Calculator binar: 11 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Prezentare generală:

De la prima invenție a porții logice din secolul al XX-lea, a avut loc dezvoltarea constantă a unei astfel de electronice și este acum una dintre cele mai simple componente, dar fundamental importante, în multe aplicații diferite. Calculatorul binar va putea lua mai mulți biți ca intrare și poate calcula suma și scăderea folosind diverse porți logice

Obiectiv:

Pentru a oferi idei fundamentale de logică, porți și electronică booleană. Pentru a vă familiariza cu utilizarea porților logice și a sistemelor binare. Pentru a calcula însumarea și scăderea a două numere de 4 biți

Public țintă:

Hobbyist, liceeni entuziaști, studenți din facultate sau universități.

Provizii

Componente utilizate *:

4 x 74LS08 TTL Quad cu 2 intrări ȘI porți PID: 7243

4 x 4070 porți XOR cu 2 intrări Quad PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2-input SAU porți PID: 7250

2 x porți invertor hexagonale 74LS04 PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, fire solid core PID: 224900

8 rezistențe ¼w 1k PID: 9190

8 x ¼w 560 Rezistor PID: 91447 (nu este necesar dacă există suficiente rezistențe 1k)

4 x comutator DIP PID: 367

1 x adaptor de alimentare 5V 1A Cen + PID: 1453 (* Amperaj sau centru mai mare - pot fi utilizate ambele)

5 x LED 5mm, galben PID: 551 (Culoarea este irelevantă)

5 x LED 5mm, verde PID: 550 (Culoarea este irelevantă)

1 x jack de 2,1 mm la două terminale PID: 210272 (# 210286 poate înlocui)

Socket IC 4 pini cu 8 pini PID: 2563

Opțional:

Multimetru digital PID: 10924

Șurubelniță PID: 102240

Pensetă, vârf unghiular PID: 1096

Plier, PID: 10457 (recomandat)

* Toate numerele enumerate mai sus corespund codului de produs al componentelor electronice ale lui Lee

Pasul 1: Configurați sursa de alimentare (Adder)

* Ce este un Adder ???

Deoarece vom alimenta întregul circuit folosind o sursă de alimentare cu mufă, va trebui să separăm pozitivul și solul. Rețineți că lucrăm cu sursa de alimentare centrală pozitivă (+ interior și - exterior), prin urmare + trebuie să iasă ca pozitiv (în acest caz ROȘU) și - trebuie să fie împământat (negru).

Conectați șina principală de alimentare la fiecare dintre șinele verticale. Astfel, cipurile IC pot fi ușor alimentate fără ca firele să meargă peste tot.

Pasul 2: Configurați comutatorul DIP (Adder)

Două comutatoare dip cu 4 poziții sunt plasate deasupra prizei IC cu 8 pini pentru a asigura prinderea fermă a plăcii și apoi este plasată sub șina de alimentare. Pe cealaltă parte a comutatorului, vom plasa rezistențe de valoare arbitrare * (am folosit 1k și două 560 în serie)

Pasul 3: Pentru ce sunt aceste rezistoare ???

Acestea sunt numite rezistențe „Pull-Up” sau „Pull-Down” în funcție de configurare.

Folosim aceste rezistențe din cauza ceva numit „Efect plutitor”.

La fel ca imaginea din dreapta sus, când comutatorul este închis, curentul curge fără probleme. Cu toate acestea, dacă comutatorul este deschis, nu avem nicio idee să spunem dacă intrarea are suficiente tensiuni pentru a determina starea și acest efect este numit „Efect plutitor”. Stările logice sunt reprezentate de două niveluri de tensiune cu orice tensiune sub un nivel considerată ca 0 logică și orice tensiune peste un alt nivel considerată ca logică 1, dar pinul în sine nu poate spune dacă logica de intrare este 1 sau 0 din cauza staticii sau zgomotele din jur.

Pentru a preveni efectul de plutire, folosim rezistențe pull-up sau down precum diagrama din stânga.

Pasul 4: Configurați porțile logice (Adder)

Plasați porțile XOR, AND, OR, XOR și AND (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 și 74LS08). Conectați pinul 14 al fiecărui cip la șina pozitivă și pinul 7 la șina de la sol pentru a activa cipurile logice.

