八位二进制累加器.docx

摘要

随着社会的发展，在生活和生产中，我们经常要用到二进制累加问题，为了提高运算速度，更大的节约时间，所以我做了这个八位二进制累加器来进行二进制的累加，主要内容为加法器和寄存器及一些简易的电容电阻等器件，来实现八位二进制的累加问题，这样就可以把复杂的问题具体化，从而提高生产与学习效率，极大地节约时间。
关键词：二进制 累加器
目录

一．课题名称 ……………………………………………………………
二．主要功能(简要说明) ………………………………………………
三．电路原理图 …………………………………………………………
四. 工作原理分析 ………………………………………………………
1.电路组成 …………………………………………………………
2.单个元器件性能 …………………………………………………
五. 整体电路工作原理及EDA仿真和结果分析：……………………
六. 元器件选择（元器件明细表和参考价格，电路成本估算）……
七．电路的制作与实验测试 ……………………………………………
1.电路排布 …………………………………………………………
2.电路焊接 …………………………………………………………
3.电路的检查及测试 ………………………………………………
4.调试结果 …………………………………………………………
八．线路的改进意见：……………………………………………………
九．思考题………………………………………………………………
十．课程设计的收获和体会………………………………………………
十一．参考文献……………………………………………………………
一．课题名称： 8位二进制累加器

二．主要功能(简要说明)：
  该电路将K3，K4设定的8位二进制数与74LS273中锁存的数相累加，并将结果通过发光二极管D1~D8显示出来。K1为累加键，每按以此累加一次。K2为清零键，用于将累加和清零。

三．电路原理图：

四. 工作原理分析

1、电路组成：如图1所示，整个电路由一个8位高速寄存器、两个4位二进制全加器及一些电阻、电容、发光二极管组成，实现8位二进制累加器的功能。

2、单个元器件的性能
(一).74LS273 8位高速寄存器
(1). 74LS273是8位高速寄存器。寄存器内有八个共用时钟信号的D型触发器，寄存器有异步主复位信号输入端（低电平有效）。这种芯片为20脚封装，引线之间距离为0.3ft
其特点如下：
 8位高速寄存器； 数据并行寄存 共用时钟信号和主复位信号；输入箝位二极管限制端口高速效应 

(2)．引脚符号名称
符号
名               称
负载参数
高电平
低电平
 CLK
时钟信号(上升沿触发)输入端
0.5 U.L
0.25 U.L
 D
数据输入端
0.5 U.L
0.25 U.L
 CLR
主复位信号(低电平有效)输入端
0.5 U.L
0.25 U.L
 Q
寄存器输出端
10U.L
5(2.5) U.L

(3). 真值表
 CLR
 CLK
 D
 Q
L
X
X
L
H
 上升沿
H
H
H
 上升沿
L
L
 注：H=逻辑高电平；L=逻辑低电平; X=任意值.
(4).74LS273引脚图

(5). 简要分析说明：
74LS273是公用时钟信号和主复位信号的8位并行数据寄存器。
当输入端为低电平时，Q输出端为低电平且与其他输入端无关。在时钟信号由低电平向高电平跳变时刻，达到规定的建立时间和保持时间要求的D端输入数据将被传送到Q输出端。
 74ls273引脚图引脚功能：74LS273是8位数据/地址锁存器74LS273是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。

(二). CD4008 4位二进制全加器。
(1.) CD4008是4位二进制全加器。
其性能与特点如下：
  有四个“和”输出端及一个平行进位输出端; CC4008与CD4008、MC14008可以互换使用; 主要用于二进制加法单元; 采用16条外引线封装。

(2). 原理分析：如图所示， CD4008是4位二进制全加器，能够计算4位加法。 分别为各自由低向高的四位输入， 为四位和输出
(3). 真值表 如下

输入
输出

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

(4) .CD4008引脚图

五. 整体电路工作原理及EDA仿真和结果分析：
整个电路为一个八位二进制累加器，主要部件为两片CD4008，即四位二进制累加器，一片74LS273，即十六位二进制寄存器，其余的为电阻电容等一些元器件。
整体仿真的电路如下：

当K3，K4控制的八个开关控制两个级联的二进制加法器CD4008（高电平为1，低电平为0），输入八个二进制数，并与寄存器74LS273中锁存的数相累加，由于开始时，寄存器中的数00000000，所以累加完之后即为最后结果，结果由八个发光二级管显示，由于八个发光二级管采用共阳极接法，所有当二极管负极为低电平时，其发光，负极为高电平时，达不到开启电压，二极管不发光。
另外，K1键为累加键，每按一次累加一次，由于寄存器74LS273是公用时钟信号和主复位信号的8位并行数据寄存器。1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，上升沿触发，当输入端为低电平时，Q输出端为低电平且与其他输入端无关。在时钟信号由低电平向高电平跳变时刻，达到规定的建立时间和保持时间要求的D端输入数据将被传送到Q输出端，当开关闭合时，时钟信号有一个上升沿，此时寄存器所存把数据，闭合时为高电平，但有一个尖端，仍在高电平范围内，如图：

当开关闭合与断开时，用示波器显示结果如下（5V）：

举例说明：
如图所示，K3，K4设定八个二进制数0000，0001，输入到两个加法器的输入端由于寄存器开始时锁存的数为0000，0000，累加之后，结果为0000,0001，结果输送到寄存器的Q输出端，如图所示，只有为1的那个发光二级管不亮，其余的七个由于两端电压能达到开启电压，所以正常发光如图所示：

