设计资料1
加减法运算电路设计
1．设计内容及要求
1.设计一个4位并行加减法运算电路，输入数为一位十进制数，且作减法运算时被减数要大于或等于减数。
2.led灯组成的七段式数码管显示置入的待运算的两个数，按键控制运算模式，运算完毕，所得结果亦用数码管显示。
3.提出至少两种设计实现方案，并优选方案进行设计
2.结构设计与方案选择
2.1电路原理方框图
电路原理方框图如下
→ →
图1-1二进制加减运算原理框图
如图1-1所示，第一步置入两个四位二进制数（要求置入的数小于1010），如（1001）2和（0111）2，同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数9和7；第二步通过开关选择运算方式加或者减；第三步，若选择加运算方式，所置数送入加法运算电路进行运算，同理若选择减运算方式，则所置数送入减法运算电路运算；第四步，前面所得结果通过另外两个七段译码器显示。
即：
若选择加法运算方式，则（1001）2+（0111）2=（10000）2 十进制9+7=16 置数 开关选择运算方式 加法运算电路
减法运算电路 译码显示计算结果 显示所置入的两个一位十进制数 并在七段译码显示器上显示16.
若选择减法运算方式，则（1001）2-（0111）2=（00010）2十进制9-7=2
并在七段译码显示器上显示02.
2.2加减运算电路方案设计
2.2.1加减运算方案一
如图2-2-1所示：通过开关S2——S9接不同的高低电平来控制输入端所置的两个一位十进制数，译码显示器U13和U15分别显示所置入的两个数。数A直接置入四位超前进位加法器74LS283的A4——A1端，74LS283的B4——B1端接四个2输入异或门。四个2输入异或门的一输入端同时接到开关S1上，另一输入端分别接开关S6——S9，通过开关S6——S9控制数B的输入。当开关S1接低电平时，B与0异或的结果为B，通过加法器74LS283完成两个数A和B的相加。当开关S1接高电平时，B与1异或的结果为B非 ，置入 的数B在74LS283的输入端为B的反码，且74LS283的进位信号C0为1，其完成S=A+B（反码）+1，实际上其计算的结果为S=A-B完成减法运算。由于译码显示器只能显示0——9，所以当A+B>9时不能显示，我们在此用另一片芯片74LS283完成二进制码与8421BCD码的转换，即S>9（1001）时加上6（0110），产生的进位信号送入译码器U10来显示结果的十位，U11显示结果的个位。由于减法运算时两个一位十进制数相减不会大于10，所以不会出现上述情况，用一片芯片U11即可显示结果。
数字电路课程设计题目选编
1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现
简介及要求：水箱水位自动控制器，电路采用CD4011四与非门作为处理芯片。要求能够实现如下功能：水箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水；而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不会溢，非常的实用而且方便。
2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现
简介及要求：要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。
3、基于CD4011红外感应开关的设计与实现
在一些公共场所里，诸如自动干手机、自动取票机等，只要人手在机器前面一晃，机器便被启动，延时一段时间后自动关闭，使用起来非常方便。要求用CD4011设计有此功能的红外线感应开关。
4、基于CD4011红外线对射报警器的设计与实现
设计一款利用红外线进行布防的防盗报警系统，利用多谐振荡器作为红外线发射器的驱动电路，驱动红外发射管，向布防区内发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形，以CD4011作为逻辑处理器，控制报警电路及复位电路，电路中设有报警信号锁定功能，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。
5、基于CD4069无线音乐门铃的设计与实现
音乐门铃已为人们所熟知，在一些住宅楼中都装有音乐门铃，当有客人来访时，只要按下门铃按钮，就会发出“叮咚”的声音或是播放一首乐曲，然而在一些已装修好的室内，若是装上有线门铃，由于必须布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。采用CD4069设计一款无线音乐门铃，发射按键与接收机间采用了无线方式传输信息。
