四位加法器

电子线路课程

设计报告书

题目四位二进制加法器

专业班级自动化（1）班

学号

学生姓名

指导教师

2012年12 月20日

四位二进制加法器

一、设计任务与要求

1.四位二进制加数与被加数输入

2.二位LED二极管显示

二、方案设计与论证

二进制并行加法器是一种能并行产生两个n位二进制算术和的组合逻辑电路。按其进位方式的不同，可分为串行进位二进制并行加法器和超前进位二进制并行加法器两种类型。但为了提高加法器的运算速度，所以应尽量减少或除去由于进位信号逐级传递所花费的时间，使各位的进位直接由加数和被加数来决定，而无须依赖低位进位，因而我们选择超前进位的4位全加器74LS283。

设一个n位的加法器的第i位输入为a i、b i、c i，输出s i和c i+1，其中c i 是低位来的进位，c i+1（i=n-1，n-2，…，1，0）是向高位的进位，c0是整个加法器的进位输入，而c n是整个加法器的进位输出。则和 s i=a i + b i + c i+a i b i c i (1)

进位 c i＋1=a i b i+a i c i+b i c i (2)

令 g i=a i b i， (3)

p i=a i+b i, (4)

则 c i＋1= g i+p i c i (5)

只要a i b i=1，就会产生向i+1位的进位，称g为进位产生函数；同样，只要

a i+

b i=1，就会把

c i传递到i+1位，所以称p为进位传递函数。把(5)式展开，

得到

c i+1= g i+ p i g i-1+p i p i-1g i-2+…+ p i p i-1…p1g0+ p i p i-1…p0c0 (6) 随着位数的

增加(6)式会加长，但总保持三个逻辑级的深度，因此形成进位的延迟是与位数无关的常数。一旦进位（c1~c n-1）算出以后，和也就可由（1）式得出。

使用上述公式来并行产生所有进位的加法器就是超前进位加法器。产生g i 和p i 需要一级门延迟，c i 需要两级，s i 需要两级，总共需要五级门延迟。与串联加法器（一般要

2n 级门延迟）相比，（特别是n 比较大的时候）超前进位加法器的延迟时间大大缩短了。

三、单元电路设计与参数计算 （1）加法器

本次设计采用的是四位二进制超前并行加法器，选用的是74LS283型号

74LS283引脚图

A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 C1 S4 S3 S2 S1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1

0 1 1 1

1 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 1

1 0 0 0

1 0 0 1

74LS283真值表

74LS283逻辑说明：74LS283上有两组数据输入端A3,A2,A1,A0，B3,B2,B1,B0和进位信号输入端Co，求和信号，进位信号分别由S3,S2,S1,S0及C1输出。图中输入端A3,A2,A1,A0分别接一个逻辑开关，输入端B3,B2,B1,B0分别接另4个逻辑开关，Co接一个逻辑开关。

（2）控制电路设计

控制部分用9个逻辑开关来控制，断开表示低电平，合上表示高电平，进行并联连接；每个开关输出后用LED发光二极管串联，显示输入高电平的状态，便于观察；最后整体并联两个电阻，起缓冲减压作用。具体设计电路图如下：

控制部分电路设计

（3）实现功能电路设计

74LS283逻辑说明：74LS283上有两组数据输入端A3,A2,A1,A0，B3,B2,B1,B0

和进位信号输入端C0，求和信号，进位信号分别由S3,S2,S1,S0及C1输出。图中输入端A3,A2,A1,A0分别接一个逻辑开关，输入端B3,B2,B1,Bo分别接另4个逻辑开关，C0接一个逻辑开关。具体设计电路如下：

功能实现部分电路设计进位信号分别由S3,S2,S1,S0及C4输出，输出后由LED发光二极管进行显示。

四、总原理图及元器件清单

总原理图

元件序号型号主要参数数量备注

R1~R11 色环电阻 1K 11 缓冲减压

D0~D14 LED 发光二极管14 显示、观察K1~K9 SW 逻辑开关9 低电平、高电平芯片74LS283 16引脚 1 加法功能

导线铜线14 连接

元器件清单

五、安装与调试

首先用电路仿真软件对原理图进行仿真看是否有效果，然后用Altium Designer Summer 09软件制作电路原理图和PCB图，在实验室制成电路板，按照总原理图和元器件清单进行安装。PCB图和实物图如下：

PCB图（电路板）

实物效果图

六、性能测试与分析

故障A、无论怎么改变输入端的值，有的LED始终不亮。

原因1：通过检查，发现电路板有些地方的铜片是断的。

排除方法：用焊锡把断路的地方连起来。

原因2：经过检查发现所刻电路板是完好的，而当元器件插入后，信号无法输入或者输出。

排除方法：调换导线后进行检测，如果发现还不行则检查元器件的好坏，最后解决问题。

故障B、经过检查确认电路正确后，接通电源，LED不能稳定发光。

原因：导线插入电路板接口中牢固，焊接点处接触不良。

排除方法：耐心地检查每一个元器件的焊接口，用万用表检查焊接点是否有断路现象即可，如果有，则重新焊接。

七、结论与心得

本次电路课程设计是以学生自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的

实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的