简易加减运算器的制作

一、功能要求—基本功能

1、自制0-9按键，在一个LED数码管上稳定地显示当前按下的值。（基本功能）

2、增加+、=两个按键，实现0-9两个一位数的加法运算，同时在两位LED上稳定地显示运算结果。（扩展功能1）

3、再增加一个-按钮，实现0-9两个一位数的减法运算，同时在两位LED上稳定地显示运算结果。（扩展功能2）

功能一实现

对于在LED数码管上显示数字最合适的就是74hc48。

74LS48是BCD至七段解码器，用于显示以二进制编码的十进制格式解码的数字。7 段是一种基于 7 个 LED 的小型设备，用于表示从 0 到 9 的单个数值。每个 7 段有七个输入引脚，用于点亮七个段中的单个 LED。每次制作单个数字时，某些特定引脚应该有电源输入。

74LS48解码器简介

为了实现特殊模式，可以使用逻辑门，但也可以使用IC 74LS48来控制 7 段。它有17个与门、4个或非门、6个非门和8个与非门。这些所有门的组合使 IC 具有 4 个输入和 7 个输出引脚。输出引脚在单个输出中生成两个 BCD 数字，这在 7 段上形成一个数字。该IC有4个输入引脚，总共有16种组合，但前10种组合用于产生7段输出，其余的将被视为无效状态。该 IC 是基于 TTL 的设备，因此可以由任何 TTL 设备或微控制器控制。它仅用于控制共阴极七段。

引脚配置

名称	引脚
B	引脚 1	IC 74LS48有4个输入引脚，引脚1代表IC 4位输入数据的第三位。
C	引脚 2	引脚2代表IC的4位输入数据的第二位。
LT’	引脚 3	引脚 3 称为灯测试引脚。它用于使所有输出引脚为高电平以测试所有 7 段 LED。这是一个低电平有效引脚。
BI’/BRO’	引脚 4	引脚 4 将用作复位引脚。如果引脚 4 为低电平状态，则不会有任何输出。它是一个低电平有效引脚，它将使所有输出状态为低电平。
RBI’	引脚 5	引脚 5 称为纹波消隐输入引脚。它在多个 7 段的情况下使用来清除不必要的零。
D	引脚 6	引脚6代表IC的4位输入数据的MSB。
A	引脚 7	引脚7代表IC的4位输入数据的LSB。
GND	引脚 8	GND 引脚用作接地引脚。它用于使接地共用，以使 IC 能够与其他 TTL 设备和微控制器一起工作。
e	引脚 9	引脚 9 至引脚 15 将用作输出引脚。他们将给出输出信号来控制 7 段。引脚顺序为 a、b、c、d、e、f 和 g。每个字母代表7段LED上的字母。
d	引脚 10
c	引脚 11
b	引脚 12
a	引脚 13
g	引脚 14
F	引脚 15
VCC	引脚 16	引脚 16 用于向 IC 供电以使其正常工作。

工作原理

在 IC 74LS48 中，输出取决于输入。主要输入引脚有四个，有助于在特定输入数据上生成固定输出状态。在4位二进制数字中，十进制的0用0000表示，十进制的9用1001表示，并且从1到8的所有值也都有固定的4位二进制代码。当IC上有0到9的输入时，输出值将根据共阴极7段。这是因为 IC 是为执行该功能而设计的。如果使用7段IC，我们需要根据给定的电路连接7段IC。

原理图

左上方的四个数字输入对应BDC码

进一步完善

如需完整符合题目一的要求就需要有矩阵键盘转BCD码的数字电路。

结合给定得元件需要用到74HC147

74hc147是一个10线-4线优先编码器。它通常用于将多个输入信号(如开关或传感器输出)转换成较少的输出线，以便于处理。它能够识别多个激活输入中的最高优先级信号，并将其编码为二进制形式的输出。

最终设计的原理图如下，此时全部符合题意。

二、扩展功能1

增加+、=两个按键，实现0-9两个一位数的加法运算，同时在两位LED上稳定地显示运算结果。（扩展功能1）

对于数字电路的加法运算和给定的元器件综合分析，我们使用74hc283。

74hc283这是一个4位二进制加法器，用于执行两个4位二进制数的加法运算。它包括进4位输入和输出，可以用于构建更大的加法器系统。

设计思路

• 根据进位信号和输出信号的逻辑表达式（74HC283逻辑图）以及真值表示例，结合行为级、数据流建模即可实现74HC283的四位二进制进位全加器的功能。
• 进位信号和输出信号等逻辑表达式（74HC283逻辑图）

• 74HC283的真值表示例

逻辑符号

• $A_3{A}_2{A}_1{A}_0$：四位二进制加数。
• $B_3{B}_2{B}_1{B}_0$：四位二进制加数。
• $S_3{S}_2{S}_1{S}_0$：和数。
• $C_{-1}$：低位来的给$A_0$的进位信号。
• $C_0$：$A_3{B}_3$向高位的进位信号

此时只需要将第一问输入的数字的BCD码分别接入两个AB进行加法运算，输出的BCD码继续在共阴极数码管上显示即可。

原理图

进一步完善

此时如需完整符合题意需要，需要再加入＋号与=号两个按键。

等于好相当于最后的开关，打开开关显示减法的结果。原理图如下：

 

二、扩展功能2

再增加一个-按钮，实现0-9两个一位数的减法运算，同时在两位LED上稳定地显示运算结果。（扩展功能2）

关于减法功能其与加法的电路实现思路几乎一致，只是需要将被减数的BCD码进行取反加一（即补码）进行加法运算的结果就是减法运算。

思路图如下

设计的最终原理图如下：

最终完善

需要进一步进行＋和-还有等于的操作，即为+和-进行选择是否进行别减数的补码操作，加法就是不进行，减法就是进行补码操作，最总=号进行数码管加减法的结果显示。

最终原理图如下：