目 录
摘要.................................................................................................................................. I Abstract . ........................................................................................................................... II 1设计任务 . ...................................................................................................................... 1
1.1 设计要求............................................................................................................ 1 1.2理论分析 ............................................................................................................ 1 2电路原理设计 . ............................................................................................................... 2
2.1加法电路设计 ..................................................................................................... 2
2.2减法电路设计 ..................................................................................................... 2 2.3芯片引脚图功能表 .............................................................................................. 3 3电路仿真 . ...................................................................................................................... 5 4 实际电路焊接调试 ........................................................................................................ 7
4.1电路元件 ............................................................................................................ 7 4.2 电路调试............................................................................................................ 7 5 心得体会 ...................................................................................................................... 9 6 参考文献 .................................................................................................................... 10
摘要
加减法运算电路是一种通过数字电路实现相应数值加减法的运算，为更好掌握数字电路提供基础，同时也在实际中有着广泛的应用。本次要求数值以及运算模式通过按键控制，数值通过寄存器实现并行输入输出，并通过发光二级管来显示计算结果。主要组成部分有：振荡电路，数字输入与控制，加减法运算，以及显示电路。采用74LS 系列（双列直插式）中小规模集成芯片进行硬件的焊接以及硬件调试。
关键字：加减法运算电路、振荡器、加法器、寄存器
Abstract
Addition and subtraction operation circuit is a through the digital circuit implementation of addition and subtraction corresponding numerical computation, for better master digital circuit provide foundation, at the same time also in actual in a wide range of applications. The numerical model and operation requirements by button control, numerical through the register realize input and output in parallel, and through the leds to show that the calculation results. Main part: oscillating circuit, digital input and control, addition and subtraction operations, and display the circuit. The LS 74 series (double row straight insert) medium and small scale integrated chips for hardware and the welding hardware debugging.
Keywords: addition and subtraction operation circuit, oscillator, adding machines, the
register
1设计任务
1.1 设计要求
（1）设计并行加减运算电路；
