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原稿课程设计

28
2020年4月19日
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十翻二运算电路设计

一、内容摘要

关键字 ：十翻二运算、全加器、BCD码
人们在向计算机输送数据时，首先把十进制数变成二—十进制数码即 BCD 码， 运算器在接受到二一十进制数码后，必须要将它转换成二进制数才能参加运算。这 种把十进制数转换成二进制数的过程称为“十翻二”运算。
Transfer data to the computer people, the computer should first turn into the binary - decimal do that BCD, computing devices will receive the binary - only after decimal operation, which convert to binary number is called the"decimal turn binary" operation.
本报告主要介绍十翻二电路的设计思路，实现方法与调试过程。包括系统设计，方案比较，系统框图，单元模块分析与设计，完整电路图，电路工作原理，运行说明，调试方法与技巧，故障分析与解决方法，以及对电路的改进等。
This report mainly introduces decimal turn to binary circuit design， implementation method and debugging process. Include system design, program comparision, the system frame, unit module analysis design, complete circuit diagram, circuit principle, operation instructions, debugging method and skill, failure analysis and solving methods and circuit improvement, etc

二、技术指标
l 系统结构要求
系统结构方框图如图2-1所示。

十翻二运算电路

二进制数显示
十进制数显示

图2-1
l 电气指标
1．具有十翻二功能。
2．能完成三位数十进制数到二进制数的转换。
3．能自动显示十进制数及二进制数。
4．具有手动和自动清零功能。
l 设计条件
1.电源条件：直流稳压电源提供+5V电压。
2.实验仪器和材料：
名 称
备 注
仪器
实验室配备
万用表
一个
面包板
1块
剪刀
一把
镊子
一把
各色导线
若干
三、主要芯片
u 74283：四位超前进位并行加法器管脚排列图

所谓超前进位加法器是指，为了提高运算速度，在电路结构中经过逻辑电路事先得出每一位全加器的进位输入信号，而无需再从最低位开始向高位逐位传递进位 信号的多位加法器。
1.全加器—— 实现一位二进制数加法
输入：被加数Ai、加数Bi、低位的进位Ci-1
输出：和Si、向高位的进位Ci
Si=Ai⊕Bi⊕Ci-1
Ci =AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1
2、超前进位：各位的进位输出不经过低位加法器传输，直接由所有低位的加数、被加数产生。
Ci =AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1=Gi+PiCi-1
产生变量： Gi =AiBi 传输变量： Pi =Ai⊕Bi
C1 = G1 +P1C 0
C2 =G2+P2G1 +P2P1 C0
C3 = G3+P3G2+P3P2G1 +P3P2P1C0
C4 = G4+P4G3+P4P3G2 +P4P3P2G1 +P4P3P2 P1 C 0
各进位信号同时产生，运算速度快，但电路复杂。
u 排阻

注：按键电路应加上拉电阻（1K左右），可用排阻。
u 发光二极管
注意发光二极管是一种电流型器件，虽然在它的两端直接接上3V的电压后能够发光，但容易损坏，在实际使用中一定要串接限流电阻，工作电流根据型号不同一般为1mA到3OmA。另外，由于发光二极管的导通电压一般为1．7V以上，因此一节1．5V的电池不能点亮发光二极管。同样，一般万用表的R×1档到R×1K档均不能测试发光二极管，而R×10K档由于使用15V的电池，能把有的发光管点亮。 
用眼睛来观察发光二极管，能够发现内部的两个电极一大一小。一般来说，电极较小、个头较矮的一个是发光二极管的正极，电极较大的一个是它的负极。若是新买来的发光管，管脚较长的一个是正极。

u 数码管管脚图

以 A3A2A1A0 表示显示译码器输入的 BCD 代码，以 Ya—Yg 表示出的 7 位二进制代码，并规定用 1 表示数码管中线的点亮状态，用 0 表示线段的熄 灭状态。

表 1.7.4 BCD—七段显示译码器的真值表
输 入 输 出

数字 A3 A2 A1 A0 Ya Yb Yc Yd Ye Yf 字形

Yg

0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
3
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
5
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
6
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
7
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
9
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
10
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
11
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
12
1
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
13
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
14
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
15
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0

u 4511译码器
4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

四、方案设计
用加法器实现BCD码至二进制数的转换基于这样的事实：
将BCD码字中各个为“1”的位所代表的权值的等值二进制数相加，即可获得该BCD码的等值二进制数。
例如：十进制数36，BCD码为00110110，其中为“1”的位从高到低的权值依次为20、10、4、2.
20 --------10100
10 --------01010
4 --------00100
2 --------00010 相加
------------------------
36 -------100100 （25+22）
实际进行加法运算时，最低位不必进行。最低位能够直接以BCD码字的最低二进制输出。至于最低位以外的各个二进制位，也只需要将相同位置的“1”及相邻低位来的进位相加（次低位无最低位来的进位），而对于“0”则不必去将其相加。相同位置的“1”的个数越少，所需要的加法次数也就越少，需要的加法器越少，实现的电路也越简单、经济。
u 一片74283加法器构成的BCD码/6位二进制数变换电路：
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1 b3=D03+D10+C2
b4=D11+C3
b5=C4

u 两片74283加法器构成的BCD码/7位二进制数变换电路
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1
b3=D03+D10+D12+C2
b4=D11+D13+C30+C31
b5=D12+C40+C41
b6=D13+C5

