一位减法器的设计

《电子技术课程设计报告》题目：一位减法器
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2009年12月18日
目录
1．课程设计的目的 (1)
2．课程设计题目描述和要求 (1)
3．课程设计报告内容 (1)
4．总结 (11)
1.课程设计目的
课程设计是某门课程的总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一实际问题的基本训练，加深对该课程知识的理解。

在整个教学计划中,它起着培养学生独立工作能力的重要作用。

通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力:
（1）查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；
（2）方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性，并注意提高分析和解决实际问题的能力；
（3）迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；
（4）用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

2.课程设计题目描述和要求
2.1题目描述：
本次课程设计是设计一个一位减法器。

任意输入两个一位数通过减法器进行减法运算。

2.2要求：
（1）利用基本逻辑门电路和编码器，译码器及计数器完成电路
（2）用LED管显示
3.课程设计报告内容
3.1 设计方案的选定与说明。

所设计的一位减法器由
计数器是一种应用十分广泛的时序电路,除用于计数,分频外,还广泛用于数字测量,运算和控制,从小型数字仪表,到大型数字电子计算机,几乎无所不在,是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。

计数器可利用触发器和门电路构成.但在实际工作中,主要是利用集成计数器来构成.在用集成计数器构成N进制计数器时,需要利用清零端或置数控制端,让电路跳过某些状态来获得N进制计数器。

（1）但根据要求及设计的简单，此设计方案采用集成电路实现，设计框图如下图所示：
（2）逻辑函数表达式
1．补码加减运算的基本公式
补码加法的基本公式为：
整数 [A]
补+[B]
补
=[A+B]
补
(mod 2n+1)
小数 [A]
补+[B]
补
=[A+B]
补
(mod 2)
即补码表示肋两个数在进行加法运算时，可以把符号位与数位同等处理，只要结果不超出机器能表示的数值范围，运算后的结果按2n+1取模(对于整数)；或按2取模(对于小数)，就能得到本次加法的运算结果。

2.对于减法
因A-B=A+(-B)
则[A-B]
补=[A+(-B)]
补
由补妈加法基本公式可得：
整数 [A-B]
补=[A]
补
+[-B]
补
(mod 2n+1)
小数 [A-B]
补=[A]
补
+[-B]
补
(mod 2)
因此，若机器数采用补码， 当求A-B 时， 只需先求[-B]补（称[-B]补为“求补”后的减数），就可按补码加法规则进行运算。

而[-B]补由[B]补连同符号位在内，每位取反，末位加1而得。

3.2论述方案的各部分工作原理； （1）键盘输入器
如图1所示：
图1 键盘输入逻辑电路
键盘真值表：
对真值表和逻辑电路进行分析，可得知：①该编码器为输入低电平有效；②
在按下S
0-S
9
中任意一个键时，即输入信号中有一个为低电平时GS=1，表示有信
号输入，GS =0,则无信号输入。

(2)74LS161四位二进制同步加法计数器
74LS161的引脚图如图2所示:
图2 74LS161引脚图
CP：计数器脉冲输入端，上升沿触发。

Cr：异步清零端（复位端），低电平有效。

A,B,C,D：预置数并入数据输入端。

LD：同步预置数据控制端，低电平有效。

当控制端有效时，在时钟脉冲作用下，一次性将并入口数据送到输出端。

S 1，S
：工作状态使能端，S
1
·S
=0时计数器处于保持状态；S
1
·S
=1时计数
器处于加法计数状态。

Q D ，Qc，Q
B
，Q
A
：计数器四位输出端。

Qcc：进位输出端，当Q
D ·Q
C
·Q
B
·Q
A
·S
1
=1时，Qcc端输出高电平。

74LS161功能表：
（3）CC4518双四位异步BCD码加法计数器
CC4518的内部逻辑图和引脚部局图如图3所示：
图3 CC4518逻辑图与引脚部局图
Cr：异步清零端（复位端），高电平有效。

CP，EN：计数器工作状态控制与时钟脉冲输入端。

Q D ，Q
C
，Q
B
，Q
A
：计数器四位数据输出端。

输入输出
CP Cr LD S
1
S
D C B A Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
Q
CC
清零X 0 X X X X X X X 0 0 0 0 0 送数↑ 1 0 X X d c b a d c b a 0-1 计数↑ 1 1 1 1 X X X X 二进制加法计数
保持X 1 1 0 1 X X X X 不变
保持X 1 1 1 0 X X X X 不变
CC4518逻辑功能表：
任意进制计数器。

