《電子應(yīng)用技術(shù)項目教程（第4版）》課件 項目10一位十進制加法計算器的設(shè)計與制作

一位十進制加法計算器的設(shè)計與制作目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)工作任務(wù)知識鏈接知識小結(jié)1.能借助資料讀懂集成電路的型號,明確各引腳功能。2.能完成一位十進制加法計算器邏輯電路的設(shè)計與制作。了解編碼器、譯碼器、常用數(shù)字顯示器、顯示譯碼器、加法器的邏輯功能和主要用途;掌握編碼器、譯碼器、常用數(shù)字顯示器、顯示譯碼器、加法器的基本應(yīng)用;初步掌握一位十進制加法計算器邏輯電路的設(shè)計方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)創(chuàng)新意識及邏輯思維能力。2.培養(yǎng)資料收集、整理能力。一位十進制加法計算器的編碼電路工作任務(wù)1.實訓(xùn)目標(biāo)

（1）能借助資料讀懂集成電路的型號,明確引腳及其功能。

（2）掌握一位十進制加法計算器邏輯電路的設(shè)計與制作方法。（3）掌握常用中規(guī)模集成電路編碼器、加法器、顯示譯碼器、移位寄存器的正確使用方法。

（1）各小組制訂工作計劃。（2）完成一位十進制加法計算器邏輯電路的設(shè)計。（3）畫出裝配圖。（4）完成電路所需元器件的購買與檢測。（5）根據(jù)裝配圖安裝一位十進制加法計算器邏輯電路。（6）完成一位十進制加法計算器邏輯電路的功能檢測和故障排除。（7）通過小組討論完成電路的詳細分析并撰寫任務(wù)工單。2.任務(wù)要求3.實訓(xùn)設(shè)備與元器件

實訓(xùn)設(shè)備：數(shù)字電路實驗裝置1臺實訓(xùn)器件：顯示譯碼器CC45112片；BCD碼加法器CC145601片；移位寄存器CC401942片；BCD碼優(yōu)先編碼器74LS1471片；四2輸入與門74LS081片；六非門CC40691片；BS202LED顯示器2個。4.安裝與調(diào)試

(1)檢測與查閱器件。用數(shù)字集成電路測試儀檢測所用的集成電路。通過查閱集成電路手冊,標(biāo)出電路圖中各集成電路輸入、輸出端的引腳編號。(2)根據(jù)圖10.2、圖10.3、圖10.4,畫出完整的一位十進制加法計算器電路安裝布線圖。(3)根據(jù)裝配圖完成電路的安裝。先在實訓(xùn)電路板上插接好IC器件。在插接器件時,要注意IC芯片的豁口方向(都朝左側(cè)),同時保證IC引腳與插座接觸良好,引腳不能彎曲或折斷。指示燈的正、負極不能接反。在通電前先用萬用表檢查各IC的電源接線是否正確。(4)功能驗證。6.評價反饋

評分表(與項目1任務(wù)工單的評分表一樣)。10.1.1數(shù)制數(shù)制是一種計數(shù)的方法,它是進位計數(shù)制的簡稱。數(shù)制所用的數(shù)字符號叫作數(shù)碼,某種數(shù)制所用數(shù)碼的個數(shù)稱為基數(shù)。10.1數(shù)制與編碼知識鏈接數(shù)碼為：0~9；基數(shù)是10。進位規(guī)則：逢十進一，借一當(dāng)十十進制數(shù)的權(quán)展開式：1.十進制6

3

4

16×１０３＝6０００3×１０２＝3００4×１０１＝4０1×１００＝1

＝6341103、102、101、100稱為十進制的權(quán)。各數(shù)位的權(quán)是10的冪。同樣的數(shù)碼在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值不同。＋任意一個十進制數(shù)都可以表示為各個數(shù)位上的數(shù)碼與其對應(yīng)的權(quán)的乘積之和，稱權(quán)展開式。即：(6341)10＝6×103

＋3×102＋4×101＋1×100又如：(209.04)10＝2×102

＋0×101＋9×100＋0×10－1＋4×10－22.二進制數(shù)碼為：0、1；基數(shù)是2。運算規(guī)律：逢二進一,借一當(dāng)二，即：1＋1＝10。二進制數(shù)的權(quán)展開式：如：(101.01)2＝1×22＋0×21＋1×20＋0×2－1＋1×2－2＝(5.25)10加法規(guī)則：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10乘法規(guī)則：0·

0=0，0·

1=0，1·

0=0，1·1=1運算規(guī)則各數(shù)位的權(quán)是２的冪

二進制數(shù)只有0和1兩個數(shù)碼，它的每一位都可以用電子元件來實現(xiàn)，且運算規(guī)則簡單，相應(yīng)的運算電路也容易實現(xiàn)。數(shù)碼為：0~7；基數(shù)是8。運算規(guī)律：逢八進一，借一當(dāng)八，即：7＋1＝10。八進制數(shù)的權(quán)展開式：如：(207.04)10＝2×82

