项目五 4位二进制加法器的组装与调试
计算机的应用已经遍布人们生活的各个方面，如商场、超市里，店员不用在收款机那儿逐个清点货品算价，用扫描仪扫描货物，计算机上就能自动计算出货物的总金额。其实，在计算机里进行的是二进制加法运算，然后用十进制数显示出来。那么，今天我们就来共同完成4位二进制加法器的组装与调试。
【知识目标】
●能描述编码与译码的过程与作用。
●能说出常用的集成编码器与译码器，并能合理使用。
●能描述1位及多位二进数相加的过程。
●能描述集成加法器74LS283的功能特点。
【技能目标】
●能画出半加器、全加器的逻辑符号。
●能对4位二进制加法器原理图进行分析。
●能根据4路二进制加法器装配图完成电路的组装和调试。
任务一 组装4位二进制加法器
任务描述
计算机只能识别二进制数，进行二进制数运算。今天我们就来共同完成四位二进制加法器的组装。
任务分析
4位二进制加法器通过选择适当的加法器实现4位二进制数相加，然后通过译码器译码后用两位数码管显示出来。本任务选用74LS283超前进位加法器，这种加法器具有运算速度快的特点；译码器选用74LS47，数码管选用与之匹配的BS204。在完成本任务之前，学生需认知74LS283超前进位加法器结构及引脚功能。为了更好地组织教学，建议采用小组协作、理实一体组织教学。
任务实施
活动一 认识电路组成与功能
一、组成框图
4位二进制加法器组成框图如图5-1所示。
图5-1
二、电路原理图
4位二进制加法器电路原理图如图5-2所示。
图中，通过8个开关将A3，A2，A1，A0和B3，B2，B1，B0信号作为加数和被加数输入4位串行进位加法器相加，将输出信号S3，S2，S1，S0和向高位的进位C3通过译码器Ⅰ译码，再将输出的Y3，Y2，Y1，Y0和X3，X2，X1，X0各自分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过数码管BS204实现二位显示。
活动二 认识元件及检测
一、元件清单
元件清单见表5-1。
表5-1 元件清单表
二、元件检测
在安装前应用万用对元件表进行检测，防止已损坏的元件被安装。
电阻检测:根据电阻器标称阻值，用万用电阻挡进行测试，判断电阻性能的优劣。
74LS283加法器和74LS247译码器的检测:引脚是否正常，有无断裂、损坏。
开关的检测:通断是否正常，有无损坏。
BS204数码管的检测:引脚是否正常，有无断裂、损坏。
活动三 根据装配图，组装电路
一、识读装配图
4位二进制加法器装配图如图5-3所示，识读图上相应的器件。
图5-3
二、组装步骤
①根据原理图正确选用元器件。
②对各种元器件进行正确整形，完成安装，要求三极管极性正确。
③焊接各种元器件。
三、装配工艺
在印制板上安装元件时，一般应注意如下几点:
①元件引脚若有氧化膜，则应除去氧化膜并进行镀锡处理。
②元件外形的标注字（如型号、规格、数值）应放在便于识别的位置。
③安装时，应先安装小元件（如电阻），然后安装中型元件，最后安装大型元件，这样便于安装操作。另外，应先装耐高温元件，再装耐低温元件。在进行焊接操作时要注意安全、焊接时间、送锡方法、烙铁头处理，用松香的道理和方法，以及防止虚焊的措施等。
任务二 调试4位二进制加法器
任务描述
4位二进制加法器组装完成后能否完成加法运算，关键在于该系统能否正常工作。接下来就对组装好的4位二进制加法器进行检测与调试，使电路实现预期的功能。
任务分析
在学习本任务前需结合知识链接认知74LS283超前进位加法器的工作原理。在进行电路检测与调试时，由于该4位二进制加法器主要采用集成芯片74LS283、74LS247、BS204以及基本的单元门电路，没有较多的独立元器件。因此，只需要利用万用表检测各个集成芯片的引脚工作是否正常。
任务实施
活动一 通电前的检查
电路安装完毕后，应先对照电路图按顺序检查一遍，一般步骤是:
①检查每个元件的规格型号、数值，安装位置、管脚接线是否正确。着重检查各芯片的极性。
②检查每个焊点是否有漏焊、假焊和搭锡现象，线头和焊锡等杂物是否残留在印制电路板上。
③清理好测试场地和台面，以便做进一步的调试。
