加减法器的设计

本文运用数字电路知识来设计加减法器，在PROTEUS中仿真出电路原理图，通过控制开关的闭合来模拟数据的输入以及控制控制开关来选择加法器或者减法器。通过数码管的显示可以看到所输入的数据以及输入数据的运算结果。通过加减法器的课程设计，可以从中学习和巩固数字电路的相关知识。比如，减法器电路的设计，全加器芯片以及各种逻辑门器件的使用等等。

关键字：加减法器；数码管；逻辑门；全加器；PROTEUS。

1概述 (1)

2方案设计 (2)

2.1设计要求 (2)

2.2方案设计 (2)

2.3设计原理 (3)

3电路设计 (4)

3.1置数电路的设计 (4)

3.2加减法器电路的设计 (5)

3.3数码管显示电路的设计 (5)

3.4完整电路图的设计 (6)

4仿真与调试 (7)

4.1系统仿真步骤 (7)

4.2系统仿真结果分析 (7)

5总结 (10)

参考文献 (11)

致谢 (12)

第1章概述

目前，随着社会经济的发展，运算是人们生活中必不可少的，因此设计性能可靠的计算器是很有必要的。信息技术代表着当今先进生产力的发展方向，信息技术的广泛应用使信息的重要生产要素战略资源的作用得以发挥，使人们能更高效地进行资源优化配置，从而推动传统产业不断升级，提高社会劳动生产率和社会运行效率。

21世纪初，人类将全面迈向一个信息时代，信息技术革命是经济全球化的重要推动力量和桥梁，是促进全球经济和社会发展的主导力最，以信息技术为中心的新技术革命将成为世界经济发展史上的新亮点。信息技术将使人类能够进一步把潜藏在物质运动中的巨大信息资源挖掘出来，把世界变成一个没有边界的信息空间，以微处理机进入亿万办公室和家庭、超级计算机问世、卫星通信与光导通信的发展，特别是网络化的迅速发展为标志的，信息技术革命不仅以最为便捷的方式沟通了各国、各地区、各企业、各团体以及个人之间的联系，而且在一定程度上打破了种种地域乃至国家的限制，把核个世界空前地联系在一起，推动了全球化的迅速发展。

当今的世界是信息时代，而运算能力的强弱关系到自身获取信息的速度。这点对于人们很重要，它不仅对于个人，对于国家的安全和发展和国家的安全也是极其重要的。一个国家的综合实力的强弱可以从多个方面看出来，其中就包括对信息处理的能力，所以，研究高性能的计算机是每个国家都十分重视的一件事情。

我国以建设创新型国家为目标，把掌握装备制造业和信息产业核心技术的自主知识产权作为提高国家竞争力的突破口。虽然我国信息技术的总体水平与国际先进水平仍有不少差距，但近年来我国在一些有较大影响的关键信息技术领域有了可喜的突破。因此，作为天之骄子的我们很有必要学好信息技术，努力成为国家所需要的人才，为国家的繁荣富强作出自己的贡献，为中华民族的伟大复兴尽一份自己的力量。

第2章方案设计

2.1设计要求

设计一个简单加减法器，它能够满足4位二进制数的加减法运算，并且可以将结果通过数码管显示出来，从而更好的方便于观测。

2.2方案设计

加减器的设计方案：先设计置数电路，通过单刀双掷开关可以设计出来，即若为减法运算，则把开关打到与电源相连，也就是与“0”相连；若为加法运算，则把开关打到与地相连，也就是与“1”相连；再设计加减法器电路，然后设计数码管显示电路。当然值得注意的是在设计数码管电路中，需要注意数码管的接法，在接之前，应该区分数码管是共阳极还是共阴极，其方案设计如下图2.1所示。

图2.1加减法器电路设计方框图

2.3设计原理

设计该加减法器，可以分为两部分来设计。一部分为加法器的设计，另一部分为减法器的设计。设计加法器可以用一块全加器集成芯片74283来完成，设计减法器可以转换成补码相加实现，即：X-Y=[X]补+[-Y]补。

对于两位数的相加，如果相加结果大于“9”，进行加“6”运算，以使十位输出为“1”，至于如何实现用一块全加器集成芯片74283来实现加减法器的运算，因为Y的补码是其反码加“1”，Y的反码可以用异或门来实现，得到反码后利用四位二进制全加器74283实现X+Y的反码，并使最低位进位位为“1”。

异或门的其中一个输入端控制信号C，当C=1时，电路实现减法，当C=0时，电路实现加法，即同一个电路，控制信号C取值不同可以实现加法和减法操作。

对于数据的输入，可以用开关的闭合和断开来实现高低电平从而完成数据的输入。还有用作加法器时，需要考虑是否有进位，这需要画出真值表从而得出逻辑表达式，从而选用各种门来实现判断进位的功能。该加加法器的电路设计中，如要用到异或门，或非门，非门以及与门。它们的真值表如下图2.2所示。

表2.1异或门逻辑真值表

表2.2或非门逻辑真值表

表2.3非门逻辑真值表

A L

0 1

0 0

表2.4与门逻辑真值表

A B L

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

第3章电路设计

加减法器的电路设计总而言之可以分为三大部份：置数电路设计、加减法器电路设计、数码管显示电路设计，其各部份的具体电路设计图如下所示。

3.1置数电路的设计

置数电路设计可以通过控制开关的闭合状态，从而即可来表示输入的二进制数。当开关与电源相连时，表示的是高电平，即为“1”，反之当开关与地相连时，表示的是低电平，即为“0”，而具体的置数电路设计如下图3.1所示。

图3.1置数电路设计

3.2加减法器电路的设计

加法器可以用一块全加器集成芯片74283来完成，设计减法器可以转换成补码相加实现，即：X-Y=[X]补+[-Y]补。74283来实现加减法器的运算，因为Y的补码是其反码加1，Y的反码可以用异或门来实现，得到反码后利用四位二进制全加器74283实现X+Y的反码，并使最低位进位位为1。异或门的其中一个输入端控制信号C，当C=1时，电路实现减法，当C=0时，电路实现加法。具体电路的设计如下图3.2所示。

图3.2加减法器电路设计

3.3数码管显示电路的设计

对于用做减法器使用时，不需要考虑进位问题，但是对于用做加法器使用时，需要考虑进位问题。如果两数相加的结果大于9，则需要将所得运算结果加6，再把其相加结果输出到低位的数码管显示。具体电路的设计如下图3.3所示。