数字电路课程设计之加减法运算电路设计(1)
加减法运算器电路
加法器半加法器•输入：2 个 1 位二进制数字 A 和 B•输出：和 S 和进位 C全加法器•输入：2 个 1 位二进制数字 A 和 B，以及一个进位 C•输出：和 S 和进位 C加法器电路一个 n 位加法器可以由多个半加法器或全加法器级联而成。
例如，一个 4 位加法器可以由 4 个全加法器组成。
减法器半减法器•输入：2 个 1 位二进制数字 A 和 B•输出：差 D 和借位 B全减法器•输入：2 个 1 位二进制数字 A 和 B，以及一个借位 B•输出：差 D 和借位 B减法器电路一个 n 位减法器可以由多个半减法器或全减法器级联而成。
减法器通常使用补码来实现。
补码•正数的补码与本身相同。
•负数的补码是其绝对值的 1 的补码，即按位取反并加 1。
减法使用补码•将要减去的数求补码。
•将减数和补码相加。
•如果最高位为 0，则结果为正数。
•如果最高位为 1，则结果为负数，并舍弃最高位。
加减法运算器电路一个加减法运算器电路可以将两个 n 位二进制数字相加或相减。
它通常由以下组成：•一个 n 位加法器•一个 n 位减法器•一个选择器，用于根据控制信号选择加法或减法操作设计步骤1.确定位数：确定输入和输出的位数。
2.选择加法器和减法器：选择合适的加法器和减法器电路。
3.设计选择器：设计一个选择器，用于根据控制信号选择加法或减法操作。
4.连接电路：将加法器、减法器和选择器连接起来。
5.测试电路：使用各种输入对测试电路的正确性。
模电课程设计加减法电路
1 设计任务描述1.1 设计题目：加法运算电路1.2 设计要求1.2.1 设计目的（1）学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步聚，培养综合设计与调试能力； （2）学会利用运算放大器实现加减法电路；（3）学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法； （4）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
1.2.2 基本要求（1）利用两级运算放大器实现321o 42i i i u u u u ++=（2）设计电路所需的直流稳压电源，要求包括整流、滤波、稳压。
1.2.3 发挥部分（1）由于同相加法电路存在共模电压，将造成几个输入信号之间的互相影响，所以本次设计我选用两级运放反相输入，在第一级运用反相输入的求和电路，在第二级采用双端输入式，从而实现课设要求的输出与输入的线性关系。
（2）在线性直流电源中，将普通的电容滤波更改为两个电容与一个电阻的π型滤波电路，增加对交流分量的滤除。
（3）在线性直流电源中，将一般的稳压电路改为固定式三端集成稳压器工作。
2 设计思路本次设计的课题是加法运算电路，其“加法”的含义是实现输出与输入的线性关系。
本次设计还要求设计为运算电路提供电源的线性直流稳压电源。
首先这次设计的重点是加法运算电路，我需要设计一个电路使得其输出电压与输入电压满足表达式。
为满足这一线性关系，我选用两级放大来实现。
经过一个学期的学习，我大致了解关于集成运算放大器的工作原理，而这次设计主要是关于运放的线性应用。
首先第一级放大电路中，由于同相输入存在共模电压，会造成几个输入信号之间的互相影响。
而反相输入式放大电路中，根据虚断的概念，同相位输入端的电位为零，相当于与地等电位，即“虚地”。
这样可保证运放输入端无共模信号。
在第一级运算放大器的反相端输入施加两个电压信号，从而达到两个输入电压与第一级运放的输出电压之间的线性关系。
然后将这一输出加到第二级运放的反相端，同时在第二级运放的同相端加入第三个信号源，实现双端输入式放大电路，这种电路的的特点是输入电阻大、输出电阻小。
加减法运算电路设计
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 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。
数电加减法电路
目录摘要 (I)Abstract (II)1芯片介绍 (1)1.1 74LS283芯片 (1)1.2 74LS194芯片 (1)2理论分析 (2)2.1寄存器的选择 (2)2.2 CP脉冲信号的产生 (2)2.2电路结构图 (2)2.3电路设计 (3)2.4 总电路图 (5)3电路仿真 (7)4电路实物焊接 (8)5心得与体会 (9)参考文献 (10)摘要数字电子技术是电信专业的必修基础课程之一，数电从基本入手，讲述了数字电路的基本知识，以及如何分析数字电路和设计数字电路的基本理论和基本方法。