（2）led 灯显示结果，按键控制运算模式； （3） 内部具有两个寄存器；
（4）掌握数字电路的设计及调试方法； （5）撰写符合学校要求的课程设计说明书。
1.2理论分析
图1 设计流程图
2电路原理设计
2.1加法电路设计
利用两块74LS194寄存器并行输入两个数据A 3A 2A 1A 0、B 3B 2B 1B 0，再将数据输入到74LS283加法器中进行加法运算。电路原理图如图2所示
图2 加法电路原理图
2.2减法电路设计
减法运算的基本原理 在计算机中，为了减少硬件复杂性，减法基本上是通过加法来实现的。这首先需要求出减数的反码（即把该数所有各位的0变为1，1变为0），再在结果上加 1 得到补码，然后加到被减数上即可。
求二进制数反码电路 可以用异或门来实现，A ⊕1=⊕0=A，可选用74LS86四异或门。
电路原理图如图3所示，将待加减的数据先送入寄存器存储起来，存储之前清零，把数据A 3A 2A 1A 0送到寄存器①中，数据B 3B 2B 1B 0送到寄存器②中，寄存器②的输出送到异或门的输入。M=1 时，电路进行减法运算，异或门的输出是输入的反码。最后，将两路数据送入四位全加器相加得 A-B的结果。在做减法运算时，对其结果 A-B中的高进位 CO 要注意：当 A＞B 时，CO1 要略去；当 A＜B 时，CO0，此时表示有借位，也即表示 SA-B 是负数。
图3 减法电路原理图
2.3芯片引脚图功能表
74LS194是一种功能比较齐全的4位双向移位寄存器，它具有清除、保持、并行输入、右移位串行输入和左移串行输入数据等五种功能。其引脚图如图4所示，表1是其功能表
图4 74LS194引脚图
表1 74LS194功能表
74LS283是一中4位二进制超前进位加法器，图5是它的引脚图，表2是其功能表。两个4位二进制数A=A 3A 2A 1A 0和B=B 3B 2B 1B 0相加，本位和为S=S 3S 2S 1S 0。CI 是来自相邻低位的进位数，CO 是向相邻高位的进位数。
图5 74LS283引脚图
表2 74LS283功能表
3电路仿真
根据上述分析，将加法电路和减法电路结合起来，得到总电路如图6所示。
图6 加减法运算电路仿真图
图6 加减法运算电路仿真图
电路中开关J3、J4、J5、J6分别为D 31D 21D 11D 01信号输入端，J6、J7、J8、J9分别为D 32D 22D 12D 02信号输入端。CP 脉冲信号由函数发生器提供。开关J2控制两片74LS194的清零信号，低电平清零。开关J2为电路加减法的选择开关。
当开关J2=0时，电路为加法电路。LED1为高位进位信号，D 32D 22D 12D 02与0异或后保持不变。此时U3 74LS283的C O1⊕J2=C O1=LED1，S 31S 21S 11S 01输入到U4后与B 32B 22B 12B 02相加，此时B 32B 22B 12B 02=J2=0000，所以S 32S 22S 12S 02=S 31S 21S 11S 01，结果再与0异或后仍不变，即C O1S 32S 22S 12S 02=A 31A 21A 11A 01+B 31B 21B 11B 01。
当开关J2=1时，电路为减法电路。第二块74LS194芯片的二进制输出与1异或后再加上低位进位1，即为原来数据的补码。此时LED1=C O1⊕J2=O1LED1亮表示负数，不亮表示正数。A 31A 21A 11A 01与B 31B 21B 11B 01相加后有两种情况，第一种情况可能为负数（即C O1=0，LED1=1,灯亮），此时U3输出的结果为真实值的补码，与门输出为高电平1，即B 32B 22B 12B 02=1111，A 32A 22A 12A 02与其相加后等到真实值的反码，然后再与1相异或后得到真实值。第二种情况可能是正数（即C O1=1，LED1=0），此时U3输出值就真实值，而与门输出为低电平0，即B 32B 22B 12B 02=0000，相加后保持不变，然后再与0异或仍然保持不变，即输出为真实值。
4 实际电路焊接调试
4.1电路元件
杜邦线、排针电路所用元器件如下表1所示导线若干
4.2 电路调试
按上述原理图焊接电路，并用开关如数数据进行相关参数的检测和性能的调试。
图7 实际电路正面图
图8 实际电路背面图
由实验现象可得电路符合设计要求。
5 心得体会
古人云：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”学习模电知识与学习其他任何知识一样，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，一定要动手尝试才行。不能光看。多想，多思考，多尝试，才是正路。通过这次课程设计加深了我对数字电子课程的认识。
在设计电路阶段，由于对任务所提供的各种芯片并不熟悉，因此，我通过在网上查找大量资料，基本掌握各种芯片的工作参数，使用方法等资料。这在满足设计所需的同时，也让我知道了在电路设计的过程中我们也要有广泛查询整理资料的能力，也可以说，查询各种电子元器件的参数是设计过程的的必备阶段。 在电路布线过程中，因为线路复杂，所以所布的线应该要尽量简洁有规律，通过后来的调试过程发现，如果布线太复杂，调试的难度就会大大增加。所以说，布线简洁在美化电路的同时，也减轻了实验操作的难度。调试过程，我觉得最主要的还是两个字——耐心。因为在调试过程中你会发现问题总是永远存在的，你需要不断的去调试，去分析，再去调试。在此过程中你也会发现问题解决了一个又会出现新的一个。但是，只要是真正具备耐心，你仍然可以完成任务所要求的目标。写论文时，我觉得我受益是非常大的，毕竟在今后的学习工作中，论文肯定是要经常接触的。通过写此次论文，我真正学习到了写论文除了描述好实验事实最主要的就是规范，富有层次感，这对我今年后写论文是很有帮助的。
这次课程设计让我们通过亲自的实践操作，去亲身发现体验理论和实践的差别，乃至当理论运用到实践的过程中，我们将会发现怎样的问题，我们应该怎样去解决。虽说电路在很多地方还不是很完美，但忽略电路是否够好的问题，必须承认的是，该设计课程提供了一个很好的锻炼平台，很大地提高了我的综合实验及设计的能力。从资料的查找，学习到相关理论知识的掌握，再从电路的设计到提出自己的方案等等。这每一步都需要我们去努力，去思考和探索，这对后来的发展是很有帮助的，我也相信通过本次课程设计我所学到的必将对以后的学习和工作到来巨大帮助。
6 参考文献
[1]岳怡. 数字电路与数字电子技术. 西安:西北工业大学出版社，2004.
[2]伍时和. 数字电子技术基础. 北京：清华大学出版社，2009.
[3]康华光，周寿彬. 电子技术基础：数字部分. 北京：高等教育出版社，2000.
[4]王志功. 集成电路设计基础. 北京：电子工业出版社，2004.
[5]罗中华，曾青生. 数字电路与逻辑设计. 北京：清华大学出版社，2004.
