课程设计报告

课程：微机系统与接口课程设计学号： 姓名： 班级：

******大学 计算机科学与技术学院

设计名称：设计一个一位十进制加减法器 日期：20xx年1月 23日

设计内容：

1、0-9十个字符和“+”“-”分别对应一个按键，用于数据输入。

2、用一个开关控制加减法器的开关状态。

3、要求在数码显示管上显示结果。

设计目的与要求：

1、学习数字逻辑等电路设计方法，熟知加减法器、编码器、译码显示的工作原理及特点；

2、培养勤奋认真、分析故障和解决问题的能力。

设计环境或器材、原理与说明：

环境：利用多功能虚拟软件Multism8进行电路的制作、调试，并生成文件。 器材：74LS283或者4008， 4个异或门（一片74LS86）（减法）；74LS08，3

输入或门（加法）

设计原理:

图1二进制加减运算原理框图

分析：如图1所示，第一步置入两个四位二进制数（要求置入的数小于1010），如（1001）2和（0111）2，同时在两个七段译码显示器上显示出对应的十进制数9和7；第二步通过开关选择运算方式加或者减；第三步，若选择加运算方式，所置数送入加法运算电路进行运算，同理若选择减运算方式，则所置数送入减法运算电路运算；第四步，前面所得结果通过另外两个七段译码器显示。

设计过程（步骤）或程序代码：

实验电路：

1:减法电路的实现：

（1）：原理：如图1所示（如下），该电路功能为计算A-B。若n位二进制原码为N原，则与它相对应的补码为N补=2n-N原，补码与反码的关系式为N补=N反+1，

A-B=A+B补-2n=A+B反+1-2n

+1= B非，B○+0=B，所以通过异或门74LS86对输入的数B求(2)：因为B○

其反码，并将进位输入端接逻辑1以实现加1，由此求得B的补码。加法器相加的结果为：

A+B反+1，

(3)：由于2n=24=(10000)2,相加结果与相2n减只能由加法器进位输出信号完成。当进位输出信号为1时，它与2n的差为0；当进位输出信号为0时，它与n2差值为1，同时还要发出借位信号。因为设计要求被减数大于或等于减数，所以所得的差值就是A-B差的原码，借位信号为0。

图1：减法运算电路

2：加法电路的实现如下：

（1）加法原理:

1. 通过开关S2——S9接不同的高低电平来控制输入端所置的两个一位十进制数，译码显示器U13和U15分别显示所置入的两个数。数A直接置入四位超前进位加法器74LS283的A4——A1端，74LS283的B4——B1端接四个2输入异或门。四个2输入异或门的一输入端同时接到开关S1上，另一输入端分别接开关S6——S9，通过开关S6——S9控制数B的输入。

2. 当开关S1接低电平时，B与0异或的结果为B，通过加法器74LS283完成两个数A和B的相加。

3. 由于译码显示器只能显示0——9，所以当A+B>9时不能显示，我们在此用另一片芯片74LS283完成二进制码与8421BCD码的转换，即S>9（1001）时加上6（0110），产生的进位信号送入译码器U10来显示结果的十位，U11显示结果的个位

(2)加法电路的实现:

用两片4位全加器74LS83和门电路设计一位8421BCD码加法器

1. 由于一位8421BCD数A加一位数B有0到18这十九种结果。而且由于显示的关系

2. 当大于9的时候要加六转换才能正常显示，所以设计的时候有如下的真值表：

由表我们可以算出Y的表达式: (1)由前16项有: Y= S3S2+ S3S1 (2)由后10项有: Y= CO=1 由（1）（2）有Y=CO+S3S2+S3S1

由于用与非门比较方便所以我们选用了与非门电路有以下两种选择： (1)Y=C4+S4S3+S4S2=C4+S4S3+S4S2?C4?S4S3?S4S2 (2)Y=C4+S4S3+S4S2=C4+S4S3+S4S2?C4?S4S3?S4S2

第一种方式简单,所以我选用了第一种方式得到了如下的理论图

:

图3 加法运算电路

（3）元器件选择：

加法电路器件:

完成加法运算可用器件超前进位加法器74LS283或者4008来实现。如图2还需用到2输入与门74LS08，3输入或门。

图 4 图5

74LS08引脚图

图6

3：译码显示电路的实现

一个七段LED译码驱动器74HC4511和一个七段LED数码显示器组成。七段LED译码驱动器74HC4511的功能表如下．在74HC4511中，经前面运算电路运算所得的结果输入74HC4511的D3D2D1D0，再译码输出，最后在七段LED显示器中显示出来．

表二：七段LED译码驱动器74HC4511功能表

表三：七段LED译码驱动器74HC4511功能表续

图7 译码显示电路

4:最后所得结果的实验电路：

图8 最后结果

设计结果与分析(可以加页)：

(1) 加法运算：

选择开关接高电平，s2~s5分别接1,0,0,1;s6~s7f分别接0，1，1，1。则（1001）2+（0111）2=（10000）2 十进制9+7=16，并在七段译码显示器上显示16.

