孩儿立志出乡关：一位减法器的设计

2020年11月11日发(作者：唐庚)





《电子技术课程设计报告》

题 目： 一位减法器
学 院：
专 业：
班 级：
姓 名：
指导教师：


2009年 12月18日



目 录


1．课程设计的目的………………………………………………1
2．课程设计题目描述和要求……………………………………1
3．课程设计报告内容……………………………………………1
4．总结……………………………………………………………11





















1.课程设计目的
课程设计是某门课程的总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有
关先修课程的基本知 识去解决某一实际问题的基本训练，加深对该课程知识的理
解。在整个教学计划中,它起着培养学生独立 工作能力的重要作用。
通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力:
（1）查阅资 料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从
生产现场中搜集)的能力；
（ 2）方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合
理性，并注意提高分析和解决 实际问题的能力；
（3）迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；
（4）用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。

2.课程设计题目描述和要求
2.1题目描述：
本次课程设计是设计一个一位减法器。任意输入两个一位数通过减法器进行
减法运算。
2.2要求：
（1）利用基本逻辑门电路和编码器，译码器及计数器完成电路
（2）用LED管显示

3.课程设计报告内容
3.1 设计方案的选定与说明。
所设计的一位减法器由
计数器是一种应用十分广泛的时序电路,除 用于计数,分频外,还广泛用于数
字测量,运算和控制,从小型数字仪表,到大型数字电子计算机,几乎 无所不在,是
任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。
计数器可利用触发器和门电路构成. 但在实际工作中,主要是利用集成计数
器来构成.在用集成计数器构成N进制计数器时,需要利用清零端 或置数控制端,
让电路跳过某些状态来获得N进制计数器。

1
（1） 但根据要求及设计的简单，此设计方案采用集成电路实现，
设计框图如下图所示：
LED
键
盘
输
入
器

计
数
器

减
法
器

译
码
器

显
示
器


（2）逻辑函数表达式
1．补码加减运算的基本公式
补码加法的基本公式为：
整数 [A]
补
+[B]
补
=[A+B]
补
(mod 2
n+1
)
小数 [A]
补
+[B]
补
=[A+B]
补
(mod 2)
即补码表示肋两个数在进行加法运算时，可以把符号位与数位同等处理，只
要结果不超出机 器能表示的数值范围，运算后的结果按2
n+1
取模(对于整数)；或
按2取模(对于 小数)，就能得到本次加法的运算结果。
2.对于减法
因A-B=A+(-B)
则[A-B]
补
=[A+(-B)]
补

由补妈加法基本公式可得：
整数 [A-B]
补
=[A]
补
+[-B]
补
(mod 2
n+1
)
小数 [A-B]
补
=[A]
补
+[-B]
补
(mod 2)

2
因此，若机器数采用补码， 当求A-B时， 只需先求[-B]
补
（称[-B]
补
为“求
补”后的减数），就可按补码加法规则进行运算。而 [-B]
补
由[B]
补
连同符号位在
内，每位取反，末位加1而得。
3.2论述方案的各部分工作原理；
（1）键盘输入器
如图1所示：

图1 键盘输入逻辑电路
键盘真值表：

3

对真 值表和逻辑电路进行分析，可得知：①该编码器为输入低电平有效；②
在按下S
0
-S
9
中任意一个键时，即输入信号中有一个为低电平时GS=1，表示有信
号输入，GS =0,则无信号输入。
(2)74LS161四位二进制同步加法计数器
74LS161
图2所示:







图2 74LS161引脚图
CP：计数器脉冲输入端，上升沿触发。
Cr：异步清零端（复位端），低电平有效。
A,B,C,D：预置数并入数据输入端。

4
的引脚图如
LD ：同步预置数据控制端，低电平有效。当控制端有效时，在时钟脉冲作用
下，一次性将并入口数据送到输 出端。
S
1
，S
0
：工作状态使能端，S
1
·S
0
=0时计数器处于保持状态；S
1
·S
0
=1时计数器处于加法计数状态。
Q
D
，Qc，Q
B
，Q
A
：计数器四位输出端。
Qcc：进位输出端，当Q
D
·Q
C
·Q
B
·Q< br>A
·S
1
=1时，Qcc端输出高电平。
74LS161功能表：
（3）CC4518双四位异步BCD码加法计数器
CC4518的内部逻辑图和引脚部局图如图3所示：

图3 CC4518逻辑图与引脚部局图

Cr：异步清零端（复位端），高电平有效。
CP，EN：计数器工作状态控制与时钟脉冲输入端。
Q
D
，Q
C
，Q
B
，Q
A
：计数器四位数据输出端。


清零
送数
计数
保持
保持

输入
CP
Cr

LD

S
1
S
0
D C B A Q
D

X
↑
↑
X
X
0
1
1
1
1
X
0
1
1
1
X X X X X X 0
X X d c b a d
1 1 X X X X
0 1 X X X X
1 0 X X X X
5
输出
Q
C