数字电路系统多由逻辑门电路，加法器，比较器，计数器，译码器，移位寄存器，锁存器等一个或者多个组成，本次课程设计需要设计一个全加减法器，通过74LS283以及74LS194和一些异或逻辑门电路即可实现，然后可利用multism软件进行仿真实现。
根据电路图和给定的原件参数，使用multism软件模拟电路，并对其进行静态分析，动态分析，计算数据等操作。
关键字：加法器,异或门，multism。
AbstractDigital electronic technology is one of the compulsory basic courses in Telecom, a few basics about basic knowledge of digital circuit, as well as how to analyze digital circuits and digital circuits design of the basic theories and methods. Digital circuit logic gate circuits, Adders, comparators, counters, decoders, shift registers, consists of one or more such as latch, this curriculum design need to design an addition and subtraction, by 74LS283 and 74LS194 and XOR logic gate circuits can be realized, can then use multism software simulation. According to the circuit diagram and original of the given parameter, use multism software analog circuits, and static analysis, dynamic analysis, calculations, and so on.Keywords：Adder, exclusive-or gate, multism.1芯片介绍1.1 74LS283芯片74LS283可以用来做多位加法运算，它的输入为2个4位二进制数，A3~A0，B3~B0以及低4的进位数Cn，其输出为4位二进制和数S3~S0及向高位的进位数Cn+1。
数电课程设计-简单加减运算电路的设计模板
沈阳工程学院┊┊课程设计设计题目：简单加/减运算电路系别自控系班级测控本091学生姓名学号指导教师职称讲师起止日期：2011 年8月29日起——至2011 年9月4日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：简单加/减运算电路系别自控系班级测控本091学生姓名学号指导教师职称讲师课程设计进行地点：B222任务下达时间：2011 年8 月29 日起止日期：2011年8月29日起——至2011年9月4日止教研室主任2011 年8月29日批准简单加/减运算电路的设计1简单加/减运算电路1.1设计目的（1）掌握1位十进制数加法运算电路的构成、原理与设计方法；（2）熟悉QuartusII的仿真方法。
1.2基本要求（1）实现二进制数的加/减法；（2）设计加数寄存器A和被加数寄存器B单元；（3）实现4bit二进制码加法的BCD调整；（4）根据输入的4bitBCD编码自动判断是加数还是被加数。
1.3发挥部分（1）拓展2位十进制数；（2）MC存储运算中间值；（3）结果存储队列；（4）其他。
2设计过程及论文的基本要求2.1设计过程的基本要求：（1）基本部分必须完成，发挥部分可以在已给的范围或自己寻找资料的范围内任选；（2）符合要求的设计报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计题目必须仿真通过，设计过程的资料草稿上交；（4）成绩的组成：考勤、每天任务的完成工作量、答辩情况、报告；2.2课程设计论文的基本要求：（1）蓝黑色或黑色钢笔或碳素笔书写，不允许用圆珠笔。
