《數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程》項(xiàng)目4-4位二進(jìn)制數(shù)加法數(shù)碼顯示

1、項(xiàng)目4 4位二進(jìn)制數(shù)加法數(shù)碼顯示電路的制作,4.1 項(xiàng)目描述,本項(xiàng)目通過全加器邏輯功能驗(yàn)證、數(shù)值比較器邏輯功能驗(yàn)證技能訓(xùn)練，4位二進(jìn)制數(shù)加法數(shù)碼顯示電路的制作，將數(shù)制、碼制、半加器、全加器、比較器等相關(guān)知識(shí)內(nèi)容有機(jī)融合。項(xiàng)目要求二進(jìn)制數(shù)加法數(shù)碼顯示電路，能實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制數(shù)相加，并能通過譯碼顯示電路實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示。,4.2 項(xiàng)目資訊,4.2.1數(shù)制與碼制1．?dāng)?shù)制數(shù)制就是數(shù)的進(jìn)位制，在日常生活中廣泛應(yīng)用的是十進(jìn)制，在數(shù)字電路中使用二

2、進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等。十進(jìn)制十進(jìn)制是以10為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制。在十進(jìn)制中，有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個(gè)數(shù)碼，它的進(jìn)位規(guī)律是逢十進(jìn)一。在十進(jìn)制數(shù)中，數(shù)碼所處的位置不同，所代表的數(shù)值不同。2）二進(jìn)制二進(jìn)制是以2為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制，在二進(jìn)制中，只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，它的進(jìn)位規(guī)律是逢二進(jìn)一，各位權(quán)值是2的整數(shù)冪。,3）八進(jìn)制八進(jìn)制是以8為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制，在八進(jìn)制中，有0、1、2、3、4、5、6、7八個(gè)不同的數(shù)碼，它的進(jìn)位

3、規(guī)律是逢八進(jìn)一，各位權(quán)值為基數(shù)8的整數(shù)冪。 4）十六進(jìn)制十六進(jìn)制是以16為基數(shù)的計(jì)數(shù)體制。在十六進(jìn)制中，有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六個(gè)不同的數(shù)碼，其中A、B、C、D、E、F分別代表10、11、12、13、14、15。它們的進(jìn)位規(guī)律是逢十六進(jìn)一。各位權(quán)值為16的整數(shù)冪。,2．不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 1）非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)由二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，只要將它們按權(quán)展開，求各位

4、數(shù)值之和，即可得到對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。 (1011.01)2=1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2=8+2+1+0.25=(11.25)10 (172.01)8=1×82+7×81+2×80+0×8-1+1×8-1=64+56+2+0.0125=(122.0125)10(8ED.C7)=8

5、5;162+14×161+13×160+12×16-1+7×16-2=(2285.7773)10,2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制數(shù)時(shí)，要將其整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換，結(jié)果合并為目的數(shù)制形式。（1）整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換方法是采用連續(xù)“除基取余”，一直除到商數(shù)為0為止。最先得到的余數(shù)為整數(shù)部分的最低位。（2）小數(shù)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換方法是采用連續(xù)“乘基取整”，一直進(jìn)行到乘積

6、的小數(shù)部分為0或滿足要求的精度為止。最先得到的整數(shù)為小數(shù)部分的最高位。,3）二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制間相互轉(zhuǎn)換 以二進(jìn)制數(shù)的小數(shù)點(diǎn)為起點(diǎn)，分別向左、向右每三位(或四位)分一組。對(duì)于小數(shù)部分，最低位一組不足三位(或四位)時(shí)，必須在有效位右邊補(bǔ)0，使其足位；然后，把每一組二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制(或十六進(jìn)制)數(shù)，并保持原排序。對(duì)于整數(shù)部分，最高位一組不足位時(shí)，可在有效位的左邊補(bǔ)0，也可不補(bǔ)。4）八進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

7、八進(jìn)制(或十六進(jìn)制)數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)時(shí)，只要把八進(jìn)制(或十六進(jìn)制)數(shù)的每一位數(shù)碼分別轉(zhuǎn)換成三位(或四位)的二進(jìn)制數(shù)．并保持原排序即可。整數(shù)最高位一組左邊的0及小數(shù)最低位一組右邊的0可以省略。,2． 碼制在數(shù)字系統(tǒng)中，二進(jìn)制代碼常用來表示特定的信息。將若干個(gè)二進(jìn)制代碼0和1按一定規(guī)則排列起來，表示某種特定含義的代碼，稱為二進(jìn)制代碼，或稱二進(jìn)制碼。如用一定位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示數(shù)字、文字和字符等。 1）二-十進(jìn)制代碼將十進(jìn)制數(shù)的0~9十