除此之外，电路还有一个K2键，它负责电路的清零工作，由于寄存器74LS273的结构，它是低电平清除，即0时，将Q输出端全清为零，由于二极管采用共阳极接法，所以闭合K2之后，发光二级管会全发光。

如果此时按下开关K1累加键，则此时输入的0000,0001将与寄存器中锁存的0000,00001，相加，结果为0000,0010，结果通过发光二级管显示如下：

为了把输出结果用高低电平表示出来，用逻辑分析仪把输出结果显示如下（图为第2个开关和第8个开关断开时的输出结果），再闭合K1累加一次，明显看到发生了变化：

六. 元器件选择（元器件明细表和参考价格，电路成本估算）

器件名称
型号
参考价格（元）
数量
电阻
4.7K

12
电阻
270

8
电容
0.01u

2
开关

0.5
10
LED发光二级管

0.5
8
四位二进制加法器
CD4008
3
2
十六位二进制寄存器
74LS273
2
1

七．电路的制作与实验测试
（1）、电路排布
在焊电路前先进行布局，详细分析电路图，将器件摆在电路板上合适位置，看看整体效果，之后再进行焊接。
布局的要领是：
先布置电源线，且电源线应尽量靠进实验板边缘，因为电路板最外圈已经连通，这样可以保证尽量多的相连管脚距离最近且节约资源；其次，引线之间为了美观，可以有适当拐角；第三：性质与作用相同的线走线方式也尽量相同；第四：单元电路结构要清晰，易于检查与核对；第五：既要避免布局过疏，也要避免布局过密；尽量对称整齐布置；所有芯片的方向尽量一致，这样可以做到美观，方便以后检查与调试，也为以后的相同工作养成了一个良好的习惯。

（2）、电路焊接
在电路板的后面，用焊条和焊锡将管脚焊接在电路板上。并在每焊完一个元器件都要用万用表测量，防止虚焊或短路，芯片要用芯片座，将芯片座焊在电路板上，再把芯片插上，这样拆卸方便，防止芯片烧毁难以拆卸。

（3）、电路检查并测试
在电路全部焊完之后，不要急于连通电源，一面防止电路哪不对造成电路器件烧毁。要整体检查一遍，包括连线是否正确、各个焊点是否都焊实，防止虚焊或短路。其次，在测试前，需要注意各个焊点以及电源接头处不要短路，并且分清正负极以及各个电源的数值、正负，防止元器件烧毁。（如有问题，应仔细检查，一部分一部分的检查，一部分一部分的调试）。

（4）、调试结果
通过两周的调试，终于实现了电路原有的功能，内容如下：

八．线路的改进意见：
由于开关K1为累加键，每按一次累加一次，有时会出相累加两次的情况，使结果出现错误，为了防止这种情况，可将K1中的开关与电容并联，这样可以有效地防止触发两次，使电路的时钟信号更稳定。如图所示：

九．思考题
（1）．如何修改电路可以使累加器可以显示溢出的情况？
（2） 开关K3和K4不要上拉电阻行不行？为什么？

答：
（1）为了使累加器可以显示溢出的情况，只需要把溢出位如原电路图一样，在左边的加法器输出端接一个放光二极管和电阻，并接上5V电源，此时，就可通过发光二级管的亮灭来显示溢出的进位。
（2）不行，因为开关K3，K4如果不要上拉电阻，则5V电源将直接和大地相连，此时由于电源是理想电源，则一旦如此连接，电源将烧毁，所以，不能不要上拉电阻。

十．课程设计的收获和体会
本次课程给我的感触很深，明明很早就焊完了，可调试用了很长时间。调试期间，我先自己找问题，能解决的自己解决，实在不行的再找老师和同学，向他们请教，老师和同学也耐心给我讲解，于是我就照着他们的指点一步一步的查找错误，最终成功的调试出来了。说实话，找错误可是一件无聊的事，因为看着一个挺好的板，就是不知道怎么查，从哪里查，比如检查芯片是否烧毁，电源是否短接，电路是否有虚焊的地方，芯片的引脚是否接对，接地端是否接地，接电源端是否接上了电源。总之，检查是很花费时间的，而且我的芯片引脚很多，再加上我的线布置得不太规矩，以致于查线很复杂，这是我的最大感触，所以说在焊之前布局显得尤为重要。
其次，在调试时，要合理使用实验室现有的工具进行检查。比如说示波器和函数信号发生器，这样可以很好的提高效率。因为比起人，仪器更擅长于定向思维，固定模式，这是我的一大体会。由于我以前接触的仪器少，导致很多仪器都不会用，通过这次的课程设计，我学会了很多仪器的使用方法，为以后的相同任务打下了好基础。所以说，这次课设真正的给了我一次检验自己的机会，使我知道了自己的不足之处，并尽力弥补，真正的使我学到了很多知识。

十一．参考文献
1. 王冠华 multism11电路设计及应用 国防工业出版社 2010
2. 杨帮文 新编COMS4000系列集成电路使用手册 机械工业出版社 2007

3. 施良驹 《集成电路应用集锦》 电子工业出版社 1988，6
4. 余孟尝 《数字电子技术基础简明教程》 高等教育出版社 1999