项目齐全、字迹工整，有条件的可以打印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评定表、中文摘要、关键词、目录、正文（正文的具体要求按老师讲课要求）、总结及致谢、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
3时间进度安排沈阳工程学院数字电子技术课程设计成绩评定表中文摘要数字电子技术的迅速发展，为人们的文化、物质生活提供了优越的条件，空调、电子计算机等，都是典型的技术应用实例。
加减法运算器电路
加减法运算器电路加减法运算器电路是一种用于进行数字加减运算的电路，通常用于数字逻辑电路或计算机系统中。
它可以接受两个输入数字，并输出它们的和或差，具有广泛的应用领域。
加减法运算器电路的设计通常包括以下几个关键部分：输入端、加法器、减法器、选择器、输出端等。
首先，输入端用于接收两个数字的输入。
这些输入数字可以是二进制数字，也可以是十进制数字经过编码转换为二进制表示。
输入端需要将输入的数字传递给加法器或减法器进行运算。
加法器是加减法运算器电路的核心部分之一。
它能够接受两个数字的输入，并将它们相加得到一个和。
加法器通常采用全加器电路进行设计，全加器能够实现三个数字的加法运算，其中两个数字是输入数字，另一个数字是进位数字。
通过级联多个全加器电路，可以实现多位数字的加法运算。
减法器是加减法运算器电路的另一个核心部分。
它能够接受两个数字的输入，并将它们相减得到一个差。
减法器通常采用全减器电路进行设计，全减器能够实现两个数字的减法运算，其中一个数字是被减数，另一个数字是减数。
通过级联多个全减器电路，可以实现多位数字的减法运算。
选择器用于选择加法器或减法器的输出结果作为最终的输出。
根据需要进行加法或减法运算，选择器可以将加法器或减法器的输出传递给输出端。
最后，输出端用于输出加法或减法运算的结果。
输出端可以是数字显示器、LED指示灯或数字信号输出接口，将计算结果显示给用户或传递给其他电路进行进一步处理。
总的来说，加减法运算器电路的设计需要充分考虑数字逻辑电路的设计原理，合理选择加法器、减法器和选择器的设计方案，确保电路能够准确、稳定地进行加减法运算。
加减法运算器电路在数字电子技术和计算机领域有着重要的应用，是数字系统中不可或缺的一部分。
加减法运算电路的课程设计
加减法运算电路的课程设计一、课程设计的目的和要求目的：1.了解加减法运算电路的原理、组成和性能。
2.熟悉加减法运算器的制作和调试过程。
3.提高学生的实际操作能力和实验调试能力，培养学生的创新意识和动手实践能力。
要求：1.合理规划实验内容，注重实际操作能力和实验调试能力的培养。
2.严格遵守实验安全规范，确保实验安全。
3.要注意实验设备和器材的选择和使用，确保实验结果的准确性和可靠性。
二、课程设计内容分析1.实验器材与工具（1）基于 MAX232 芯片的调试板。
（2）示波器、数字万用表、电烙铁等工具设备。
（3）Bread board（面包板）、LED 灯、电阻、电容等元器件。
2.实验原理（1）MAX232 介绍。
MAX232 是 MAXIM 公司推出的一款 RS232 界面通讯 IC，用于将 RS232 电平转换成 TTL 电平，实现 RS232 与 TTL 电平的转换。
MAX232 由四个电容和两个 RS232/TTL 翻译器组成。
电容用于同步时钟，翻译器用于转换信号电平。
一个翻译器的输入电路连接 RS-232 端口，另一个翻译器的输入电路连接 TTL 设备。
MAX232 可以混合工作，因此，它可以用于将 RS-232 端口连接到 TTL 设备，也可以将 TTL 设备连接到 RS-232 端口。
（2）加减法运算电路介绍。
加法器和减法器都是数字电路中常见的电路。
加减法器是计算机中运算器的组成部分。
加法器实现两个二进制数的加法运算，减法器实现两个二进制数的减法运算。
加法器的电路一般都由若干个半加器或全加器级联而成。
半加器是只能处理两个一位二进制数的加法电路，全加器可以处理三个一位二进制数的加法电路。
减法器的电路有反馈减法器和补码减法器两种。
反馈减法器专门用于二进制的减法，补码减法器则可以处理加法和减法。
3.实验过程（1）加法器电路将半加器和全加器级联，构成一个 4 位的加法器电路。
在电路板上布线，使用电子设备进行连接。
