簡易加減運算器的制作

一、功能要求—基本功能

1、自制0-9按鍵，在一個LED數碼管上穩定地顯示當前按下的值。（基本功能）

2、增加+、=兩個按鍵，實現0-9兩個一位數的加法運算，同時在兩位LED上穩定地顯示運算結果。（擴展功能1）

3、再增加一個-按鈕，實現0-9兩個一位數的減法運算，同時在兩位LED上穩定地顯示運算結果。（擴展功能2）

功能一實現

對于在LED數碼管上顯示數字最合適的就是74hc48。

74LS48是BCD至七段解碼器，用于顯示以二進制編碼的十進制格式解碼的數字。7 段是一種基于 7 個 LED 的小型設備，用于表示從 0 到 9 的單個數值。每個 7 段有七個輸入引腳，用于點亮七個段中的單個 LED。每次制作單個數字時，某些特定引腳應該有電源輸入。

74LS48解碼器簡介

為了實現特殊模式，可以使用邏輯門，但也可以使用IC 74LS48來控制 7 段。它有17個與門、4個或非門、6個非門和8個與非門。這些所有門的組合使 IC 具有 4 個輸入和 7 個輸出引腳。輸出引腳在單個輸出中生成兩個 BCD 數字，這在 7 段上形成一個數字。該IC有4個輸入引腳，總共有16種組合，但前10種組合用于產生7段輸出，其余的將被視為無效狀態。該 IC 是基于 TTL 的設備，因此可以由任何 TTL 設備或微控制器控制。它僅用于控制共陰極七段。

引腳配置

名稱	引腳
B	引腳 1	IC 74LS48有4個輸入引腳，引腳1代表IC 4位輸入數據的第三位。
C	引腳 2	引腳2代表IC的4位輸入數據的第二位。
LT’	引腳 3	引腳 3 稱為燈測試引腳。它用于使所有輸出引腳為高電平以測試所有 7 段 LED。這是一個低電平有效引腳。
BI’/BRO’	引腳 4	引腳 4 將用作復位引腳。如果引腳 4 為低電平狀態，則不會有任何輸出。它是一個低電平有效引腳，它將使所有輸出狀態為低電平。
RBI’	引腳 5	引腳 5 稱為紋波消隱輸入引腳。它在多個 7 段的情況下使用來清除不必要的零。
D	引腳 6	引腳6代表IC的4位輸入數據的MSB。
A	引腳 7	引腳7代表IC的4位輸入數據的LSB。
GND	引腳 8	GND 引腳用作接地引腳。它用于使接地共用，以使 IC 能夠與其他 TTL 設備和微控制器一起工作。
e	引腳 9	引腳 9 至引腳 15 將用作輸出引腳。他們將給出輸出信號來控制 7 段。引腳順序為 a、b、c、d、e、f 和 g。每個字母代表7段LED上的字母。
d	引腳 10
c	引腳 11
b	引腳 12
a	引腳 13
g	引腳 14
F	引腳 15
VCC	引腳 16	引腳 16 用于向 IC 供電以使其正常工作。

工作原理

在 IC 74LS48 中，輸出取決于輸入。主要輸入引腳有四個，有助于在特定輸入數據上生成固定輸出狀態。在4位二進制數字中，十進制的0用0000表示，十進制的9用1001表示，并且從1到8的所有值也都有固定的4位二進制代碼。當IC上有0到9的輸入時，輸出值將根據共陰極7段。這是因為 IC 是為執行該功能而設計的。如果使用7段IC，我們需要根據給定的電路連接7段IC。

原理圖

左上方的四個數字輸入對應BDC碼

進一步完善

如需完整符合題目一的要求就需要有矩陣鍵盤轉BCD碼的數字電路。

結合給定得元件需要用到74HC147

74hc147是一個10線-4線優先編碼器。它通常用于將多個輸入信號(如開關或傳感器輸出)轉換成較少的輸出線，以便于處理。它能夠識別多個激活輸入中的最高優先級信號，并將其編碼為二進制形式的輸出。

最終設計的原理圖如下，此時全部符合題意。

二、擴展功能1

增加+、=兩個按鍵，實現0-9兩個一位數的加法運算，同時在兩位LED上穩定地顯示運算結果。（擴展功能1）

對于數字電路的加法運算和給定的元器件綜合分析，我們使用74hc283。

74hc283這是一個4位二進制加法器，用于執行兩個4位二進制數的加法運算。它包括進4位輸入和輸出，可以用于構建更大的加法器系統。

設計思路

• 根據進位信號和輸出信號的邏輯表達式（74HC283邏輯圖）以及真值表示例，結合行為級、數據流建模即可實現74HC283的四位二進制進位全加器的功能。
• 進位信號和輸出信號等邏輯表達式（74HC283邏輯圖）

• 74HC283的真值表示例

邏輯符號

• $A_3{A}_2{A}_1{A}_0$：四位二進制加數。
• $B_3{B}_2{B}_1{B}_0$：四位二進制加數。
• $S_3{S}_2{S}_1{S}_0$：和數。
• $C_{?1}$：低位來的給$A_0$的進位信號。
• $C_0$：$A_3{B}_3$向高位的進位信號

此時只需要將第一問輸入的數字的BCD碼分別接入兩個AB進行加法運算，輸出的BCD碼繼續在共陰極數碼管上顯示即可。

原理圖

進一步完善

此時如需完整符合題意需要，需要再加入＋號與=號兩個按鍵。

等于好相當于最后的開關，打開開關顯示減法的結果。原理圖如下：

?

二、擴展功能2

再增加一個-按鈕，實現0-9兩個一位數的減法運算，同時在兩位LED上穩定地顯示運算結果。（擴展功能2）

關于減法功能其與加法的電路實現思路幾乎一致，只是需要將被減數的BCD碼進行取反加一（即補碼）進行加法運算的結果就是減法運算。

思路圖如下

設計的最終原理圖如下：

最終完善

需要進一步進行＋和-還有等于的操作，即為+和-進行選擇是否進行別減數的補碼操作，加法就是不進行，減法就是進行補碼操作，最總=號進行數碼管加減法的結果顯示。

最終原理圖如下：