目 录
摘要.................................................................................................................................. I Abstract . ........................................................................................................................... II 1设计任务 . ...................................................................................................................... 1
1.1 设计要求............................................................................................................ 1 1.2理论分析 ............................................................................................................ 1 2电路原理设计 . ............................................................................................................... 2
2.1加法电路设计 ..................................................................................................... 2
2.2减法电路设计 ..................................................................................................... 2 2.3芯片引脚图功能表 .............................................................................................. 3 3电路仿真 . ...................................................................................................................... 5 4 实际电路焊接调试 ........................................................................................................ 7
4.1电路元件 ............................................................................................................ 7 4.2 电路调试............................................................................................................ 7 5 心得体会 ...................................................................................................................... 9 6 参考文献 .................................................................................................................... 10
摘要
加减法运算电路是一种通过数字电路实现相应数值加减法的运算，为更好掌握数字电路提供基础，同时也在实际中有着广泛的应用。本次要求数值以及运算模式通过按键控制，数值通过寄存器实现并行输入输出，并通过发光二级管来显示计算结果。主要组成部分有：振荡电路，数字输入与控制，加减法运算，以及显示电路。采用74LS 系列（双列直插式）中小规模集成芯片进行硬件的焊接以及硬件调试。
关键字：加减法运算电路、振荡器、加法器、寄存器
Abstract
Addition and subtraction operation circuit is a through the digital circuit implementation of addition and subtraction corresponding numerical computation, for better master digital circuit provide foundation, at the same time also in actual in a wide range of applications. The numerical model and operation requirements by button control, numerical through the register realize input and output in parallel, and through the leds to show that the calculation results. Main part: oscillating circuit, digital input and control, addition and subtraction operations, and display the circuit. The LS 74 series (double row straight insert) medium and small scale integrated chips for hardware and the welding hardware debugging.
Keywords: addition and subtraction operation circuit, oscillator, adding machines, the
register
1设计任务
1.1 设计要求
（1）设计并行加减运算电路；