电子技术课程设计--加减法电路
课程名称：电子技术课程设计设计题目：加减法电路院系：专业：年级：学号：姓名：指导教师：西南交通大学峨眉校区2013年8月27日课程设计任务书专业姓名学号开题日期：2013年7月1日完成日期：2013年8月27日题目加减法电路一、设计的目的为了培养我们把理论知识应用于实践的能力，以实践检验我们所学的知识是否正确。
加深我们对科学知识转化为生产力的理解，增强我们的学习动力。
让我们在完成设计的过程中能够形成严谨的态度，增强我们分析问题的能力，让我们能够在各个方面得到提升。
二、设计的内容及要求设计一个具有一位数加减运算电路，能显示加减数和运算结果的值，能够方便切换加减运算功能，能直接以数字形式输入加减数三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日加减法电路一、设计任务与要求✧设计任务设计一个具有一位数加减运算电路。
✧设计要求1.能显示加减数和运算结果的值；2.能方便切换加减运算功能；3.能直接以数字形式输入加减数；二、方案设计与论证✧涉及芯片简介1.74LS283——四位快速加法器能够快速计算两个四位二进制的加法运算。
2.74LS147——9线-4线编码器能够将0——9编码为相应的二进制码的反码。
3.74LS85——四位数值比较器能够四位二进制数的大小，并输出相应的电平。
4.74LS86——异或门电路能够实现异或逻辑运算。
5.DCD_HEX数码管能以二进制形式显示成人们习惯的阿拉伯数字。
✧方案设计1.加法电路设计采用四位快速进位加法器74LS283作为主要芯片，进行加法计算，由于要显示出计算结果，所以在加法计算结果超出9时需要进行特殊考虑，具体的算法是：先将计算结果用一个数值比较器74LS85与9比较，如果结果比9小，则将结果直接输出，如果比9大，则将结果加6过后再输出。
同时为了避免16，17，18这三个数输出本来就有进位而漏掉，所以还要将输出的进位信号与数值比较器的“大于”结果进行或逻辑运算后作高位的输出信号。
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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。
2.2.2加减运算方案二
由两异或门两与门和一或门组成全加器，可实现一位二进制加逻辑运算，四位二进制数并行相加的逻辑运算可采用四个全加器串行进位的方式来实现，将低位的进位输出信号接到高位的进位输入端，四个全加器依次串行连接，并将最低位的进位输入端接逻辑“0”，就组成了一个可实现四位二进制数并行相加的逻辑电路。
通过在全加器电路中再接入两个反相器可组成一个全减器，实现一位二进制减逻辑运算，将来自低位的错位信号端接到向高位借位的信号端，依次连接四个全减器，构成可实现四位二进制数并行进行逻辑减运算的电路。
在两组电路置数端接开关控制置数输入加法还是减法运算电路，电路输出端
接LED灯显示输出结果，输出为五位二进制数。
图2-2-1加减法运算电路图
2.2.3两种方案的比较
通过对两种方案的比较，为实现设计要求，首先在不计入数码管所需芯片的情况下，方案二一共需要十二个芯片，电路的连接相当复杂，产生接线错误和导线接触不良的几率大大增加，而且耗费较高；而方案一一共需要七或九个芯片，且其中几个芯片只用到一两个门，相对接线较简单，容易实现。
其次，方案二采用串行进位和借位的方式来实现四位逻辑加减运算，任意一位的逻辑运算必须在前一位的运算完成之后才能进行，相较而言运算速度不高；而方案一采用的是超前进位的方式来实现四位逻辑运算的，每位的进位只有加数和被加数决定，而与低位的进位无关，它的运算速度较方案二高出很多。
综上所述，方案一较方案二更加优秀，不仅电路简单而且运算速度更快，经综合小组各设计方案，被选为小组共同方案。
3单元电路设计、参数计算和器件选择
3.1单元电路设计
3.1.1减法电路的实现
图3-1-1 减法运算电路
如图3-1-1所示，该电路功能为计算A-B。
若n位二进制原码为N原，
=2n-N原，补码与反码的关系式为N补=N反+1，
则与它相对应的补码为N
补
A-B=A+B补-2n=A+B反+1-2n
因为B○+1= B非，B○+0=B，所以通过异或门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。
加法器相加的结果为：
A+B反+1，