8、個(gè)數(shù)字用二進(jìn)制數(shù)表示的代碼，稱為二-十進(jìn)制碼，又稱BCD碼。由于4位二進(jìn)制數(shù)碼有16種不同組合，而十進(jìn)制數(shù)只需用到其中的10中組合，因此二-十進(jìn)制數(shù)代碼有多種方案。,（1)8421BCD碼8421BCD碼是有權(quán)碼，各位的權(quán)值分別為8、4、2、1。雖然8421BCD碼的權(quán)值與四位自然二進(jìn)制碼的權(quán)值相同，但二者是兩種不同的代碼。（2)5421BCD碼和2421BCD碼5421BCD碼和242lBCD碼也是有權(quán)碼，各位的權(quán)值分別為5、

9、4、2、1和2、4、2、1。用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)，每組代碼各位加權(quán)系數(shù)的和為其表示的十進(jìn)制數(shù)。（3)余3BCD碼余3碼是862lBCD碼的每個(gè)碼組加3(0011)形成的。其中的0和9，1和8，2和7，3和6，4和5，各對(duì)碼組相加均為1111，余3BCD碼也是自補(bǔ)代碼,簡(jiǎn)稱余3碼。余3碼各位無固定權(quán)值，故屬于無權(quán)碼。,2）可靠性代碼（1）格雷碼格雷碼是一種典型的循環(huán)碼，屬于無權(quán)碼，它有許多形式(如余3循環(huán)碼等)。循環(huán)碼有

10、兩個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是相鄰性，是指任意兩個(gè)相鄰代碼僅有一位數(shù)碼不同；另一個(gè)是循環(huán)性，是指首尾的兩個(gè)代碼也具有相鄰性。（2）奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼是最簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)碼，它能夠檢測(cè)出傳輸碼組中的奇數(shù)個(gè)碼元錯(cuò)誤。奇偶校驗(yàn)碼的編碼方法：在信息碼組中增加1位奇偶校驗(yàn)位，使得增加校驗(yàn)位后的整個(gè)碼組具有奇數(shù)個(gè)l或偶數(shù)個(gè)l的特點(diǎn)。如果每個(gè)碼組中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則稱為奇校驗(yàn)碼；如果每個(gè)碼組中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則稱為偶校驗(yàn)碼。,4.2.2 加法器,1．半加器兩個(gè)

11、一位二進(jìn)制數(shù)相加運(yùn)算稱為半加，實(shí)現(xiàn)半加運(yùn)算功能的電路稱為半加器。 半加器的輸入是加數(shù)A、被加數(shù)B，輸出是本位和S、進(jìn)位C，根據(jù)二進(jìn)制數(shù)加法運(yùn)算寫表達(dá)式,,,,2. 全加器,將兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，除了將兩個(gè)同位數(shù)相加外，還應(yīng)加上來自相鄰低位的進(jìn)位，實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的電路稱為全加器。全加器具有三個(gè)輸入端，A、B為被加數(shù)和加數(shù)，Ci-1是來自低位的進(jìn)位輸入，兩個(gè)輸出端，Ci是向高位的進(jìn)位輸出，Si是本位和輸出。寫出輸出邏輯表達(dá)式,,,

12、,3. 多位加法器,1）串行進(jìn)位加法器要進(jìn)行多位數(shù)相加，最簡(jiǎn)單的方法是將多個(gè)全加器進(jìn)行級(jí)聯(lián)，稱為串行進(jìn)位加法器。如圖4-3所示是4位串行進(jìn)位加法器，從圖中可見，兩個(gè)4位相加數(shù)A3A2A1A0和B3B2B1B0的各位同時(shí)送到相應(yīng)全加器的輸入端，進(jìn)位數(shù)串行傳送。全加器的個(gè)數(shù)等于相加數(shù)的位數(shù)，最低位全加器的Ci-1端應(yīng)接0。,,超前進(jìn)位加法器為了提高速度，人們又設(shè)計(jì)了一種多位數(shù)快速進(jìn)位(又稱超前進(jìn)位)的加法器。所謂快速進(jìn)位，是指在加法運(yùn)算

13、過程中，各級(jí)進(jìn)位信號(hào)同時(shí)送到各位全加器的進(jìn)位輸入端，現(xiàn)在的集成加法器，大多采用這種方法。CT74LS283是一種典型的快速進(jìn)位的集成4位加法器；其邏輯符號(hào)如圖所示。,,4.2.3數(shù)值比較器,1．1位數(shù)值比較器當(dāng)兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)A、B進(jìn)行比較時(shí)，其結(jié)果有以下三種情況：A＞B，A=B，A＜B。比較結(jié)果分別用Y A＞B，Y A=B，Y A＜B表示。設(shè)A＞B時(shí)，Y A＞B=1；A=B時(shí)，Y A=B=1；A＜B時(shí)，Y A＜B=1。 可

14、寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式,,,,2．多位數(shù)值比較器如兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行比較時(shí)，則需從高位到低位逐位進(jìn)行比較。只有在高位相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)相等時(shí)，才能進(jìn)行低位數(shù)的比較。當(dāng)比較到某一位二進(jìn)制數(shù)不等時(shí)，其比較結(jié)果便為兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的比較結(jié)果。如兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)A=A3A2A1A0和B=B3B2B1B0進(jìn)行大小比較時(shí)，若A3>B3，則A>B；若A3B2，則A>B；若A3=B3、A2<B2，則A<B。依次類推，直到比較

