设计一个一位十进制加减法++数字电路课程设计报告

课程设计报告
课程：微机系统与接口课程设计
学号：
姓名：
班级：
教师：
******大学
计算机科学与技术学院
设计名称：设计一个一位十进制加减法器
日期：2010年1月 23日
设计内容：
1、0-9十个字符和“+”“-”分别对应一个按键，用于数据输入。

2、用一个开关控制加减法器的开关状态。

3、要求在数码显示管上显示结果。

设计目的与要求：
1、学习数字逻辑等电路设计方法，熟知加减法器、编码器、译码显示的工作原理及特点；
2、培养勤奋认真、分析故障和解决问题的能力。

设计环境或器材、原理与说明：
环境：利用多功能虚拟软件Multism8进行电路的制作、调试，并生成文件。

器材：74LS283或者4008， 4个异或门（一片74LS86）（减法）；74LS08，3输入或门（加法）
设计原理:
图1二进制加减运算原理框图
分析：如图1所示，第一步置入两个四位二进制数（要求置入的数小于1010），
如（1001）
2和（0111）
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和7；第二步通过开关选择运算方式加或者减；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。

设计过程（步骤）或程序代码：
实验电路：
1:减法电路的实现：
（1）：原理：如图1所示（如下），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
(2)：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，
(3)：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。

图1：减法运算电路
2：加法电路的实现如下：
（1）加法原理:
1. 通过开关S2——S9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U13和U15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S6——S9，通过开关S6——S9控制数B的输入。

2. 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。

3. 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）时加上6（0110），产生的进位信号送入译码器U10来显示结果的十位，U11显示结果的个位
(2)加法电路的实现:
用两片4位全加器74LS83和门电路设计一位8421BCD码加法器
1. 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
2. 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：
由表我们可以算出Y的表达式:
(1)由前16项有: Y= S 3S 2+ S 3S 1 (2)由后10项有: Y= C O =1 由（1）（2）有Y=C O +S 3S 2+S 3S 1
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)443424434244342Y=C +S S +S S =C +S S +S S C S S S S =•• (2)443424434244342Y=C +S S +S S =C +S S +S S C S S S S =••
第一种方式简单,所以我选用了第一种方式得到了如下的理论图
:
图3 加法运算电路
（3）元器件选择： 加法电路器件:
完成加法运算可用器件超前进位加法器74LS283或者4008来实现。

如图2还需用到2输入与门74LS08，3输入或门。

16 15 14 13 12 11 10 9
74LS283
1 2 3 4 5 6 7 8 V CC B 2 A 2 S 2 B 3 A 3 S 3 C 3
TTL 加法器74LS283引脚图
16 15 14 13 12 11 10 9
4008
1 2 3 4 5 6 7 8 V DD B 3C 3 S 3 S 2 S 1 S 0 C 0-1 CMOS 加法器4008引脚图
A 3
B 2 A 2 B 1 A 1 B 0 A 0 V SS S 1 B 1 A 1 S 0 B 0 A 0
C 0-1 GND
图 4图5
74LS08引脚图
图6
3：译码显示电路的实现
一个七段LED译码驱动器74HC4511和一个七段LED数码显示器组成。

七段LED 译码驱动器74HC4511的功能表如下．在74HC4511中，经前面运算电路运算所
得的结果输入74HC4511的D
3D
2
D
1
D
，再译码输出，最后在七段LED显示器中显
示出来．
表二：七段LED译码驱动器74HC4511功能表
表三：七段LED译码驱动器74HC4511功能表续
图7译码显示电路4:最后所得结果的实验电路：
图8 最后结果
设计结果与分析(可以加页)：
(1) 加法运算：
选择开关接高电平，s2~s5分别接1,0,0,1;s6~s7f分别接0，1，1，1。

则（1001）
2+（0111）
2
=（10000）
2
十进制9+7=16，并在七段译码显示器上显示16.
(2)减法运算
开关接低电平，s2 ~ s5分别接1，0，0，1，s6 ~ s7分别接0，1，1，1。

则
为（1001）
2-（0111）
2
=（00010）
2
十进制9-7=2，并在七段译码显示器上显示
02.
设计体会与建议：
1.设计过程中要充分合作，发挥个人的特长，以求达到结果最佳的目的。

2.在做实验之前要先充分理解所运用的知识点，实验室要灵活运用。

3.做实验时应戒躁戒躁。

4.平时应该多掌握一些课本上没有的知识。

设计成绩：教师签名：
年月。