数字电路课程设计评分标准
一、课程设计成绩主要从出勤情况、设计论证、操作能力、设计能力、回答问题、论文报告、测试情况等方面评定：
1.出勤情况：考查学生能否服从指导教师安排，是否无故缺勤，有无迟到早退现象等；
2.设计论证：考查学生对设计方案的论证、相关知识的理解情况；
3.操作能力：考查学生的基本的实验操作能力和熟练程度等；
4.设计能力：考查学生是否具有独立分析、解决问题的能力，
在规定时间内能否完成基本部分电路，以及提高部分电路的完成情况；
5.回答问题：考查学生在实验过程中和验收电路时是否能够正确回答指导教师所提的问题；
6.论文报告：考查学生是否认真撰写设计报告，报告内容是否客观实际，论文格式是否符合科技论文要求；
7.测试情况：考查学生对整体设计项目的理解和掌握情况。
二、由指导教师根据以上七个方面给出每个学生的的成绩，其中出勤情况(10%)、设计论证(10%)、操作能力(10%)、回答问题(10%)、设计能力(30%)、论文报告(15%)、测试情况(15%)。学生成绩分为优秀、良好、中、及格、不及格。
优秀：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备充分；实验操作熟练；独立完成全部设计项目、圆满完成设计的基本部分和提高部分，并有创新之处；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量优秀；对整体设计项目的理解和掌握程度好。
良好：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备充分；实验操作熟练；独立完成全部设计项目、圆满完成设计的基本部分和提高部分；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量优秀；对整体设计项目的理解和掌握程度良好。
中：无缺课、迟到、早退，学习态度端正；设计方案正确、相关理论知识准备较充分；实验操作较较熟练；独立完成全部设计项目、较好地完成设计的基本部分；能够正确回答指导教师的问题；论文报告书写规范、内容完成并符合客观实际，质量良好；对整体设计项目的理解和掌握程度较好。
实验三 旋转灯光电路与追逐闪光灯电路
一、实验目的
1．熟悉集成电路CD4029、CD4017、74LS138的逻辑功能。
2．学会用74LS04、CD4029、74LS138组装旋转灯光电路。
3. 学会用CD4069、CD4017组装追逐闪光灯电路。
二、实验电路与原理
1．旋转灯光电路：
图3-1 旋转灯光电路
将16只发光二极管排成一个圆形图案，按照顺序每次点亮一只发光二极管，形成旋转灯光。实现旋转灯光的电路如图3-1所示，图中IC1、R1、C1组成时钟脉冲发生器。IC2为16进制计数器，输出为4位二进制数，在每一个时钟脉冲作用下输出的二进制数加“1”。计数器计满后自动回“0”，重新开始计数，如此不断重复。
输入数据的低三位同时接到两个译码器的数据输入端，但是否能有译码器输出取决于使能端的状态。输入数据的第四位“D”接到IC3的低有效使能端G2和IC4的高有效使能端G1，当4位二进制数的高位D为“0”时，IC4的G1为“0”，IC4的使能端无效，IC4无译码输出，而IC3的G2为“0”，IC3使能端全部有效，低3位的CBA数据由IC3译码，输出D＝0时的8个输出，即低8位输出（Y0～Y7）。当D为“1”时IC3的使能端处于无效状态，IC3无译码输出；IC4的使能端有效，低3位CBA数据由IC4译码，输出D＝1时的8个输出，即高8位输出（Y8～Y15）。
由于输入二进制数不断加“1”，被点亮的发光二极管也不断地改变位置，形成灯光地“移动”。改变振荡器的振荡频率，就能改变灯光的“移动速度”。 注意：74LS138驱动灌电流的能力为8mA，只能直接驱动工作电流为5mA的超高亮发光二极管。若需驱动其他发光二极管或其他显示器件则需要增加驱动电路。
2. 追逐闪光灯电路
图3-2
追逐闪光灯电路
（1）．CD4017的管脚功能
CD4017集成电路是十进制计数／时序译码器，又称十进制计数／脉冲分频器。它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一，其结构简单，造价低廉，性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。它与时基集成电路555一样，深受广大电子科技工作者和电子爱好者的喜爱。目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产40171C，在国外的产品典型型号为CD4017，在我国，早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。
