八位二进制累加器

电工电子技术课程设计设计题目：八位二进制累加器学院：机电学院姓名：任学晶学号：13010135指导老师：李屹北京工业大学2016年05月12号摘要随着社会的发展，在生活和生产中，我们经常要用到二进制累加问题，为了提高运算速度，更大的节约时间，所以我做了这个八位二进制累加器来进行二进制的累加，主要内容为加法器和寄存器及一些简易的电容电阻等器件，来实现八位二进制的累加问题，这样就可以把复杂的问题具体化，从而提高生产与学习效率，极大地节约时间。关键词：二进制累加器目录一．课题名称……………………………………………………………二．主要功能(简要说明)………………………………………………三．电路原理图…………………………………………………………四.工作原理分析………………………………………………………1.电路组成…………………………………………………………2.单个元器件性能…………………………………………………五.电路工作原理及multisim仿真和结果分析：……………………六.元器件选择（元器件明细表和参考价格，电路成本估算）……七．电路的制作与实验测试……………………………………………1.电路排布…………………………………………………………2.电路焊接…………………………………………………………3.电路的检查及测试………………………………………………4.调试结果…………………………………………………………八．线路的改进意见：……………………………………………………九．思考题………………………………………………………………十．课程设计的收获和体会………………………………………………十一．参考文献……………………………………………………………一．课题名称：8位二进制累加器二．主要功能(简要说明)：该电路将K3，K4设定的8位二进制数与74LS273中锁存的数相累加，并将结果通过发光二极管D1~D8显示出来。K1为累加键，每按以此累加一次。K2为清零键，用于将累加和清零。三．电路原理图：四.工作原理分析1、电路组成：如图1所示，整个电路由一个8位高速寄存器、两个4位二进制全加器及一些电阻、电容、发光二极管组成，实现8位二进制累加器的功能。8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q8D7D6D5D4D3D2D1DCLKCLRA3A2A1A0B3B2B1B0A3A2A1A0CINCOUTA3A2A1A0B3B2B1B0A3A2A1A0CINCOUTVCCVCCVCCVCCVCCR14.7kΩR24.7kΩ4.7kΩ4.7kΩR3R4C10.01μFK1C20.01μFK2R5-128X270ΩD1-8U174LS273U2CD4008K3K4R13-164.7kΩ4.7kΩR17-20CD4008U32、单个元器件的性能(一).74LS2738位高速寄存器(1).74LS273是8位高速寄存器。寄存器内有八个共用时钟信号的D型触发器，寄存器有异步主复位信号输入端（低电平有效）。这种芯片为20脚封装，引线之间距离为0.3ft其特点如下：8位高速寄存器；数据并行寄存；共用时钟信号和主复位信号；输入箝位二极管限制端口高速效应。(2)．引脚符号名称符号名称负载参数高电平低电平CLK时钟信号(上升沿触发)输入端0.5U.L0.25U.LD数据输入端0.5U.L0.25U.LCLR主复位信号(低电平有效)输入端0.5U.L0.25U.LQ寄存器输出端10U.L5(2.5)U.L(3).真值表CLRCLKDQLXXLH上升沿HHH上升沿LL注：H=逻辑高电平；L=逻辑低电平;X=任意值.(4).74LS273引脚图(5).简要分析说明：74LS273是公用时钟信号和主复位信号的8位并行数据寄存器。当输入端为低电平时，Q输出端为低电平且与其他输入端无关。在时钟信号由低电平向高电平跳变时刻，达到规定的建立时间和保持时间要求的D端输入数据将被传送到Q输出端。74LS273引脚图及功能：74LS273是8位数据/地址锁存器，是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。(二).74LS2834位二进制全加器。(1.)74LS283是4位二进制全加器。其性能与特点如下：有四个“和”输出端及一个平行进位输出端;主要用于二进制加法单元;采用16条外引线封装。(2).原理分析：如图所示，74LS283是4位二进制全加器，能够计算4位加法。32103210,,,,,,,BBBBAAAA分别为各自由低向高的四位输入，1234,,,为四位和输出(3).真值表如下输入输出iAiBiCoCSUM0000010001010011101000101101100111011111(4).74LS283引脚图五.电路工作原理及multisim仿真和结果分析：整个电路为一个八位二进制累加器，主要部件为两片74LS283，即四位二进制累加器，一片74LS273，即十六位二进制寄存器，其余的为电阻电容等一些元器件。整体仿真的电路如下：当K3，K4控制的八个开关控制两个级联的二进制加法器74LS283（高电平为1，低电平为0），输入八个二进制数，并与寄存器74LS273中锁存的数相累加，由于开始时，寄存器中的数00000000，所以累加完之后即为最后结果，结果由八个发光二级管显示，由于八个发光二级管采用共阳极接法，所有当二极管负极为低电平时，其发光，负极为高电平时，达不到开启电压，二极管不发光。