15、出結(jié)果為止。,3．?dāng)?shù)值比較器的擴(kuò)展,用兩片CT74LS85構(gòu)成一個(gè)8位數(shù)值比較器。 根據(jù)多位數(shù)值比較規(guī)則，在高位數(shù)相等時(shí)，則比較結(jié)果取決于低位數(shù)。因此，應(yīng)將兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的高4位接到高位片上，低4位接到低位片上。,4.3技能訓(xùn)練,實(shí)訓(xùn)內(nèi)容將兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，除了將兩個(gè)同位數(shù)相加外，還應(yīng)加上來自相鄰低位的進(jìn)位。實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的電路稱為全加器。用與非門和異或門構(gòu)成全加器，電路如圖所示。,,實(shí)訓(xùn)步驟連接電路取74LS00、74

16、LS86按照電路圖連接電路。連接電源檢查電路連接正確后，接上+5V電源，輸入端接邏輯電平開關(guān)，輸出端接LED電平指示，燈亮為1，燈滅為0。驗(yàn)證功能輸入端按真值表輸入不同數(shù)值，觀察輸出端接LED電平指示.,4.3.2.數(shù)值比較器邏輯功能驗(yàn)證,實(shí)訓(xùn)內(nèi)容對(duì)兩個(gè)位數(shù)相同的二進(jìn)制整數(shù)進(jìn)行數(shù)值比較并判定其大小關(guān)系的邏輯電路稱為數(shù)值比較器。如兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行比較時(shí)，則需從高位到低位逐位進(jìn)行比較。只有在高位相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)相等時(shí)，才能進(jìn)行低

17、位數(shù)的比較。當(dāng)比較到某一位二進(jìn)制數(shù)不等時(shí)，其比較結(jié)果便為兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的比較結(jié)果。,比較器功能測(cè)試電路,實(shí)訓(xùn)步驟1）連接電路取74LS85按照電路圖連接電路2）連接電源檢查電路連接正確后，接上+5V電源，輸入端接邏輯電平開關(guān)，輸出端接LED電平指示，燈亮為1，燈滅為0。3）驗(yàn)證功能輸入端按真值表輸入不同數(shù)值，觀察輸出端接LED電平指示，,4.4 項(xiàng)目實(shí)施,1．4位二進(jìn)制數(shù)加法數(shù)碼顯示電路,4.4.2 項(xiàng)目制作,1.元器件檢

18、測(cè)集成4位二進(jìn)制超前進(jìn)位加法器74LS283的檢測(cè)采用圖4-13所示，邏輯開關(guān)通斷的不同組合，實(shí)現(xiàn)輸入不同的4位二進(jìn)制數(shù)A3A2A1A0、B3B2B1B0，S4S3S2S1為其和數(shù)輸出，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光和熄滅情況，燈亮為1，燈滅為0，將測(cè)試結(jié)果與理論分析對(duì)比是否一致，確定74LS283功能是否正常。電路中其它元件的檢測(cè)，與前面項(xiàng)目中檢測(cè)方法相同。,2.電路安裝1）將檢測(cè)合格的元器件按電路圖連接安裝在面包板上。2）插接集成電路

19、時(shí)，使兩排引腳與底板上插孔對(duì)應(yīng)，輕輕用力將電路插上。3）導(dǎo)線應(yīng)粗細(xì)適當(dāng)，一般選取直徑為0.6~0.8mm的單股導(dǎo)線，最好用不同色線以區(qū)分不同用途。4）布線應(yīng)有次序地進(jìn)行，按信號(hào)源的順序從輸入到輸出依次布線。5）連線應(yīng)避免過長(zhǎng)，避免從集成元件上方跨越，避免多次的重疊交錯(cuò)，以利于布線，更換元件，以及故障檢查和排除。6）電路布線應(yīng)整齊、美觀、牢固。水平導(dǎo)線應(yīng)盡量緊貼底板。7)安裝過程要細(xì)心，防止導(dǎo)線絕緣層被損傷，不要讓線頭、螺釘、墊

20、圈等異物落入安裝電路中，以免造成短路或漏電。8）電路安裝完后，檢查電路連接，確認(rèn)無誤后再接入電源。,3．電路調(diào)試當(dāng)按下邏輯開關(guān)S1~S8時(shí)，74LS283的輸入端實(shí)現(xiàn)輸入不同的4位二進(jìn)制數(shù)A3A2A1A0、B3B2B1B0，如果電路正常工作，數(shù)碼管將依次顯示A3A2A1A0和B3B2B1B0和數(shù)輸出。如果電路不能正確顯示，則電路存在故障。4．故障分析與排除電路通常有以下幾種故障現(xiàn)象：通電后，按下邏輯電平開關(guān)，數(shù)碼管沒有顯示。