当然，这个“任意”必须限制在已有计数器的计数范围内。

任
意进制计数器的设计思想是：假定已有N进制计数器，而需要得到M进制计数器。

在N>M的条件下，只要设法使N进制计数器在顺序计数过程中跳越N—M个状态，就可获得M进制计数器。

实现这种状态跳越的方法，常用反馈复位法（清零法）和反馈置位法（置数法）两种。

反馈复位法是控制已有计数器（设模为N）的异步清零端来获得任意进制（模为M）计数器的一种方法。

其原理是：假设已有计数器从初始状态S
（通常
是触发器全为0的状态）开始计数，当接受到M个计数脉冲后，电路进入S
M
状
态，如果这时利用S
M
的二进制代码通过组合电路产生异步清零信号，并反馈到
已有计数器的清零端，于是电路仅在S
M 状态短暂停留后就立即复位到S
状态，
这样就跳越了N—M个状态而获得M进制计数器。

反馈置位法是控制已有计数器的预置控制端（当然以计数器有预置数功能为前提）来获得任意进制计数器的一种方法。

其原理是：利用给计数器重复置入某个数值（可以是最小值，也可以是最大值）的方法来跳越N—M个状态，从而获得M进制计数器。

（4）74LS283四位二进制超前进位全加器
简要说明: 283为具有超前进位的 4 位全加器,283 可进行两个 4 位二进制数的加法运算，每位有和输出Σ1~Σ4，进位由第四位得到C4.
引出端符号:
A1–A4 运算输入端
B1–B4 运算输入端
C0 进位输入端
Σ1–Σ4 和输出端
C4 进位输出端
引脚图如图4所示：
图4 74LS283引脚图
74LS283功能表：
（5）7442 4线－10线译码器（BCD输入）
简要说明 42 为 BCD－十进制译码器，共有 54/7442、54/74LS42 两种线路结构型式
地址（A0－A3）按BCD编码，在输出端（－ Y0－－ Y9）以低电平译出，
当A0－A3为无效的输入状态时，所有输出端均为高电平。

引出端符号：
A0－A3 译码地址输入端
Y0－Y9 十进制输出端（低电平有效）
引脚图如图5所示：
图5 7442引脚图
7442功能表：
I
N
V
A
L
I
D
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
（6）LED显示器
如下图6所示：
常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段数码管，根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。

根据管脚资料，您可以判断使用的是何总接口类型.
LED数码管是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。

将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接，组成“8”字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了LED数码管。

若按规定使某些笔段上的发光二极管发光，就能显示从0～9的…系列数字。

同荧光数码管(VFD)、辉光数码管(NRT)相比，它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短，能与TTL、CMOS电路兼容等的数显器件。

4.总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。

回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，自从拿到题目到完成整个设计，从理论到实践，在整整半个月的日子里，可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对一些前面学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说555定时器，计数器……通过这次课程设计之后，我把前面所学过的知识又重新温故了一遍。

我做的是一位减法器，虽然是很简单的东西，但对我一个初学者来说却是一个很大的困难。

更加是第一次做课程设计，所以第一天下午在机房做了一个下午却丝毫没有进展，最主要是不知从何开始，这个时候才知道上课老师们不厌其烦的教导是多么的宝贵，这个时候才后悔上课的时候没有认真的听讲。

在这里我要感谢老师和同学对我的帮助，特别是两位老师，如果没有他们的耐心辅导，我想我都不一定能完成。

我由衷的说一声：谢谢你们！
在课程设计过程中，收获知识，提高能力的同时，我也学到了很多人生的哲理，懂得怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。

因此在以后的生活和学习的过程中，我一定会把课程设计的精神带到生活中，不畏艰难，勇往直前！
参考书目：(五号，宋体加粗)
［1］康华光，邹寿彬，秦臻，《电子技术基础》数字部分（第五版），北京，高等教育出版社，2009年
［2］阎石，《数字电子技术基础》（第五版），北京，高等教育出版社，2008年
［3］许莉娅，《数字电路逻辑与设计》，北京，北京理工大学出版社，2006
［4］秦曾煌，《电工学(第7版)(上册)电工技术》（第七版），北京，高等教育出版社，2009年
［5］秦曾煌，《电工学(第7版)(下册)电工技术》（第七版），北京，高等教育出版社，2009年。