4位二进制加法器课程设计解析.doc

长安大学电工与电子技术课程设计

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：李三财

目录

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Ⅰ，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成4位二进制加法器74LS283。
3、 译码器Ⅱ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74LS283的逻辑图

超前进位集成4位加法器74LS283的管脚图
3、 译码器Ⅰ设计
逻辑状态表
十进制数
输 入
输 出

C1

S3

S2

S1

S0

Y3

Y2

Y1

Y0

X3

X2

X1

X0
0
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1
0
1
0
根据逻辑状态表我们可得到逻辑式如下：
Y3=0
Y2=0
Y1=C1S3 + C1S1+C1S2+C1S3S2S1
Y0=C1+S3S1+S3S2+C1S3S2S1
X3=C1S3+C1S1+C1S3S2
X2=S2+C1S3
X1=S1+S1 +C1S1+S3S2
X0=C1S0 + +C1S3 +C1S3S1S0

根据逻辑式，可以设计出译码器Ⅰ的电路图如下图所示：

译
码
器
Ⅰ
电
路
图

4、 译码器Ⅱ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，BI＝1时，无论C3~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RBI＝0时，且LT＝1，BI＝0时，若A3～A0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BI＝0时，无论LT，RBI及数码输人C3～C0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BI＝1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Ⅰ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Ⅰ 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

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