(2)减法运算

开关接低电平，s2 ~ s5分别接1，0，0，1，s6 ~ s7分别接0，1，1，1。则为（1001）2-（0111）2=（00010）2十进制9-7=2，并在七段译码显示器上显示02.

设计体会与建议：

1. 设计过程中要充分合作，发挥个人的特长，以求达到结果最佳的目的。

2. 在做实验之前要先充分理解所运用的知识点，实验室要灵活运用。

3. 做实验时应戒躁戒躁。

4. 平时应该多掌握一些课本上没有的知识。

设计成绩：

年 教师签名： 月

第二篇：数字电路课程设计-多功能数字时钟设计报告(免费下载)

多功能数字时钟设计报告

目录

一、设计任务和要求……………………………………………2

二、设计的方案的选择与论证…………………………………2

(1) 总体电路分析…………………………………………2

(2) 仿真分析………………………………………………3

(3) 仿真说明………………………………………………3

三、电路设计计算与分析………………………………………4

（1）  小时计时电路………………………………………4

（2）  分钟计时电路………………………………………5

（3）  秒钟计时电路………………………………………7

（4）  校时选择电路………………………………………8

（5）  整点译码电路………………………………………9

（6）  定时比较电路………………………………………11

（7）  脉冲产生电路………………………………………12

四、总结及心得…………………………………………………13

五、附录…………………………………………………………15

（1）  元器件明细表……………………………………………15

（2）  附图………………………………………………………17

六、参考文献……………………………………………………17

一、  设计任务和要求

实现24小时的时钟显示、校准、整点报时、闹铃等功能。

具体要求：

       （1）显示功能：具有“时”、“分”、“秒”的数字显示（“时”从0~23，分0~59，秒0~59）。

       （2）校时功能：当刚接通电源或数字时钟有偏差时，可以通过手动的方式去校时。

       （3）整点报时：当时钟计时到整点时，能进行整点报时。

       （4）闹铃功能：在24小时之内，可以设定定时时间，当数字时钟到定时时间时能进行报时提醒。

二、  设计的方案的选择与论证

（1）  总体电路分析

总体电路设计是将单元电路模块小时计时电路、分钟计时电路、秒计时电路、校时选择电路、整点译码电路、闹钟电路等模块连接在一起，外接输入开关和输出显示数码管构成。总体结构图如下：

（2）  仿真分析

单击运行按钮，可观测仿真结果。电路能完成显示计时、校时、整点报时以及闹铃等功能。

1计时功能。当开关S1、S2都处于左边触点时，数字时钟工作于计时状态。此时，电路中的秒计时电路、分计时电路以及小时计时电路分别对秒脉冲、分脉冲和小时脉冲进行计数。计数结果经数码管显示计时时间值。

2校时功能。当开关S1、S2都处于右边触点时，数字时钟工作于校时状态。按瞬态按钮B键，可以选择对“小时”、“分钟”和“秒钟”进行校时。校时时通过开关S3（按C键）手动输入校时时间。

3整点报时功能。整点译码电路通过识别整点时间，产生整点报时信号。当前时间为零点时，会产生整点报时，此时探针会亮，蜂鸣器会响。

4闹钟报时功能。通过校时功能将“小时”、“分钟”和“秒钟”设定在某一时间点，然后重新校时，调整到设定点以前的某一时间，当时钟到达设定点时，信号灯会亮，并且蜂鸣器会响。

（3）  仿真说明。

1因版面有限，总设计图并未纳入本设计报告中，而是在此之外通过PROTELL画图，用A3纸另外打印。这样看图较为清晰。

2采用总线方式，使信号线连线简介、美观，电路可持续性强。

三、  电路设计计算与分析

（1）  小时计时电路。小时计时电路如下图：

  

该电路用两片74LS160构成二十四进制计数器，与非门74LS00D构成译码电路，该译码电路能识别代码“24”，输出信号使～CLR=0，计数器的计数值被置0.所以，整个计数器的技术状态图为00至01至02至…至23至24（暂态）至00至01至…，共有24个稳定状态。小时计时电路的封装模块如下图：

