数电加减法运算电路

目录摘要...................................................................................................................................................IAbstract.............................................................................................................................................II1设计任务........................................................................................................................................11.1设计要求...........................................................................................................................11.2理论分析............................................................................................................................12电路原理设计................................................................................................................................22.1加法电路设计....................................................................................................................22.2减法电路设计....................................................................................................................22.3芯片引脚图功能表............................................................................................................33电路仿真........................................................................................................................................54实际电路焊接调试.......................................................................................................................74.1电路元件............................................................................................................................74.2电路调试...........................................................................................................................75心得体会.......................................................................................................................................96参考文献.....................................................................................................................................10I摘要加减法运算电路是一种通过数字电路实现相应数值加减法的运算，为更好掌握数字电路提供基础，同时也在实际中有着广泛的应用。本次要求数值以及运算模式通过按键控制，数值通过寄存器实现并行输入输出，并通过发光二级管来显示计算结果。主要组成部分有：振荡电路，数字输入与控制，加减法运算，以及显示电路。采用74LS系列（双列直插式）中小规模集成芯片进行硬件的焊接以及硬件调试。关键字：加减法运算电路、振荡器、加法器、寄存器IIAbstractAdditionandsubtractionoperationcircuitisathroughthedigitalcircuitimplementationofadditionandsubtractioncorrespondingnumericalcomputation,forbettermasterdigitalcircuitprovidefoundation,atthesametimealsoinactualinawiderangeofapplications.Thenumericalmodelandoperationrequirementsbybuttoncontrol,numericalthroughtheregisterrealizeinputandoutputinparallel,andthroughtheledstoshowthatthecalculationresults.Mainpart:oscillatingcircuit,digitalinputandcontrol,additionandsubtractionoperations,anddisplaythecircuit.TheLS74series(doublerowstraightinsert)mediumandsmallscaleintegratedchipsforhardwareandtheweldinghardwaredebugging.Keywords:additionandsubtractionoperationcircuit,oscillator,addingmachines,theregister11设计任务1.1设计要求（1）设计并行加减运算电路；（2）led灯显示结果，按键控制运算模式；（3）内部具有两个寄存器；（4）掌握数字电路的设计及调试方法；（5）撰写符合学校要求的课程设计说明书。1.2理论分析输入运算量LED灯显示结果寄存器加法器开关选择加或减法图1设计流程图22电路原理设计2.1加法电路设计利用两块74LS194寄存器并行输入两个数据A3A2A1A0、B3B2B1B0，再将数据输入到74LS283加法器中进行加法运算。电路原理图如图2所示图2加法电路原理图2.2减法电路设计减法运算的基本原理在计算机中，为了减少硬件复杂性，减法基本上是通过加法来实现的。这首先需要求出减数的反码（即把该数所有各位的0变为1，1变为0），再在结果上加1得到补码，然后加到被减数上即可。求二进制数反码电路可以用异或门来实现，A⊕1=A,A⊕0=A，可选用74LS86四异或门。电路原理图如图3所示，将待加减的数据先送入寄存器存储起来，存储之前清零，把数据A3A2A1A0送到寄存器①中，数据B3B2B1B0送到寄存器②中，寄存器②的输出送到异或门的输入。M=1时，电路进行减法运算，异或门的输出是输入的反码。最后，将两路数据送入四位全加器相加得A-B的结果。在做减法运算时，对其结果A-B中的高进位CO要注意：当A＞B时，CO1要略去；当A＜B时，CO0，此时表示有借位，也即表示SA-B是负数。3图3减法电路原理图2.3芯片引脚图功能表74LS194是一种功能比较齐全的4位双向移位寄存器，它具有清除、保持、并行输入、右移位串行输入和左移串行输入数据等五种功能。其引脚图如图4所示，表1是其功能表图474LS194引脚图表174LS194功能表474LS283是一中4位二进制超前进位加法器，图5是它的引脚图，表2是其功能表。两个4位二进制数A=A3A2A1A0和B=B3B2B1B0相加，本位和为S=S3S2S1S0。CI是来自相邻低位的进位数，CO是向相邻高位的进位数。图574LS283引脚图表274LS283功能表53电路仿真根据上述分析，将加法电路和减法电路结合起来，得到总电路如图6所示。图6加减法运算电路仿真图图6加减法运算电路仿真图6电路中开关J3、J4、J5、J6分别为D31D21D11D01信号输入端，J6、J7、J8、J9分别为D32D22D12D02信号输入端。CP脉冲信号由函数发生器提供。开关J2控制两片74LS194的清零信号，低电平清零。开关J2为电路加减法的选择开关。当开关J2=0时，电路为加法电路。LED1为高位进位信号，D32D22D12D02与0异或后保持不变。此时U374LS283的CO1⊕J2=CO1=LED1，S31S21S11S01输入到U4后与B32B22B12B02相加，此时B32B22B12B02=J2=0000，所以S32S22S12S02=S31S21S11S01，结果再与0异或后仍不变，即CO1S32S22S12S02=A31A21A11A01+B31B21B11B01。当开关J2=1时，电路为减法电路。第二块74LS194芯片的二进制输出与1异或后再加上低位进位1，即为原来数据的补码。此时LED1=CO1⊕J2=CO1，LED1亮表示负数，不亮表示正数。A31A21A11A01与B31B21B11B01相加后有两种情况，第一种情况可能为负数（即CO1=0，LED1=1,灯亮），此时U3输出的结果为真实值的补码，与门输出为高电平1，即B32B22B12B02=1111，A32A22A12A02与其相加后等到真实值的反码，然后再与1相异或后得到真实值。第二种情况可能是正数（即CO1=1，LED1=0），此时U3输出值就真实值，而与门输出为低电平0，即B32B22B12B02=0000，相加后保持不变，然后再与0异或仍然保持不变，即输出为真实值。74实际电路焊接调试4.1电路元件电路所用元器件如下表3所示元器件名称型号与规格数量寄存器74LS1942加法器74LS2832异或门74LS863与门74LS081开关10电阻100电容发光二极管5杜邦线、排针电路所用元器件如下表1所示导线若干4.2电路调试按上述原理图焊接电路，并用开关如数数据进行相关参数的检测和性能的调试。图7实际电路正面图8图8实际电路背面图由实验现象可得电路符合设计要求。95心得体会古人云：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”学习模电知识与学习其他任何知识一样，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，一定要动手尝试才行。不能光看。多想，多思考，多尝试，才是正路。通过这次课程设计加深了我对数字电子课程的认识。在设计电路阶段，由于对任务所提供的各种芯片并不熟悉，因此，我通过在网上查找大量资料，基本掌握各种芯片的工作参数，使用方法等资料。这在满足设计所需的同时，也让我知道了在电路设计的过程中我们也要有广泛查询整理资料的能力，也