④用万用表测试输入端、输出端有无短路。
活动二 测量与调试
该电路大多为芯片元件，所以测试比较简单。
通电检测时，不要急于测试，先要用眼看、鼻闻，观察有无异常现象。如果出现元器件冒烟，有焦味等异常现象，要及时中断通电，排除故障后再行通电检测。拨动加法器输入开关，观察数码管显示是否存在乱码。如果出现乱码，则电路存在断路、短路或者元件损坏，应利用万用表测试电路的通断情况，故障排除之后再通电进行测试。如果数码管显示数字，拨动开关改变加法器输入，观察数码管显示是否跟随变化、显示是否正确。如果不正确，用万用表电压挡逐步检测加法器的输出、译码器Ⅰ、译码器Ⅱ的输出是否正确。
①拨动加法器的输入开关，用万用表电压挡检测加法器74LS283的输出是否满足二进制加法原则。如果不满足，说明加法器存在异常，需要更换加法器芯片。（高电平电压为3.5～5V，低电平在0.3V以下）
②用万用表电压挡检测译码器Ⅰ的输出是否满足译码原理，如果不满足，应逐步检测芯片是否损坏，如有损坏，需更换芯片。
③用万用表电压挡检测译码器Ⅱ的输出和数码管显示是否正确，如不能正确输出或显示，则更换芯片。
知识链接
知识点一 一位半加器
两个一位二进制数相加，称为半加。实现半加操作的电路，称为半加器。所谓“半加”，就是只考虑两个加数本身的求和，而没有考虑进位输入的进位数。半加器逻辑图及符号如图5-4所示。
图5-4
知识点二 一位全加器
全加器可用两个半加器和一个或门组成，如图5-5（a）所示。Ai和Bi在第一个半加器中相加，得出的和再跟Ci－1在第二个半加器中相加，即得出全加和Si。两个半加器的进位数通过或门输出作为本位的进位数Ci。
全加器也是一种组合逻辑电路，其图形符号如图5-5（b）所示。
图5-5
知识点三 4位二进制超前进位加法器74LS283
4位二进制超前进位加法器74LS283由逻辑电路根据输入信号同时形成各位向高位的进位，使各位的进位直接由加数和被加数来决定，而无需等待低位的进位信号，实现了快速进位。引脚图如图5-6所示。
A3～A0、B3～B0分别为4位加数和被加数的输入端；
S3～S0为4位和数输出端；
CO为向高位输送进位的输出端；
CI为最低进位输入端。
图5-6
知识点四 二输入四与非门74LS08
二输入四与非门74LS08的额定工作电压VCC为5V，输入端为A、B，输出端为Y，输入与输出端的关系:Y＝AB。74LS08引脚如图5-7所示，真值表见表5-2。
图5-7
表5-2 74LS08真值表
知识点五 三输入或门CD4075B
三输入或门CD4075B的额定工作电压VCC为5V，输入端为A、B、C，输出端为Y，输入与输出端的关系:Y＝A＋B＋C。CD4075B引脚如图5-8所示，真值表见表5-3。
图5-8
表5-3 CD4075B真值表
知识点六 译码器
译码器是将超前进位加法器运算得到的和数及进位数译成两组8421码输出，见表5-4。
表5-4 五输入-八输出真值表
根据真值表，用卡诺图化简，见表5-5。
表5-5 输出卡诺图化简
同样的道理可得出其他8421BCD码的输出表达式，整理如下:
根据输出方程，画出逻辑电路如图5-9所示。
图5-9
知识点七 译码器74LS247
7段显示译码器的主要功能是把“8421”二－十进制代码译成对应于数码管的7字段信号，以驱动数码管显示出相应的十进制数码。常用74LS247其引脚图5-10所示，真值表见表5-6。
图5-10
表5-6 74LS247真值表
知识点八 共阳极数码管BS204
半导体七段显示器分为共阴极接法和共阳极接法两种，LED数码管共阳极接法如图5-11所示，此处为了与74LS247译码器配套，选用BS204共阳极数码管。笔段显示如图5-12所示。
图5-11
图5-12
强化训练
一、练一练
（1）完成下列二进制数与十进制数的转换。
（8）D＝（ ）B （11011）B＝（ ）D
（2）完成下列二进制加法运算。
1＋0＝（ ） 101＋001＝（ ）
二、认一认
指认下列电路符号。
三、做一做
在译码器74LS247的输出与共阳数码管BS204之间加入合适大小的电阻，并连线构成译码显示电路。
学习评价表
续表