其引脚功能如表：

（2）  分钟计时电路。分钟计时电路如下图：

    该电路用两片74LS160构成六十进制计数器，与非门74LS00D构成译码电路，该译码电路能识别代码59。整个计数器的计数状态图为00至01至…至58至59至00…,共有60个稳定的状态。其封装引脚同小时计时电路。分钟计时电路的封装模块如下图：

其引脚功能如下表：

（3）  秒钟计时电路。秒钟计时电路如下图：

该电路用两片74LS160构成六十进制计数器，与非门74LS00D构成译码电路，该译码电路能识别代码59。整个计数器的计数状态图为00至01至…至58至59至00…,共有60个稳定的状态。其封装引脚同小时计时电路。秒钟计时电路的封装模块如下图：

其引脚功能如下表：

（4）  校时选择电路。校时选择电路如下图：

校时选择电路用计数器74LS160和译码器74LS138组成，计数器74LS160设计为三进制计数器，译码器的输出为反变量，其输出要接反向器。校时选择电路的封装模块如下图：

其对应的封装引脚如下表：

TIMESET：接瞬态开关，可手动选择校时信号。当校时信号HOUR=1、MIN=0、SEC=0时（选中“小时”计时电路，表示对“小时”进行校时）；单击一次开关按钮，可使校时选择信号变为HOUR=0、MIN=1、SEC=0（选中“分钟”计时电路，表示对“分钟”进行校时），再单击一次开关按钮，可使校时选择信号变为HOUR=0、MIN=0、SEC=1（选中“秒”计时电路，表示对“秒”进行校时），这样可手动设置系统的时、分和秒。

（5）  整点译码电路。

整点译码电路的作用是识别整点时间信号，以实现整点报时的功能。整点时间信号的特征是零分，零分作为数字量来说，是一个代码，用门电路组成的译码电路可识别一个代码。整点译码电路如下图：

其封装模块如下图：

其引脚功能功能如表：

（6）  定时比较电路（闹钟电路）。

定时比较电路是将设定的定时时间和当前的计时时间进行比较，电路可选用数值比较器CC4585。定时比较电路如图所示：

该电路共用四片CC4585和四片74LS175D构成定时比较电路，因为定时时间为小时和分钟，共16位二进制代码，每片数值比较器CC4585能比较两个4位二进制代码，用4片CC4585能构成16位数值比较器。当数字时钟的计时时间等于设定时间时，定时比较电路输出高电平，否则输出低电平。定时比较电路封装模块如图：

（7）  脉冲产生电路。

脉冲产生电路如图：

该电路由555定时器构成时钟脉冲产生电路。由于其相对于MULTSIM软件提供的脉冲产生器件较复杂，故在此并不是用这个秒脉冲电路，而是用所提供器件。

四、  总结与心得

时间过的好快，转眼间，为期一周的数字电路课程设计就结束了。通过这一周的课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。

设计，给人以创作的冲动。但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。安排课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。

课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。

课程设计的过程中，由于对理论掌握的不熟练，或者是操作过程中发生失误，都会导致最后结果出不来。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

对我们电子信息专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。

作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在两周进行，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。

通过课程设计，我还更加明白了一个真理。时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。因为在教材上，数字钟不过是由计数器和译码显码器组合而成，也便不以为然搭建电路图，结果电路出现诸多问题，譬如短路开路，EWB中引脚悬空即为低电平，现实中引脚悬空呈现大电阻特性即高电平，不为则不知，无为则无知，实践出真知。

课程设计达到了专业学习的预期目的。在一个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对设计过程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

五、  附录

一、元器件明细表

174LS160N                     274LS138N

管脚图如下：                     管脚图如下：

             

374LS175D                       44585BD

管脚图如下：                       管脚图如下：

              

574LS00D                               6 电源

                                  

7 74LS21D                              8 7432N

                                 

9 74LS04D                               1074LS08D

                                 

11 7408N                                12蜂鸣器

                                

13数码管                                 14信号灯

                              

15秒脉冲                                  16开关

                                                                           

17双选择开关                            18开关

                                

二、附图（见A3打印纸）

六、  参考文献

1.  从宏寿.Multisim8仿真与应用实例开发.北京：清华大学出版社，2007

2.  黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京：电子工业出版社，2008

3.  阎石.数字电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，2010

4.  郭锁利.基于Multisim9的电子系统设计、仿真与综合应用.北京：人民邮电出版社，2008