數(shù)電加減法電路

武漢理工大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計說明書目錄摘要 摘要數(shù)字電子技術(shù)是電信專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程之一，數(shù)電從基本入手，講述了數(shù)字電路的基本知識，以及如何分析數(shù)字電路和設(shè)計數(shù)字電路的基本理論和基本方法。數(shù)字電路系統(tǒng)多由邏輯門電路，加法器，比較器，計數(shù)器，譯碼器，移位寄存器，鎖存器等一個或者多個組成，本次課程設(shè)計需要設(shè)計一個全加減法器，通過74LS283以及74LS194和一些異或邏輯門電路即可實現(xiàn)，然后可利用multism軟件進行仿真實現(xiàn)。根據(jù)電路圖和給定的原件參數(shù)，使用multism軟件模擬電路，并對其進行靜態(tài)分析，動態(tài)分析，計算數(shù)據(jù)等操作。關(guān)鍵字：加法器,異或門，multism。

AbstractDigitalelectronictechnologyisoneofthecompulsorybasiccoursesinTelecom,afewbasicsaboutbasicknowledgeofdigitalcircuit,aswellashowtoanalyzedigitalcircuitsanddigitalcircuitsdesignofthebasictheoriesandmethods.Digitalcircuitlogicgatecircuits,Adders,comparators,counters,decoders,shiftregisters,consistsofoneormoresuchaslatch,thiscurriculumdesignneedtodesignanadditionandsubtraction,by74LS283and74LS194andXORlogicgatecircuitscanberealized,canthenusemultismsoftwaresimulation.Accordingtothecircuitdiagramandoriginalofthegivenparameter,usemultismsoftwareanalogcircuits,andstaticanalysis,dynamicanalysis,calculations,andsoon.Keywords：Adder,exclusive-orgate,multism.1芯片介紹1.174LS283芯片74LS283可以用來做多位加法運算，它的輸入為2個4位二進制數(shù)，A3~A0，B3~B0以及低4的進位數(shù)Cn，其輸出為4位二進制和數(shù)S3~S0及向高位的進位數(shù)Cn+1。這個芯片可以直接實現(xiàn)2個4位二進制的加法運算。如果要進行減法運算，那么必須配上適當(dāng)?shù)倪壿嬮T加以輔助才能完成，我們知道減法元算可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃ㄟ\算，就是轉(zhuǎn)化為補碼形式的加法即可，因此想到，在輸入數(shù)的時候，將輸入數(shù)通過異或門，異或門另外一端接開關(guān)，開關(guān)接地即與0異或為其本身，這樣做為加法運算電路。開關(guān)接電源，即與1異或轉(zhuǎn)化為補碼形式，這樣即可作為減法運算電路。1.274LS194芯片74LS194是四位雙向通用移位寄存器。功能：并行輸入和并行輸出。四種操作方式：同步并行寄存，右移，左移，不動。正沿時鐘觸發(fā)。無條件直接清除。我們應(yīng)用74LS194芯片可以將需要的數(shù)據(jù)通過它輸入到74LS283芯片中進行數(shù)據(jù)的輸入。當(dāng)然，因為涉及到減法運算，因此，2種芯片之間會有異或門的連接，也有直接連接。2理論分析2.1寄存器的選擇很顯然，在我們學(xué)習(xí)的的芯片中74LS283可以用來做加減運算的主要芯片，配合一些邏輯門電路，即可完成加減法的運算功能。然而要求要兩個寄存器，因此，可以選擇74LS194來暫時存儲數(shù)據(jù)，并將輸入數(shù)據(jù)輸入到74LS283中，即可符合要求。2.2CP脈沖信號的產(chǎn)生在數(shù)電書里面，我們學(xué)習(xí)了555芯片的用途，因此，對于CP時鐘脈沖信號的產(chǎn)生，我們可以利用555芯片的功能，配上適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙菁纯蓪崿F(xiàn)。74LS283數(shù)據(jù)處理74LS194暫時存儲LED燈顯示結(jié)果輸入數(shù)據(jù)2.2電路結(jié)構(gòu)圖74LS283數(shù)據(jù)處理74LS194暫時存儲LED燈顯示結(jié)果輸入數(shù)據(jù)555555電路產(chǎn)生CP脈沖圖1設(shè)計結(jié)構(gòu)圖2.3電路設(shè)計74LS283芯片的功能就能夠?qū)崿F(xiàn)加法運算，因此，主要的設(shè)計還是在于減法電路。