0
c
Q
B

0
b
Q
A
Q
CC

0 0
a 0-1
二进制加法计数
不变
不变
CC4518逻辑功能表：


清零
计数
保持
计数
保持
Cr
1
0
0
0
0
输入
CP
X
↑
X
0
1
EN
X
1
0
↓
X
QD
0
输出
QC
0
QB
0
QA
0
BCD码加法计数
保持
BCD码加法计数
保持
利用已有的中 规模集成计数器，经过外电路的不同连接，可以很方便地获得
任意进制计数器。当然，这个“任意”必须 限制在已有计数器的计数范围内。任
意进制计数器的设计思想是：假定已有N进制计数器，而需要得到M 进制计数器。
在N>M的条件下，只要设法使N进制计数器在顺序计数过程中跳越N—M个状态，
就可获得M进制计数器。实现这种状态跳越的方法，常用反馈复位法（清零法）
和反馈置位法（置数法 ）两种。
反馈复位法是控制已有计数器（设模为N）的异步清零端 来获得任意进制
（模为 M）计数器的一种方法。其原理是：假设已有计数器从初始状态S
0
（通常
是触发器全 为0的状态）开始计数，当接受到M个计数脉冲后，电路进入S
M
状
态，如果这时利用 S
M
的二进制代码通过组合电路产生异步清零信号，并反馈到
已有计数器的清零端，于 是电路仅在S
M
状态短暂停留后就立即复位到S
0
状态，
这样就跳越 了N—M个状态而获得M进制计数器。
反馈置位法是控制已有计数器的预置控制端（当然以计数器有预 置数功能为
前提）来获得任意进制计数器的一种方法。其原理是：利用给计数器重复置入某
个数 值（可以是最小值，也可以是最大值）的方法来跳越N—M个状态，从而获
得M进制计数器。
（4）74LS283四位二进制超前进位全加器
简要说明: 283为具有超前进位的 4 位全加器,283 可进行两个 4 位二进
制数的加法运算，每位有和输出Σ1~Σ4，进位由第四位得到C4.
引出端符号:
A1–A4 运算输入端

6
B1–B4 运算输入端
C0 进位输入端
Σ1–Σ4 和输出端
C4 进位输出端
引脚图如图4所示：


图4 74LS283引脚图

74LS283功能表：
C（n-1）
0
0
0
0
1
1
1
1
A
n
0
0
1
1
0
0
1
1
B
n
0
1
0
1
0
1
0
1
∑
n
0
1
1
0
1
0
0
1
C
n
0
0
0
1
0
1
1
1
（5）7442 4线－10线译码器（BCD输入）
简要说明 42 为 BCD－十进制译码器，共有 547442、5474LS42 两种线路
结构型式
地址（A0－A3）按BCD编码，在输出端（ － Y0－ － Y9）以低电平译出，

7
当A0－A3为 无效的输入状态时，所有输出端均为高电平。
引出端符号：
A0－A3 译码地址输入端
Y0－Y9 十进制输出端（低电平有效）
引脚图如图5所示：


图5 7442引脚图
7442功能表：
BCD输入
D C B A
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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 1 1 1
1 0 0 0
1 0 0 1
十进制输出
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

8
I
N
V
A
L
I
D
1 0 1 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
（6）LED显示器
如下图6所示：

常见的数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，叫七段 数码管，
根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。根据管脚资料，
您可以 判断使用的是何总接口类型.
LED数码管是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。
将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接，组成
“8”字，再把发光二极管另 一电极作笔段电极，就构成了LED数码管。若按规
定使某些笔段上的发光二极管发光，就能显示从0～ 9的…系列数字。同荧光数
码管(VFD)、辉光数码管(NRT)相比，它具有：体积小、功耗低、耐 震动、寿命长、
亮度高、单色性好、发光响应的时间短，能与TTL、CMOS电路兼容等的数显器件。

4.总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际 问题,
锻炼实践能力的重要环节,是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程。

9
回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，自从拿到题目到完成整个
设计， 从理论到实践，在整整半个月的日子里，可以学到很多很多的东西，同时
不仅可以巩固了以前所学过的知 识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知
识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很 重要的，只有理论知识
是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，< br>才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计
的过程中遇到问题 ，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各
种各样的问题，同时在设计的过程中发现了 自己的不足之处，对一些前面学过的
知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说555定时器，计数 器……通过这
次课程设计之后，我把前面所学过的知识又重新温故了一遍。
我做的是一位减法 器，虽然是很简单的东西，但对我一个初学者来说却是一
个很大的困难。更加是第一次做课程设计，所以 第一天下午在机房做了一个下午
却丝毫没有进展，最主要是不知从何开始，这个时候才知道上课老师们不 厌其烦
的教导是多么的宝贵，这个时候才后悔上课的时候没有认真的听讲。
在这里我要感谢老 师和同学对我的帮助，特别是两位老师，如果没有他们的
耐心辅导，我想我都不一定能完成。我由衷的说 一声：谢谢你们！
在课程设计过程中，收获知识，提高能力的同时，我也学到了很多人生的哲理，懂得怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎
么样去克服心理上的 不良情绪。因此在以后的生活和学习的过程中，我一定会把
课程设计的精神带到生活中，不畏艰难，勇往 直前！

参考书目：(五号，宋体加粗)
［1］ 康华光，邹寿彬，秦臻，《电子技术基础》数字部分（第五版），北京，高等教育出
版社，2009年
［2］ 阎石，《数字电子技术基础》（第五版），北京，高等教育出版社，2008年
［3］ 许莉娅，《数字电路逻辑与设计》，北京，北京理工大学出版社，2006
［4］ 秦曾煌，《电工学(第7版)(上册)电工技术》（第七版），北京，高等教育出版社，2009
年
［5］ 秦曾煌，《电工学(第7版)(下册)电工技术》（第七版），北京，高等教育出版社，2009
年


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