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1、一、设计目的和要求本次大作业是在学完本门课程后,对所学知识的综合性考察和对思维的锻炼.通过本次作业,灵活运用学过的数字电子元器件和数字电子技术等方面的知识,完成从设计、选片、连线、调试、排除故障到实现一个数字系统的全过程.本次作业我选择设计四位二进制的计算器,使用Multisim软件进行设计和仿真,最终实现四位二进制数的加、减、乘的目的,并能够通过数码显示管将输入的数字和输出的运算结果显示出来.二、设计方案1.设计综述此计算器分加减区和乘法区,通过开关选择运算方式,选择加减法区,则乘法区的数码管为清零状态,通过控制开关置数,在加减法区数码管显示输入和运算结果:选择乘法区,则加减法区的数码管为清
2、零状态,通过控制开关置数,在乘法区数码管显示输入和运算结果.在加减法区中,通过开关选择加、减运算方式,分别在数码管中显示输入和运算结果. 乘法运算乘法区显示输入和运算结果加减法区显示输入和运算结果 加减法运算加减运算选择 加减法、乘法 分区选择 减法运算 加法运算2.系统方框图置数置数三、各部分计算器电路的设计和仿真1.加法计算器器电路如图1所示,这是加法器最简单的电路,也是本次设计的核心电路部分. 图11输入置数通过控制左边的8个开关连接高低电平来对两个四位二进制数置数,上面4个为第一个四位二进制数,下面4个为第二个四位二进制数.置数电路如右下图2所示:2加法运算电路通过中规模四位全加器74
3、ls283进行两个数的加法运算,输出结果为二者的和.3输入输出译码显示电路通过共阳极数码管和74ls47译码器组成显示电路,将输入和输出接到74ls47译码器中,数码管便可以显示数字.但是当和大于10的时候,输出结果显示的是十六进制中对应的图案,还需查表进行识别,可读性比较差,还需要进一步改进.但是加法器初具功能.仿真结果如下图3所示:图2图32.加法计算器器改进电路当大于9的时候要加六转换才能显示成我们熟悉的十进制数,所以进行如下设计,通过两位数码管分别表示十位和个位,便可增强可读性.增加一片74ls283、门电路和一组数码管译码电路,通过真值表得出逻辑电路,对原来的那片74ls283大于9
4、的数进行加六设计,并且给增加的全加器进行置一来表示进位.电路图如图4所示:图4仿真结果如图5所示:图53.减法计算器电路与加减计算器电路1减法计算器电路对于减法,只需利用原补码的知识,在减数置数端通过异或门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.当被减数大于减数时,二者相加结果为正数补码,即为原码.图62加减计算器电路与转换对于加减运算的转换,使用开关即可.当异或门的下方另一端子接高电平时,异或运算结果为B的反,即进行减法运算,当异或门的下方接低电平时,异或运算结果为B,即进行正常的加法运算.电路图如图6所示.仿真结果如下图7、图8所示:加法:图7
5、减法:图84.乘法计算器电路:乘法计算器电路图如下图9所示:图9利用乘法的基本原理图,进行三次八进制的加法运算,使用6片中规模4位全加器,两片一组进行高低位级联,使用16片74ls08与门对8位输入每位相与,得到的结果输入根据需要输入给8位全加器组,每组进行一次8位加法运算,并将进位信号输出给下一组,共进行三次全加运算,最后一组输出结果给译码器和数码管进行数据显示.仿真结果如图11所示:图10图11四、计算器电路的组合设计和仿真如下图12,本次设计用最简易的方法进行两组电路的组合和转换,使二者构成一个具有两个四位二进制数加、减、乘功能的整体计算器.其中上半部分电路为加减计算器,数码显示管为加减
6、区,下半部分电路为乘法计算器,数码显示管为乘法区.通过双刀双掷开关如图13,将两组电路接到一起,通过控制置数端高低电平连接与否,变换开关,对希望运行的电路输入端正常置数,不希望运行的电路输入全为0,这样的结果使得加减法区、乘法区在运行的时候有显示,不运行的时候该区显示全部为0清零.图13仿真结果如图14、图15、图16所示:1.加法计算器的仿真将总开关拨到加减区,再拨动加法开关,置数0101,1000输入显示5,9输出结果为14=5+9,与预期结果相同.说明完成加法功能.图142.减法计算器的仿真将总开关拨到加减区,再拨动减法开关,置数1001,0001输入显示9,1输出结果为8=9-1,与预
7、期结果相同.说明完成减法功能.图153.乘法计算器的仿真将总开关拨到乘法区,置数0011,0011输入显示3,3输出结果为9=3*3,与预期结果相同.说明完成乘法功能.图16五、设计总结和感想心得通过以上的设计和仿真结果,说明本设计电路能完成四位二进制数字的加减和乘法运算,并在数码显示管上能够显示出输入的数字和计算的结果.本次大作业的设计,在老师没有提出特别具体的要求、比较开放性的条件下,我就尽我所能地设计出较好的并且更好地完成功能的计算器电路.由于水平有限和时间仓促,可能还有很多不足和需要改进的地方,在考试结束后我会再想办法去做出进一步改进.其实在设计的过程中,先有了基本的想法,然后一点一点地去更改和完善,再一步步地去调试、改错,看看结果能不能满足要求,能不能更好地满足,这个过程其实还是蛮有意思的.我觉得数电知识对我们将来的生活和工作中会有很多运用,所以掌握好和运用好数电知识很重要,它也是我们电类方向学生的基础.本次大作业对我们的思维进行了锻炼,为我们将来解决实际问题也有很大的帮助,同时也让我收获了知识,增长了能力.5 / 5