將減法運算電路設(shè)計好之后，進行一些細節(jié)的調(diào)整即可用于進行加法運算。對于一個減法運算式D=A-B，首先我們應(yīng)該用一個74LS283芯片完成補碼的加法運算，即完成D=A+B補的邏輯運算，而其中B的補碼是B的反碼加1得到的。即二進制數(shù)B的各位數(shù)求反碼加上進位端Cn1的輸入數(shù)1，相加的結(jié)果用一個4位二進制數(shù)輸出即可。而這樣得到的是補碼的運算，因此要還原為原碼，就必須用第二塊74LS283芯片。第二塊74LS283芯片完成將D=A+B補恢復(fù)為差值的原碼邏輯運算功能。第一塊74LS283芯片輸出的S是差值的原碼還是補碼，主要是由Co1的輸出值來判斷，如果輸出為1，則輸出的S為差值的原碼，S就不必去求其補碼，如果為0，則輸出的S為負差值的補碼，這樣就必須求其補碼，將輸出的S還原成其原碼。所設(shè)計的減法運算電路如下圖所示：圖2減法電路圖可以看出，減法的輸入，B是通過了異或門與1進行異或之后才輸入到芯片之中進行運算，那么這樣輸入的就是B的補碼，如果要進行加法運算，顯然，B應(yīng)該輸入原碼，這樣可以在5V那里設(shè)置一個單刀雙擲開關(guān)，另外一端接地。這樣，要進行加法運算，只要將開關(guān)撥至地端即可，也就是B的輸入是與0進行異或，還是其本身，這樣就可完成加減法運算的轉(zhuǎn)化。這只是純粹為了減法運算而想的一個簡單電路，當(dāng)然要符合要求的話，還得加上74LS194芯片以及一些異或門，還有LED燈的顯示。數(shù)據(jù)的輸入還得應(yīng)用開關(guān)完成，可以說完整的加減法運算電路比這個減法運算電路要復(fù)雜的多。當(dāng)然，可以看出減法運算電路是整個電路的核心所在，可以說只要能夠?qū)崿F(xiàn)減法運算，那么電路基本就成功了，所需要修改的都是細節(jié)方面的問題。2.4總電路圖圖3實際電路圖看出，當(dāng)開關(guān)J1撥至高電平時。輸入過程中，A的輸入是直接輸入，而B的輸入是通過了異或門才輸入到74LS283中的，此時J1接高電平，即B輸入是與1進行異或，那么得到的是B的補碼，即可看出，此時的電路功能是進行減法運算。那么開關(guān)J1撥至高電平時進行減法運算。當(dāng)J1撥至地端，即接低電平時，A的輸入無影響，B通過的異或門變?yōu)榕c0進行異或，輸入為其本身，此時將進行加法運算，即J1接地的時候進行加法運算。LED燈的顯示功能，將上圖順時針旋轉(zhuǎn)90度后來看，最左邊的LED燈是顯示是否產(chǎn)生進位或者借位，即加法運算時高位產(chǎn)生進位，或者減法運算時高位產(chǎn)生借位，此燈都會亮，否則將不亮。而4個一組的LED燈則是顯示輸出結(jié)果的，左邊的燈為輸出數(shù)的高位，即如果輸出的數(shù)為1000，則最左邊燈亮，其余3個燈不亮。運算數(shù)據(jù)的輸入，開關(guān)J3,J4,J5,J6所對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)為A的輸入，而開關(guān)J7,J8,J9,J10所對應(yīng)的是B1的數(shù)據(jù)輸入，B1通過異或門，加法運算時會和0異或，輸入得B的原碼，減法運算會和1異或輸入得B的補碼。3電路仿真對電路進行multism軟件仿真，出入數(shù)據(jù)1000與0100。加法器顯示結(jié)果如下圖：圖4加法運算仿真結(jié)果左邊燈為高位，即顯示結(jié)果為1100，而1000+0100=1100，仿真結(jié)果與理論相同。減法運算顯示如下圖：圖5減法運算仿真結(jié)果顯然，顯示結(jié)果為0100，而1000-0100=0100，仿真結(jié)果與理論計算結(jié)果相同4電路實物焊接圖6實物正面圖圖7實物反面圖5心得與體會經(jīng)過了近兩個星期的苦戰(zhàn)之后，本次課程設(shè)計終于結(jié)束了?；叵肫饋磉@些天的課程設(shè)計，主要是設(shè)計過程比較艱辛，畢竟給的條件不多，因此，必須得對課本上的相應(yīng)的章節(jié)的知識反復(fù)的看。不過我們這個題目相對簡單，主要就是74LS283芯片的運用，用74LS283加一些邏輯門電路即可實現(xiàn)，但是也并不是想說的這么簡單，從開始就得對電路圖進行反復(fù)的修改。在通過了多番修改之后，草圖終于確立，接下來就是在multism軟件上的繪圖和仿真。軟件的仿真確實很實用，通過軟件的運行，我們能很快的知道哪里的細節(jié)還有問題，并且及時的修改。通過幾次的仿真之后，最后終于將電路圖確定，這表明已經(jīng)向成功邁進的一大步。對電路的仿真完成之后，我們就開始的購買材料進行實物的焊接，通過開學(xué)的電工實習(xí)，使得我們在本次的焊接過程就熟練的多了。這斷時間的課程設(shè)計，鍛煉了我們的團體協(xié)作意識，還有動手思考能力，更將所學(xué)到的知識加以融合并靈活運用，真正是學(xué)以致用。相信會對以后的學(xué)習(xí)和生活有很大的幫助，并且讓我學(xué)到了，在電路設(shè)計過程中，能