＋0×81＋7×80＋0×8－1＋4×8－2＝(135.0625)103.八進制4.十六進制數(shù)碼為：0~9、A~F；基數(shù)是16。運算規(guī)律：逢十六進一，借一當(dāng)十六，即：F＋1＝10。十六進制數(shù)的權(quán)展開式：如：(D8.A)2＝13×161

＋8×160＋10×16－1＝(216.625)10各數(shù)位的權(quán)是8的冪各數(shù)位的權(quán)是16的冪用按權(quán)展開求和法。例10.1將二進制數(shù)(10101)2

轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。解:只要將二進制數(shù)的各位加權(quán)系數(shù)求和即可,得1.各種進制轉(zhuǎn)換成十進制10.1.2不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2.十進制轉(zhuǎn)換為二進制采用的方法—

基數(shù)連除、連乘法原理：將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換。整數(shù)部分用“除2取余,后余先讀”法，小數(shù)部分用“乘2取整,前整先讀”法。（1）二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制數(shù)：將二進制數(shù)由小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每3位分成一組，不夠3位補零，則每組二進制數(shù)便是一位八進制數(shù)。3.二進制數(shù)與八進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換1101010.01000＝(152.2)8（2）八進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)：將每位八進制數(shù)用3位二進制數(shù)表示。=011111100.010110(374.26)84.二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換111010100.0110000＝(1D4.6)16=101011110100.01110110(AF4.76)16二進制數(shù)與十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換，按照每4位二進制數(shù)對應(yīng)于一位十六進制數(shù)進行轉(zhuǎn)換。

用一定位數(shù)的二進制數(shù)來表示十進制數(shù)碼、字母、符號等信息稱為編碼。用以表示十進制數(shù)碼、字母、符號等信息的一定位數(shù)的二進制數(shù)稱為代碼。

數(shù)字系統(tǒng)只能識別0和1，怎樣才能表示更多的數(shù)碼、符號、字母呢？用編碼可以解決此問題。

二-十進制代碼：用4位二進制數(shù)b3b2b1b0來表示十進制數(shù)中的0—9十個數(shù)碼。簡稱BCD碼。10.1.3編碼10.2.1.二進制編碼器用n位二進制代碼對2n個信號進行編碼的電路就是二進制編碼器。10.2編碼器知識鏈接輸入：I0～I78個高電平信號，輸出：3位二進制代碼Y2Y1Y0。故也稱為8線－3線編碼器。特點：輸入I0～I7當(dāng)中只允許一個輸入變量有效，即取值為1（高電平有效）。（1）三位二進制普通編碼器74LS148優(yōu)先編碼器引腳排列圖及邏輯符號將十進制數(shù)的0~9編成二進制代碼的電路就是二-十進制編碼器。下面以8421BCD碼74LS147優(yōu)先編碼器為例加以介紹。圖10.7所示為74LS147優(yōu)先編碼器引腳排列圖及邏輯符號,74LS147優(yōu)先編碼器的功能真值表如表10.6所示。10.2.2

二-十進制編碼器圖10.7

74LS147優(yōu)先編碼器譯碼是編碼的逆過程，就是將編碼時二進制代碼中所含的原意翻譯出來,實現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。常用的譯碼器有二進制譯碼器、二-十進制譯碼器和顯示譯碼器。10.3.1二進制譯碼器二進制譯碼器輸入的是二進制代碼,輸出的是一系列與輸入代碼對應(yīng)的信息。10.3

譯碼器知識鏈接圖10.8

74LS138譯碼器變量的每個輸出端都表示一個最小項，利用這個特點，可以實現(xiàn)邏輯函數(shù)。用一個3線-8線譯碼器實現(xiàn)函數(shù)當(dāng)3線-8線譯碼器的E1接+5V,E2A和E2B接地時。得到對應(yīng)的輸出Y：[知識拓展]3線-8線譯碼器的特別應(yīng)用若將輸入變量A、B、C分別代替A2、A1、A0,則可到函數(shù)000100010000000將4位二-十進制代碼翻譯成1位十進制數(shù)字的電路就是二-十進制譯碼器。這種譯碼器有4個輸入端、10個輸出端,又稱4線-10線譯碼器。常用的集成的型號有74LS145和74LS42。圖10.9所示。10.3.2

二－十進制譯碼器圖10.9

74LS42譯碼器二－十進制譯碼器74LS42邏輯函數(shù)式二－十進制譯碼器74LS42的真值表由于二進制譯碼器的輸出為輸入變量的全部最小項,即每個輸出對應(yīng)一個最小項,而任意一個邏輯函數(shù)都可變換為最小項之和的標(biāo)準(zhǔn)式,因此用譯碼器和門電路可實現(xiàn)任意單輸出或多輸出的組合邏輯函數(shù)。10.3.3譯碼器的應(yīng)用在數(shù)字系統(tǒng)中,往往要求把測量和運算的結(jié)果直接用十進制數(shù)顯示出來,以便人們觀測、查看,這一任務(wù)由數(shù)字顯示電路實現(xiàn)。數(shù)字顯示電路由譯碼器、驅(qū)動器及數(shù)字顯示器件組成,通常譯碼器和驅(qū)動器集成在一塊芯片中,簡稱顯示譯碼器。10.4數(shù)字顯示電路知識鏈接1.發(fā)光二極管顯示器圖10.11

