加减法器的设计
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摘 要 本文运用数字电路知识来设计加减法器，在PROTEUS中仿真出电路原理图，通过控制开关的闭合来模拟数据的输入以及控制控制开关来选择加法器或者减法器。通过数码管的显示可以看到所输入的数据以及输入数据的运算结果。通过加减法器的课程设计，可以从中学习和巩固数字电路的相关知识。比如，减法器电路的设计，全加器芯片以及各种逻辑门器件的使用等等。 关键字：加减法器；数码管；逻辑门；全加器；PROTEUS。 目 录 第1章 概述 ...................................................................................................... 1 第2章 方案设计 .............................................................................................. 2 2.1 设计要求 ............................................................................................. 2 2.2 方案设计 ............................................................................................. 2 2.3 设计原理 ............................................................................................. 3 第3章 电路设计 .............................................................................................. 4 3.1 置数电路的设计 ................................................................................. 4 3.2 加减法器电路的设计 ......................................................................... 5 3.3 数码管显示电路的设计 ..................................................................... 5 第4章 仿真与调试 .......................................................................................... 6 4.1 系统仿真步骤 ..................................................................................... 6 4.2 系统仿真结果分析 ............................................................................. 6 总结 .................................................................................................................... 8 参考文献 ............................................................................................................ 9 致谢 .................................................................................................................. 10 附录 .................................................................................................................. 11 邵阳学院课程设计（论文）
1 第1章 概述 目前，随着社会经济的发展，运算是人们生活中必不可少的，因此设计性能可靠的计算器是很有必要的，当今的世界是信息时代，运算能力的强弱关系到获取信息的速度。这点对于人们很重要。不仅对于个人，对于国家的安全和发展也是极其重要的，它关系到国家的安全问题。 从对信息处理的能力，可以看出一个国家的综合实力的强弱。所以，研究高性能的计算机是每个国家都十分重视的一件事情。它是一个国家综合实力提高的标志。我国在这方面已经取得了显著的进步，计算机的处理能力排名世界前列，有力的向世界展示了中国力量，提高了我国的综合实力，尤其是为我国的各方面的建设和发展做出了巨大的贡献。因此，作为天之骄子的我们很有必要学好信息技术，努力成为国家所需要的人才，为国家的繁荣富强作出自己的贡献，为中华民族的伟大复兴尽一份自己的力量。 从现在的微型机到巨型机的使用，我们发现现在的社会越来越离不开计算机，它在我们的日常生活中发挥着巨大的作用，对提高我们的生活质量起到很大的帮助作用。回顾计算机的发展历史，它已从以前的单一功能变得现在的多功能化，功能更变得越来越强大。正因为如此，它减少人们的工作了工作量，是人们从复杂繁琐的工作中得到极大的解放。我们也就更加多的其余时间来做我们自己想做的事情。 因此，了解并学习计算机的工作原理，对于我们更好的来应用计算机解决日常生活中的琐事会有很大的帮助。在以后的生活中，计算机会离我们的距离越来越近，也会越来越亲密。所以，现在储备一定的有关计算机方面的知识是很有必要的，它会在我们以后的工作生活中发挥巨大的作用。
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2 第2章 方案设计 2.1设计要求 设计一个加减法器，能够满足4位二进制数的加减法运算，并将结果用数码管显示出来。
2.2方案设计 加减器的设计方案：先设计置数电路，通过单刀双掷开关可以设计出来，即若为加法运算，则把开关打到与地相连；若为减法运算，则把开关打到与电源相连。再设计加减法器电路，具体的设计请详见2.3电路原理中。然后设计数码管显示电路。注意，在设计数码管电路中，需要注意数码管的接法，在接之前，应该区分数码管是共阳极还是共阴极。方案设计如下图2.1所示。
置数电路的设计
开关选择运算方式加法器的电路设计减法器的电路设计数码管显示电路的设计 图2.1 加减法器电路设计方框图 邵阳学院课程设计（论文）
3 2.3设计原理 设计该加减法器，可以分为两部分来设计。一部分为加法器的设计，另一部分为减法器的设计。设计加法器可以用一块全加器集成芯片74283来完成，设计减法器可以转换成补码相加实现，即：X-Y=[X]补+[-Y]补。对于两位数的相加，如果相加结果大于9，进行加6运算，以使十位输出为“1”。对于如何实现用一块全加器集成芯片74283来实现加减法器的运算，因为Y的补码是其反码加1，Y的反码可以用异或门来实现，得到反码后利用四位二进制全加器74283实现X+Y的反码，并使最低位进位位为1。异或门的其中一个输入端控制信号C，当C=1时，电路实现减法，当C=0时，电路实现加法。即同一个电路，控制信号C取值不同可以实现加法和减法操作。对于数据的输入，可以用开关的闭合和断开来实现高低电平从而完成数据的输入。对于用作加法器时，需要考虑是否有进位，这需要画出真值表从而得出逻辑表达式，从而选用各种门来实现判断进位的功能。该加加法器的电路设计中，如要用到与门，或非门，非门以及异或门。它们的真值表分别为表2.1与门逻辑真值表， 表2.2或非门逻辑真值表，表2.3 非门逻辑真值表，表2.4 异或门逻辑真值表。 表2.1 与门逻辑真值表
表2.2 或非门逻辑真值表
A B L 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1
A B L 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 邵阳学院课程设计（论文） 4 表2.3 非门逻辑真值表
表2.4 异或门逻辑真值表
第3章 电路设计 总的设计图见附录中总设计电路图，其它的分步设计电路图如置数电路的设计，加减法器电路的设计以及数码管显示电路的设计见下文。
3.1置数电路的设计 通过控制开关的闭合即可来表示二进制数。当开关与地相连时，表示的是低电平，即为“0”；当开关与电源相连时，表示的是高电平，即为“1”。具体电路的设计如下图3.1所示。
图3.1置数电路设计
A L 0 1 0 0
A B L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 邵阳学院课程设计（论文）
5 3.2加减法器电路的设计 加法器可以用一块全加器集成芯片74283来完成，设计减法器可以转换成补码相加实现，即：X-Y=[X]补+[-Y]补。74283来实现加减法器的运算，因为Y的补码是其反码加1，Y的反码可以用异或门来实现，得到反码后利用四位二进制全加器74283实现X+Y的反码，并使最低位进位位为1。异或门的其中一个输入端控制信
号C，当C=1时，电路实现减法，当C=0时，电路实现加法。具体电路的设计如下图3.2所示。
图3.2加减法器电路设计 3.3数码管显示电路的设计 对于用做减法器使用时，不需要考虑进位问题，但是对于用做加法器使用时，需要考虑进位问题。如果两数相加的结果大于9，则需要将所得运算结果加6，再把其相加结果输出到低位的数码管显示。具体电路的设计如下图3.3数码管显示电路设计所示。
