的几率大大增加，而且耗费较高；而方案一一共需要七或九个芯片，且其中几个芯片只用到一两个门，相对接线较简单，容易实现。

其次，方案二采用串行进位和借位的方式来实现四位逻辑加减运算，任意一位的逻辑运算必须在前一位的运算完成之后才能进行，相较而言运算速度不高；而方案一采用的是超前进位的方式来实现四位逻辑运算的，每位的进位只有加数和被加数决定，而与低位的进位无关，它的运算速度较方案二高出很多。

综上所述，方案一较方案二更加优秀，不仅电路简单而且运算速度更快，经综合小组各设计方案，被选为小组共同方案。

四、各部分电路设计 1、加法电路的实现

用两片4位全加器74LS183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的时候要加六转换才能正常显示，所以设计的时候有如下的真值表：

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 需要装换 无关项 无关项 30 31 由前16项得：

YS3S2S1S0S3S2S1S0S3S2S1S0S3S2S1S0S3S2S1S0S3S2S1S0S3S2S3S1

由后10项得：

YCO1

由以上两式得

Y=CO+S3S2+S3S1

由于用与非门比较方便所以我们选用了与非门电路有以下两种选择： (1)Y=C4+S4S3+S4S2=C4+S4S3+S4S2C4•S4S3•S4S2 (2)Y=C4+S4S3+S4S2=C4+S4S3+S4S2C4•S4S3•S4S2

但由于（1）方式简单所以我们选用了（1）方式得到了如下的理论图: 加法电路

图2加法实现电路

2、减法电路的实现

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非，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。 减法电路：

图3减法实现电路

3、译码显示电路

译码显示电路是由一个七段LED译码驱动器74HC4511和一个七段LED数码显示器组成。在74HC4511中，经前面运算电路运算所得的结果输入74HC4511的D3D2D1D0，再译码输出，最后在七段LED显示器中显示出来．

图4译码显示电路

4、电路图的仿真及检测

通过学习Multisim软件和对前面加减法运算电路的研究，总结出一套简单方便又可达到要求的方案，并设计出以下电路图：

图5加法显示电路

图6减法显示电路

五、整体电路图

六、设计总结

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。尤其学习软件Multisim，除了可以提高仿真能力、综合能力和设计能力外，还可进一步提高实践能力。初步掌握一种电子电路计算机辅助分析和设计软件对学习模拟电子技术基础课很有必要。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

[1] 杨颂华.数字电子技术基础（第二版）.西安电子科技大学出版社，2009. [2] 江捷,马志诚.数字电子技术基础.北京工业大学出版社，2009. [3] 阎石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社，2006.

[4] 邓元庆，加鹏.数字电路与系统设计.西安电子科技大学出版社，2003. [5] 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. [6] 黄智伟，李传琦.基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析.电子工业出版社,2004.