發(fā)光二極管顯示器的結(jié)構(gòu)10.4.1.數(shù)碼顯示器件2.液晶顯示器液晶顯示器是用液態(tài)晶體材料制作的,這種材料在常溫下既有液態(tài)的流動性,又有固態(tài)的某些光學(xué)性質(zhì)。利用液晶在電場作用下產(chǎn)生光的散射或偏光作用原理,便可實現(xiàn)數(shù)字顯示。液晶顯示器最大的優(yōu)點是電源電壓低和功耗低,電源電壓為1.5~5V,電流在μA量級,它是各類顯示器中功耗最低的,可直接用CMOS集成電路驅(qū)動。同時它的制造工藝簡單、體積小而薄,特別適用于小型數(shù)字儀表。液晶顯示器近幾年發(fā)展迅速,開始出現(xiàn)高清晰度、大屏幕顯示的液晶器件?？梢哉f,液晶顯示器是具有廣泛應(yīng)用前景的顯示器件。

3.等離子體顯示板等離子體顯示板是一種較大的平面顯示器件,采用外加電壓使氣體放電發(fā)光,并借助放電點的組合形成數(shù)字圖形。等離子體顯示板的結(jié)構(gòu)類似液晶顯示器,但兩平行板間的物質(zhì)是惰性氣體。這種顯示器件工作可靠、發(fā)光亮度大,常用于大型活動場所。中國在等離子體顯示板應(yīng)用方面已經(jīng)取得了巨大成功。顯示譯碼器將BCD碼譯成數(shù)碼管所需的相應(yīng)高、低電平信號,使數(shù)碼管顯示BCD碼所表示的對應(yīng)十進制數(shù)。顯示譯碼器的種類和型號很多,現(xiàn)以74LS48和CC4511為例分別介紹。10.4.2顯示譯碼器圖10.12

74LS48顯示譯碼器加法器是實現(xiàn)二進制加法運算的邏輯器件,是計算機系統(tǒng)中最基本的運算器,計算機進行的各種算術(shù)運算(如加、減、乘、除)都要轉(zhuǎn)化為加法運算。加法器又分為半加器和全加器。10.5加法器知識鏈接輸入輸出ABSOCO00010110001001半加器真值表半加器不考慮來自低位，而只考慮本位的兩個數(shù)相加的加法運算，稱為半加，能實現(xiàn)半加運算的電路稱為半加器。10.5.1半加器兩個一位二進制數(shù)A和B相加時，若還要考慮從低位來的進位的加法，則稱為全加，完成全加功能的電路稱為全加器。10.5.2全加器全加器真值表輸入輸出ABCISOCO0000010100111001011101110010100110010111圖10.15

全加器1.串行進位加法器串行進位加法器的邏輯電路比較簡單，但它的運算速度不高。因為最高位的運算一定要等到所有低位的運算完成，并將進位送到后才能進行。1個全加器只能實現(xiàn)1位二進制數(shù)的加法運算,如果把N個全加器組合起來,就能實現(xiàn)N位二進制數(shù)的加法運算。實現(xiàn)多位二進制數(shù)相加運算的電路稱為多位加法器。在構(gòu)成多位加法器電路時,按進位方式不同,分為串行進位加法器和超前進位加法器兩種。10.5.3.多位加法器2.超前進位加法器在作加法運算的同時，利用快速進位電路把各位的進位也算出來，從而加快了運算速度。中規(guī)模集成電路74LS283和CD4008就是具有這種功能的超前進位加法器，這種組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜3.加法器的級聯(lián)一片74LS283只能完成4位二進制數(shù)的加法運算,如果要進行更多位數(shù)的計算,可以把若干片74LS283級聯(lián)起來,構(gòu)成更多位數(shù)的加法器電路。圖10.19

用兩片74LS283構(gòu)成的8位加法器的電路寄存器具有接收、存放及傳送數(shù)碼的功能。一般用來暫存中間運算結(jié)果，存儲時間短、容量小。移位寄存器除了具有存儲代碼的功能以外，還具有移位功能，即寄存器存儲的代碼能在移位脈沖的作用下依次左移或右移。移位寄存器不但可以用來寄存代碼，還可以用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行→并行轉(zhuǎn)換、數(shù)值的運算以及數(shù)據(jù)處理等。10.6寄存器知識鏈接CC40194或74LS194為4位雙向通用移位寄存器，其管腳排列如圖所示CC40194有5種不同操作模式：即并行送數(shù)寄存，右移（方向由Q0→Q3），左移（方向由Q3→Q0），保持及清零。M1、M0和端的控制作用如表所示。表10.13