由于加法器的任一位仅允许三个加法输入（被加数、加数、相邻低位来的进位），因此b3、b4的逻辑值必须经过两次加法运算才能获得。
将b3、b4的表示式进行分组：
产生进位C30 产生进位C40

b3=（D03+D10+C2）+D12 b4=（D11+C30）+D13+C31

产生部分和S30 产生部分和S40

产生和b3及进位C31 产生和b4及进位C41

b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+C1
b3=D03+D10+C2+D12
b4=D11+C30+D13+C31
b5=D12+C40+C41
b6=D13+C5

u 三片74283加法器构成的BCD码/10位二进制数变换电路：
b0=D00
b1=D01+D10
b2=D02+D11+D20+C1
b3=D03+D10+D12+D21+C20+C21
b4=D11+D13+D22+C30 +C31+C32
b5=D12+D20+D23+C40+C41
b6=D13+D20+D21+C50+C51
b7=D21+D22+C60+C61+C62
b8=D22+D23+C70+C71
b9=D23+C80

五、单元电路设计
u 输入部分：用拨码开关1-12位，输入BCD码。与排阻串联。四位代表一个十进制数。拨码拨下开关1，表示2的0次方，2表示2的1次方，3表示2的2次方，4表示2的3次方。
u 显示部分：二进制数字的显示能够用LED 发光二极管指示，十进制数字的显示用七段数码管显示。
u 十翻二计算部分：全加器Σ可选用74LS283 全加器。用加法器实现BCD码到二进制数的转换。全加器16脚接高电位，7，8脚接低电位。

六、完整电路及简要说明

接入+5V高电位后，经过公共端置1，此时在拨码开关上从低位到高位拨0-9之间的数（从右到左，分别为个位，十位，百位），经过4511译码器在数码管上显示十进制数；并经过5位全加器74283，实现十进制转换成二进制，在LED上显示。

² 完成电路：

七、安装与调试
（一）使用的主要仪器仪表：
万用表，实验箱。
（二）调试电路的方法和技巧：
1、分模块连接、调试，待到各模块调试成功后，再将各模块连接起来同一调试。
2、分模块调试时，时钟部分先用实验箱上固定频率进行调试，待调试成功后，再将时钟模块连接好进行调试。
3、当出现错误时，先使用较低频率（1Hz）作为时钟，利用LED灯对出现错误部分的前级进行测验，对比设计逻辑以便找出错误所在。
4、连线时对时钟线、复位线、电源线、地线、数据线用不同颜色的电线连接以便于检查。
（三）测试数据
输入值（十进制）
255
127
252
输出值（二进制）
1111 1111
0111 111
1111 1100
（四）调试中出现的故障、原因及排除方法
故障一：数码管显示不正确。原因是数码管的3、4管脚未接高电位、
5、8管脚未接低电位，不能以输入的信号控制数码管，连接后问题解决。
故障二：二极管显示不正确。原因没有合理考虑进位问题。原先是用四块74283实现的，考虑进位后，采用了五块74283解决了该问题。

八、电路特点及方案优缺点
此电路设计模块功能清晰，易于分模块调试，且接法相对简单，但由于既要供电于数码管，又要供电给十翻二电路，译码器电流不足，会导致数码管只显示偶数，不显示奇数。能够在拨码开关和4511之间加门电路增加译码器的驱动能力解决该问题。

九、元件清单

器件型号
数 量

4511

3

74283

5

共阴极数码管

3

拨码开关

2

发光二极管

10

100Ω电阻

10

300Ω电阻

3

1K排阻

2

十、心得体会
经过此次课程设计学习了相关的电子电路知识。掌握综合性和系统性电子电路的设计原则和方法。进一步掌握了74系列多种芯片的使用方法，了解了设计数字电路的过程，学会分模块调试数字电路，以及一些电路检测方法，对使用面包板进行设计更加了解，增加了设计经验，对布线方法有了进一步的了解。如在面包板上最好将不同功能的线路用颜色加以区别，地线与电源线不要靠得过近以照成干扰，布线一定要事先考虑好，可减少布线时不必要的麻烦等。

十一、 参考文献
张豫滇,苏起虎 电子电路课程设计 南京：河海大学出版社，
韩广兴 新编电子电路实用手册 电子工业出版社，