课题名称与技术要求
课题名称：
四位二进制加法器设计
技术要求：
1)四位二进制加数与被加数输入
2)二位数码管显示
摘要
本设计通过八个开关将A3,A2,A1,A0和B3,B2,B1,B0信号作为加数和被加数输入四位串行进位加法器相加，将输出信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位
C3通过译码器Ⅰ译码，再将输出的Y3,Y2,Y1,Y0和X3,X2,X1,X0各自分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过数码管BS204实现二位显示。
本设计中译码器Ⅰ由两部分组成，包括五位二进制译码器和八位二进制输出器。信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位C3输入五位二进制-脉冲产生器，将得到的n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号输入八位二进制输出器，使电路的后续部分得以执行。
总体论证方案与选择
设计思路：两个四位二进制数的输入可用八个开关实现，这两个二进制数经全加器求和后最多可以是五位二进制数。本题又要求用两个数码管分别显示求和结果的十进制十位和各位，因此需要两个译码器Ⅱ分别译码十位和
个位。综上所述，需要设计一个译码器Ⅰ，能将求和得到的五位二进制数译成八位，其中四位表示这个五位二进制数对应十进制数的十位，另四位表示个位。而译码器Ⅱ有现成的芯片可选用，此处可选74LS247，故设计重点就在译码器Ⅰ。
加法器选择
全加器：能对两个1位二进制数进行相加并考虑低位来的进位，即相当于3个1位二进制数相加，求得和及进位的逻辑电路称为全加器。或：不仅考虑两个一位二进制数相加，而且还考虑来自低位进位数相加的运算电路，称为全加器。
1)串行进位加法器
构成：把n位全加器串联起来，低位全加器的进位输出连接到相邻的高位全加器的进位输入。
优点：电路比较简单。
最大缺点：进位信号是由低位向高位逐级传递的，运算速度慢。
2)超前进位加法器
为了提高运算速度，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，于是制成了超前进位加法器。
优点：与串行进位加法器相比，（特别是位数比较大的时候）超前进位加法器的延迟时间大大缩短了。
缺点：电路比较复杂。
综上所述，由于此处位数为4（比较小），出于简单起见，这里选择串行进位加法器。
译码器Ⅱ选择
译码是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予的含意“翻译”过来，给出相应的输出信号。译码器是使用比较广泛的器材之一，主要分为：变量译码器和码制译码器，其中二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器三种最典型，使用十分广泛。显示译码器又分为七段译码器和八段
译码器，此处选择七段译码器。
综上所述，最终选择74LS247译码器。
数码管选择
此处选七段发光二极管（LED ）显示器，LED 数码管要显示BCD 码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要有译码功能，还要有相当的驱动能力。上述选取了74LS247译码器，为了与该译码器配用，因此选取BS204数码管。
总体设计
原理框图
总电路图
十位
个位
数码管
数码管
说明：通过八个开关将A3,A2,A1,A0和B3,B2,B1,B0信号作为加数和被加数输入四位串行进位加法器相加，将输出信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位
C3通过译码器Ⅰ译码，再将输出的Y3,Y2,Y1,Y0和X3,X2,X1,X0各自分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过数码管BS204实现二位显示。
单元设计
加数与被加数输入
分别用八个开关实现加数和被加数的输入，开关闭合表示1，开关打开表示0。详见总电路图。
加法器设计
两个一位二进制数相加，叫做半加，实现半加操作的电路，称为半加器。所谓“半加”，就是只考虑两个加数本身的求和，而没有考虑地位来的进位数。
半加器逻辑图及符号
全加器可用两个半加器和一个或门组成，如图所示。A i和B i在第一个半加器中相加，得出的和再跟C i-1在第二个半加器中相加，即得出全加和S i。两个半加器的进位数通过或门输出作为本位的进位数C i。
全加器也是一种组合逻辑电路，其图形符号如下图所示。
全加器逻辑图及符号
四位二进制串行进位加法器逻辑图（详细电路图见附录三）如下：
译码器Ⅰ设计
译码器Ⅰ组成如下图：
说明：由全加器得到的和（最多5位）从A端输入，经五位二进制-脉冲
产生器，得到n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号，并将其输入八位二进制输出器，在B端得到八位二进制数码，其中4位表示十进制的十位数，另4位表示十进制的个位数。此为译码器工作流程。
八位二进制输出器真值表见附录五
由真值表写出驱动方程：
J0=K0=1
J1=K1=X0
J2=K2=X1·X0
J3=K3=X2·X1·X0+X2·X1·X0
J4=K4=X3· X2·X1·X0
J5=K5=Y0·X3·X2·X1·X0
八位二进制输出器电路图见附录四
译码器Ⅱ（74LS247译码器）设计
74LS247引脚图
74LS247功能表
七段显示译码器的主要功能是把“8421”二-十进制代码译成对应于数码管的七字段信号，驱动数码管，显示出相应的十进制数码。
数码管设计
半导体七段显示器分为共阴极接法和共阳极接法两种，此处为了与74LS247译码器配套选用BS204共阳极数码管。
LED数码管共阳极接法LED显示器
心得体会
通过本次课程设计，我加深了对所学知识的理解，并对某些知识进行了很好地应用，如J-K触发器等。同时，我也更加强化了自己查阅资料的能力，这有助于提高我的自学能力，整个过程中我还有请教同学。总之，本次课程设计更加激发了我的学习欲望，有利于我后续课程的学习。
当然，在这次课设中，我也遇到了不少问题，如对于译码器Ⅰ的处理，这个问题还没完全解决，最近几天也查过资料和咨询过同学，但由于时间紧迫等原因，对于其中如何由五位二进制数激发得到n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号还是没能很好地解决，看来只能留待以后去思考了。
总之，这次课设让我收获不少。
参考文献
[1] 数字电路逻辑设计（第三版）王毓银主编高等教育出版社
[2] 电子技术李春茂主编科学技术文献出版社
[3] 数字电子技术基础解题指南唐竞新主编清华大学出版社
附录
附录一：特别说明
本论文中译码器Ⅰ组成图及附录中各图表纯属原创，原理图为讨论之结果，其它图表有借鉴参考文献，文中某些概念性描述也来
源于文献，如与他人论文中某些部分存在相似之处，敬请明鉴。