（2）led 灯显示结果，按键控制运算模式； （3） 内部具有两个寄存器；
（4）掌握数字电路的设计及调试方法； （5）撰写符合学校要求的课程设计说明书。
1.2理论分析
图1 设计流程图
2电路原理设计
2.1加法电路设计
利用两块74LS194寄存器并行输入两个数据A 3A 2A 1A 0、B 3B 2B 1B 0，再将数据输入到74LS283加法器中进行加法运算。电路原理图如图2所示
图2 加法电路原理图
2.2减法电路设计
减法运算的基本原理 在计算机中，为了减少硬件复杂性，减法基本上是通过加法来实现的。这首先需要求出减数的反码（即把该数所有各位的0变为1，1变为0），再在结果上加 1 得到补码，然后加到被减数上即可。
求二进制数反码电路 可以用异或门来实现，A ⊕1=⊕0=A，可选用74LS86四异或门。
电路原理图如图3所示，将待加减的数据先送入寄存器存储起来，存储之前清零，把数据A 3A 2A 1A 0送到寄存器①中，数据B 3B 2B 1B 0送到寄存器②中，寄存器②的输出送到异或门的输入。M=1 时，电路进行减法运算，异或门的输出是输入的反码。最后，将两路数据送入四位全加器相加得 A-B的结果。在做减法运算时，对其结果 A-B中的高进位 CO 要注意：当 A＞B 时，CO1 要略去；当 A＜B 时，CO0，此时表示有借位，也即表示 SA-B 是负数。
图3 减法电路原理图
2.3芯片引脚图功能表
74LS194是一种功能比较齐全的4位双向移位寄存器，它具有清除、保持、并行输入、右移位串行输入和左移串行输入数据等五种功能。其引脚图如图4所示，表1是其功能表
图4 74LS194引脚图
表1 74LS194功能表
74LS283是一中4位二进制超前进位加法器，图5是它的引脚图，表2是其功能表。两个4位二进制数A=A 3A 2A 1A 0和B=B 3B 2B 1B 0相加，本位和为S=S 3S 2S 1S 0。CI 是来自相邻低位的进位数，CO 是向相邻高位的进位数。
图5 74LS283引脚图
表2 74LS283功能表
3电路仿真
根据上述分析，将加法电路和减法电路结合起来，得到总电路如图6所示。
图6 加减法运算电路仿真图
图6 加减法运算电路仿真图
电路中开关J3、J4、J5、J6分别为D 31D 21D 11D 01信号输入端，J6、J7、J8、J9分别为D 32D 22D 12D 02信号输入端。CP 脉冲信号由函数发生器提供。开关J2控制两片74LS194的清零信号，低电平清零。开关J2为电路加减法的选择开关。
当开关J2=0时，电路为加法电路。LED1为高位进位信号，D 32D 22D 12D 02与0异或后保持不变。此时U3 74LS283的C O1⊕J2=C O1=LED1，S 31S 21S 11S 01输入到U4后与B 32B 22B 12B 02相加，此时B 32B 22B 12B 02=J2=0000，所以S 32S 22S 12S 02=S 31S 21S 11S 01，结果再与0异或后仍不变，即C O1S 32S 22S 12S 02=A 31A 21A 11A 01+B 31B 21B 11B 01。
当开关J2=1时，电路为减法电路。第二块74LS194芯片的二进制输出与1异或后再加上低位进位1，即为原来数据的补码。此时LED1=C O1⊕J2=O1LED1亮表示负数，不亮表示正数。A 31A 21A 11A 01与B 31B 21B 11B 01相加后有两种情况，第一种情况可能为负数（即C O1=0，LED1=1,灯亮），此时U3输出的结果为真实值的补码，与门输出为高电平1，即B 32B 22B 12B 02=1111，A 32A 22A 12A 02与其相加后等到真实值的反码，然后再与1相异或后得到真实值。第二种情况可能是正数（即C O1=1，LED1=0），此时U3输出值就真实值，而与门输出为低电平0，即B 32B 22B 12B 02=0000，相加后保持不变，然后再与0异或仍然保持不变，即输出为真实值。
4 实际电路焊接调试
4.1电路元件
杜邦线、排针电路所用元器件如下表1所示导线若干
4.2 电路调试
按上述原理图焊接电路，并用开关如数数据进行相关参数的检测和性能的调试。
图7 实际电路正面图
图8 实际电路背面图
由实验现象可得电路符合设计要求。
5 心得体会
古人云：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”学习模电知识与学习其他任何知识一样，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，一定要动手尝试才行。不能光看。多想，多思考，多尝试，才是正路。通过这次课程设计加深了我对数字电子课程的认识。
在设计电路阶段，由于对任务所提供的各种芯片并不熟悉，因此，我通过在网上查找大量资料，基本掌握各种芯片的工作参数，使用方法等资料。这在满足设计所需的同时，也让我知道了在电路设计的过程中我们也要有广泛查询整理资料的能力，也可以说，查询各种电子元器件的参数是设计过程的的必备阶段。 在电路布线过程中，因为线路复杂，所以所布的线应该要尽量简洁有规律，通过后来的调试过程发现，如果布线太复杂，调试的难度就会大大增加。所以说，布线简洁在美化电路的同时，也减轻了实验操作的难度。调试过程，我觉得最主要的还是两个字——耐心。因为在调试过程中你会发现问题总是永远存在的，你需要不断的去调试，去分析，再去调试。在此过程中你也会发现问题解决了一个又会出现新的一个。但是，只要是真正具备耐心，你仍然可以完成任务所要求的目标。写论文时，我觉得我受益是非常大的，毕竟在今后的学习工作中，论文肯定是要经常接触的。通过写此次论文，我真正学习到了写论文除了描述好实验事实最主要的就是规范，富有层次感，这对我今年后写论文是很有帮助的。
这次课程设计让我们通过亲自的实践操作，去亲身发现体验理论和实践的差别，乃至当理论运用到实践的过程中，我们将会发现怎样的问题，我们应该怎样去解决。虽说电路在很多地方还不是很完美，但忽略电路是否够好的问题，必须承认的是，该设计课程提供了一个很好的锻炼平台，很大地提高了我的综合实验及设计的能力。从资料的查找，学习到相关理论知识的掌握，再从电路的设计到提出自己的方案等等。这每一步都需要我们去努力，去思考和探索，这对后来的发展是很有帮助的，我也相信通过本次课程设计我所学到的必将对以后的学习和工作到来巨大帮助。
6 参考文献
[1]岳怡. 数字电路与数字电子技术. 西安:西北工业大学出版社，2004.
[2]伍时和. 数字电子技术基础. 北京：清华大学出版社，2009.
[3]康华光，周寿彬. 电子技术基础：数字部分. 北京：高等教育出版社，2000.
[4]王志功. 集成电路设计基础. 北京：电子工业出版社，2004.
[5]罗中华，曾青生. 数字电路与逻辑设计. 北京：清华大学出版社，2004.