Pasul 5: conectați porțile logice (Adder)

Pe baza fișei tehnice schematice și corespunzătoare, conectați porțile în consecință. Este important de observat că primul bit de transport de intrare este zero, deci poate fi pur și simplu legat la pământ.

Deoarece realizăm un ADDER de 4 biți, transferul de ieșire va fi alimentat în mod constant către transportul de intrare al celuilalt ADDER COMPLET până când ajungem la ultima unitate.

* Rețineți că LED-ul suplimentar pe pinul 8 de pe poarta SA reprezintă ultimul bit CARRY. Se va aprinde numai atunci când însumarea a două numere de 4 biți nu mai poate fi reprezentată cu 4 biți

Pasul 6: Configurați LED-urile pentru ieșire (Adder)

Bitul de ieșire de la primul FOLD ADDER va fi conectat direct ca LSB (Least Significant Bit) al ieșirii rezultate.

Bitul de ieșire din al doilea FOLD ADDER va fi conectat la al doilea bit din dreapta ieșirii rezultate și așa mai departe.

* Spre deosebire de rezistențele standard ¼ watt pe care le folosim pentru a trage în jos, LED-urile sunt componente polarizate și direcția fluxurilor de electroni este importantă (deoarece sunt diode). Prin urmare, este important să ne asigurăm că conectăm piciorul mai lung al LED-ului pentru a fi conectat la putere și cel mai scurt la sol.

În cele din urmă, bitul final CARRY este conectat la pinul 8 al porții SAU. Ceea ce reprezintă transferul de la MSB (Bitul cel mai semnificativ) și ne va permite să calculăm orice două numere binare de 4 biți.

(se va aprinde numai dacă ieșirea calculată depășește 1111 în binar)

Pasul 7: Configurați sursa de alimentare (extractor)

* Ce este un Subtractor

Aceeași sursă de alimentare poate fi utilizată pentru a alimenta SUBTRACTORUL.

Pasul 8: Configurați comutatorul DIP

La fel ca Adder.

Pasul 9: Configurați porțile logice (Subtractor)

Deși poate fi urmată o abordare similară, scăderile necesită o poartă NOT pentru a fi utilizată înainte de a se alimenta la poarta ȘI. Astfel, în acest caz, am plasat XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT și respectiv (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 și 74LS08).

Datorită limitării panoului de dimensiuni standard având o lungime de 63 de găuri, ȘI este conectat deasupra.

Așa cum am făcut pentru ADDER, conectați pinul 14 al cipurilor logice la șina pozitivă și pinul 7 la sol pentru a activa cipurile.

Pasul 10: conectați porțile logice (Subtractor)

Pe baza fișei tehnice schematice și corespunzătoare, conectați porțile în mod corespunzător. Este important de observat că primul bit de împrumut de intrare este zero, deci poate fi pur și simplu legat la pământ.

Deoarece realizăm un SUBTRACTOR pe 4 biți, împrumutul de ieșire va fi alimentat în mod constant la împrumutul de intrare al celuilalt SUBTRACTOR până când ajungem la ultima unitate.

* Rețineți că LED-ul suplimentar de pe pinul 8 de pe poarta SA reprezintă ultimul bit de împrumut. Se va aprinde numai atunci când scăderea a două numere de 4 biți reprezintă numărul negativ.

Pasul 11: Configurați LED-urile pentru ieșire

Bitul de ieșire de la primul SUBTRACTOR va fi conectat direct ca LSB (Least Significant Bit) al ieșirii rezultate.

Bitul de ieșire din al doilea SUBTRACTOR va fi conectat la al doilea bit din dreapta ieșirii rezultate și așa mai departe.

În sfârșit, bitul BORROW final este conectat la pinul 8 al porții SAU. Ceea ce reprezintă ÎMPRUMUTUL către MSB al minuendului. Acest LED este aprins numai dacă Subtrahend este mai mare decât Minuend. Deoarece calculăm în binar, semnul negativ nu există; astfel, numărul negativ va fi calculat în complementul 2 al formei sale pozitive. În acest fel, se poate face scăderea oricăror două numere de 4 biți.