另外，K1键为累加键，每按一次累加一次，由于寄存器74LS273是公用时钟信号和主复位信号的8位并行数据寄存器。1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，上升沿触发，当输入端为低电平时，Q输出端为低电平且与其他输入端无关。在时钟信号由低电平向高电平跳变时刻，达到规定的建立时间和保持时间要求的D端输入数据将被传送到Q输出端，当开关闭合时，时钟信号有一个上升沿，此时寄存器所存把数据，闭合时为高电平，但有一个尖端，仍在高电平范围内.举例说明：如图所示，K3，K4设定八个二进制数0000，0001，输入到两个加法器的输入端由于寄存器开始时锁存的数为0000，0000，累加之后，结果为0000,0001，结果输送到寄存器的Q输出端，如图所示，只有为1的那个发光二级管不亮，其余的七个由于两端电压能达到开启电压，所以正常发光如图所示：除此之外，电路还有一个K2键，它负责电路的清零工作，由于寄存器74LS273的结构，它是低电平清除，即0时，将Q输出端全清为零，由于二极管采用共阳极接法，所以闭合K2之后，发光二级管会全发光。如果此时按下开关K1累加键，则此时输入的0000,0001将与寄存器中锁存的0000,00001，相加，结果为0000,0010，结果通过发光二级管显示如下：六.元器件选择（元器件明细表和参考价格，电路成本估算）器件名称型号参考价格（元）数量电阻4.7K12电阻2708电容0.01u2开关0.510LED发光二级管0.58四位二进制加法器74LS28332十六位二进制寄存器74LS27321七．电路的制作与实验测试（1）、电路排布在焊电路前先进行布局，详细分析电路图，将器件摆在电路板上合适位置，看看整体效果，之后再进行焊接。布局的要领是：先布置电源线，且电源线应尽量靠进实验板边缘，因为电路板最外圈已经连通，这样可以保证尽量多的相连管脚距离最近且节约资源；其次，引线之间为了美观，可以有适当拐角；第三：性质与作用相同的线走线方式也尽量相同；第四：单元电路结构要清晰，易于检查与核对；第五：既要避免布局过疏，也要避免布局过密；尽量对称整齐布置；所有芯片的方向尽量一致，这样可以做到美观，方便以后检查与调试，也为以后的相同工作养成了一个良好的习惯。（2）、电路焊接在电路板的后面，用焊条和焊锡将管脚焊接在电路板上。并在每焊完一个元器件都要用万用表测量，防止虚焊或短路，芯片要用芯片座，将芯片座焊在电路板上，再把芯片插上，这样拆卸方便，防止芯片烧毁难以拆卸。（3）、电路检查并测试在电路全部焊完之后，不要急于连通电源，一面防止电路哪不对造成电路器件烧毁。要整体检查一遍，包括连线是否正确、各个焊点是否都焊实，防止虚焊或短路。其次，在测试前，需要注意各个焊点以及电源接头处不要短路，并且分清正负极以及各个电源的数值、正负，防止元器件烧毁。（如有问题，应仔细检查，一部分一部分的检查，一部分一部分的调试）。（4）、调试结果通过两周的调试，终于实现了电路原有的功能，内容如下：八．线路的改进意见：由于开关K1为累加键，每按一次累加一次，有时会出相累加两次的情况，使结果出现错误，为了防止这种情况，可将K1中的开关与电容并联，这样可以有效地防止触发两次，使电路的时钟信号更稳定。如图所示：九．思考题（1）．如何修改电路可以使累加器可以显示溢出的情况？（2）开关K3和K4不要上拉电阻行不行？为什么？答：（1）为了使累加器可以显示溢出的情况，只需要把溢出位如原电路图一样，在左边的加法器输出端接一个发光二极管和电阻，并接上5V电源，此时，就可通过发光二级管的亮灭来显示溢出的进位。（2）不行，因为开关K3，K4如果不要上拉电阻，则5V电源将直接和大地相连，此时由于电源是理想电源，则一旦如此连接，电源将烧毁，所以，不能不要上拉电阻。十．课程设计的收获和体会本次课程给我的感触很深，明明很早就焊完了，可调试用了很长时间。调试期间，我先自己找问题，能解决的自己解决，实在不行的再找老师和同学，向他们请教，老师和同学也耐心给我讲解，于是我就照着他们的指点一步一步的查找错误，最终成功的调试出来了。说实话，找错误可是一件无聊的事，因为看着一个挺好的板，就是不知道怎么查，从哪里查，比如检查芯片是否烧毁，电源是否短接，电路是否有虚焊的地方，芯片的引脚是否接对，接地端是否接地，接电源端是否接上了电源。总之，检查是很花费时间的，而且我的芯片引脚很多，再加上我的线布置得不太规矩，以致于查线很复杂，这是我的最大感触，所以说在焊之前布局显得尤为重要。其次，在调试时，要合理使用实验室现有的工具进行检查。因为比起人，仪器更擅长于定向思维，固定模式，这是我的一大体会。由于我以前接触的仪器少，导致很多仪器都不会用，通过这次的课程设计，我学会了很多仪器的使用方法，为以后的相同任务打下了好基础。所以说，这次课设真正的给了我一次检验自己的机会，使我知道了自己的不足之处，并尽力弥补，真正的使我学到了很多知识。十一．参考文献1.王冠华multism11电路设计及应用国防工业出版社20102.杨帮文新编COMS4000系列集成电路使用手册机械工业出版社20073.施良驹《集成电路应用集锦》电子工业出版社1988，64.余孟尝《数字电子技术基础简明教程》高等教育出版社1999