由于2n=24=(10000)2,相加结果与相2n减只能由加法器进位输出信号完成。
当进位输出信号为1时，它与2n的差为0；当进位输出信号为0时，它与2n差值为1，同时还要发出借位信号。
因为设计要求被减数大于或等于减数，所以所得的差值就是A-B差的原码，借位信号为0。
3.1.2 译码显示电路
一个七段LED译码驱动器74HC4511和一个七段LED数码显示器组成。
七段LED译码驱动器74HC4511的功能表如下．在74HC4511中，经前面运算电路运算所得的结果输入74HC4511的D3D2D1D0，再译码输出，最后在七段LED显示器中显示出来．
七段LED译码驱动器74HC4511功能表
七段LED译码驱动器74HC4511功能表续
图3-1-2 译码显示电路
3.1.3 加法电路的实现
用两片4位全加器74LS83和门电路设计一位8421BCD 码加法器
由于一位8421BCD 数A 加一位数B 有0到18这十九种结果。
而且由于显示的关系 当大于9的时候要加六转换才能正常显示，所以设计的时候有如下的真值表：
C O
S 3
S 2
S 1
S 0
Y
数的大小
8 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 没有超过9
0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 2 0 0 0 1 1 0 3 0 0 1 0 0 0 4
0 0 1 0 1 0 5 0 0 1 1 0 0 6 0 0 1 1 1 0 7 0 1 0 0 0 0 8 0 1 0 0 1 0 9 0 1 0 1 0 1 10 需要转换
0 1 0 1 1 1 11 0 1 1 0 0 1 12 0 1 1 0 1 1 13 0 1 1 1 0 1 14 0 1 1 1 1 1 15 1 0 0 0 0 0 16 1 0 0 0 1 0 17 1 0 0 1 0 0 18 1 0 0 1 1 0 19 无关项 1 0 1 0 0 0 20 1
1
1
21
3210321032103210321032103231
Y S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S =+++++=+
由表我们可以算出Y 的表达式
由前16项有（1）(2)由后10项有
1O Y C ==
由（1）（2）有Y =C O +S 3S 2+S 3S 1
由于用与非门比较方便所以我们选用了与非门电路 有以下两种选择：
(1)443424434244342Y=C +S S +S S =C +S S +S S C S S S S =∙∙ (2)443424434244342Y=C +S S +S S =C +S S +S S C S S S S =∙∙
但是第一种方式简单所以我们选用了第一种方式得到了如下的理论图:
1 0 1 1 0 0 2
2 1 0 1 1 1 0 2
3 1 1 0 0 0 0 2
4 1 1 0 0 1 0 2
5 1 1 0 1 0 1 2
6 1 1 0 1 1 1 2
7 1 1 1 0 0 1 2
8 1 1 1 0 1 1 2
9 1 1 1 1 0 1 30 1
1
1
1
1
1
31
图3-1-3 加法运算电路
3.2 元器件选择
3.2.1 加法电路器件
完成加法运算可用器件超前进位加法器74LS283或者4008来实现。
如图3-1-3还需用到2输入与门74LS08，3输入或门。
16 15 14 13 12 11 10 9
74LS283
1 2 3 4 5 6
7 8 V CC B 2 A 2 S 2 B 3 A 3 S 3 C 3 TTL 加法器74LS283引脚图
16 15 14 13 12 11 10 9
4008
1 2 3 4 5 6 7 8 V DD B 3C 3 S 3 S 2 S 1 S 0 C 0-1 CMOS 加法器4008引脚图
A 3
B 2 A 2 B 1 A 1 B 0 A 0 V SS S 1 B 1 A 1 S 0 B 0 A 0
C 0-1 GND
74LS08引脚图
3.2.2 减法电路器件
由于没有直接做减法运算的器件，所以用加上减数的补码来完成减法运算，仍要用到74LS283或者4008，如图3-1-1，只需在加法器前加上4个异或门（一片74LS86）即可。
74LS86
=1 =1
=1
=1。