Binārais kalkulators: 11 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Pārskats:

Kopš pirmā loģisko vārtu izgudrojuma 20. gadsimtā šāda elektronika ir pastāvīgi attīstījusies, un tagad tā ir viena no vienkāršākajām, taču principiāli svarīgajām elektroniskajām sastāvdaļām daudzās dažādās lietojumprogrammās. Binārais kalkulators varēs izmantot vairākus bitus kā ievadi un aprēķināt summēšanu un atņemšanu, izmantojot dažādus loģiskos vārtus

Mērķis:

Sniegt pamatidejas par Būla loģiku, vārtiem un elektroniku. Iepazīties ar loģisko vārtu un bināro sistēmu izmantošanu. Lai aprēķinātu divu 4 bitu skaitļu summēšanu un atņemšanu

Mērķauditorija:

Hobiji, entuziastiski vidusskolnieki, koledžas vai universitātes studenti.

Piegādes

Izmantotās sastāvdaļas*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2 ieejas UN vārti PID: 7243

4 x 4070 četrkodolu 2 ievades XOR vārti PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2 ieejas VAI vārti PID: 7250

2 x 74LS04 sešstūra invertora vārti PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, vienlaidu vadi PID: 224900

8 x ¼w 1k rezistori PID: 9190

8 x ¼w 560 rezistors PID: 91447 (nav nepieciešams, ja ir pietiekami daudz 1k rezistoru)

4 x DIP slēdzis PID: 367

1 x 5V 1A strāvas adapteris Cen+ PID: 1453 (*augstāka strāva vai centrs - var izmantot abus)

5 x LED 5 mm, dzeltens PID: 551 (krāsai nav nozīmes)

5 x LED 5 mm, zaļš PID: 550 (krāsai nav nozīmes)

1 x 2,1 mm domkrats līdz diviem termināļiem PID: 210272 (#210286 var aizstāt)

4 x 8 kontaktu IC ligzda PID: 2563

Neobligāti:

Digitālais multimetrs PID: 10924

Skrūvgriezis PID: 102240

Pincete, leņķa uzgalis PID: 1096

Knaibles, PID: 10457 (ļoti ieteicams)

*Visi iepriekš uzskaitītie skaitļi atbilst Lee elektronisko komponentu produkta ID

1. darbība: iestatiet barošanas avotu (papildinātāju)

*Kas ir papildinātājs ???

Tā kā mēs barosim visu ķēdi, izmantojot barošanas bloku, mums būs jāatdala pozitīvais un zemētais. Ņemiet vērā, ka mēs strādājam ar centrālo pozitīvo barošanas avotu (+ iekšpusē un ārpusē), tāpēc + jāiznāk kā pozitīvam (šajā gadījumā RED) un - jābūt zemētam (melnam).

Savienojiet galveno strāvas sliedi ar katru no vertikālajām sliedēm. Lai mikroshēmas varētu viegli darbināt bez vadiem.

2. darbība: iestatiet DIP slēdzi (papildinātāju)

Divas 4 pozīciju iegremdēšanas slēdži ir novietoti 8 kontaktu kontaktligzdas augšpusē, lai nodrošinātu plāksnes stingru saķeri, un pēc tam tā tiek novietota zem barošanas sliedes. Slēdža otrā pusē mēs novietosim patvaļīgas vērtības rezistorus* (es sērijveidā izmantoju 1k un divus 560)

3. solis: kam paredzēti šie rezistori ???

Atkarībā no iestatījumiem tos sauc par “Pull-Up” vai “Pull-Down” rezistoriem.

Mēs izmantojam šos rezistorus kaut ko sauc par “peldošo efektu”.

Tāpat kā attēlā augšējā labajā stūrī, kad slēdzis ir aizvērts, strāva plūst bez problēmām. Tomēr, ja slēdzis ir atvērts, mums nav ne jausmas pateikt, vai ieejai ir pietiekami daudz spriegumu, lai noteiktu stāvokli, un šo efektu sauc par “peldošo efektu”. Loģiskos stāvokļus attēlo divi sprieguma līmeņi, kuru spriegums ir zemāks par vienu līmeni, tiek uzskatīts par loģiku 0, un jebkurš spriegums virs cita līmeņa tiek uzskatīts par loģiku 1, bet pati tapa nevar noteikt, vai ievades loģika ir 1 vai 0 statikas dēļ vai apkārtējie trokšņi.

Lai novērstu peldošo efektu, mēs izmantojam uzvilkšanas vai nolaišanas rezistorus, piemēram, diagrammu kreisajā pusē.

4. darbība: iestatiet loģiskos vārtus (papildinātājs)

Novietojiet XOR, AND, OR, XOR un AND vārtus (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 un 74LS08). Lai aktivizētu loģikas mikroshēmas, pievienojiet katras mikroshēmas tapu 14 ar pozitīvo sliedi un tapu 7 pie zemes sliedes.

5. solis: savienojiet loģikas vārtus (papildinātājs)

Pamatojoties uz shematisku un atbilstošu datu lapu, attiecīgi pieslēdziet vārtus vadiem. Ir svarīgi atzīmēt, ka pats pirmais ievades pārneses bits ir nulle, tāpēc to var vienkārši iezemēt.

Tā kā mēs izgatavojam 4 bitu PAPILDINĀTĀJU, izvades pārnese tiks nepārtraukti ievadīta otra PILNA PIEVIENOTĀJA ievades pārnesē, līdz nonāksim pie pēdējās vienības.

*Ņemiet vērā, ka papildu gaismas diode uz 8. kontakta VAI vārtos ir pēdējais CARRY bits. Tas iedegas tikai tad, kad divu 4 bitu skaitļu summēšanu vairs nevar attēlot ar 4 bitiem

6. darbība: iestatiet izejas (papildinātāja) gaismas diodes

Pirmā FULL ADDER izvades bits tiks tieši pievienots kā iegūtās produkcijas LSB (vismazāk nozīmīgais bits).

Izvades bits no otrā FULL ADDER tiks savienots ar otro bitu no labās izvades labās puses utt.

*Atšķirībā no standarta ¼ vatu rezistoriem, kurus mēs izmantojam nolaišanai, gaismas diodes ir polarizēta sastāvdaļa un elektronu plūsmas virziens ir svarīgs (jo tās ir diodes). Tāpēc ir svarīgi pārliecināties, ka savienojam gaismekļa LED garāko kāju ar strāvu un īsāko - zemei.

Visbeidzot, pēdējais CARRY bits ir savienots ar VA vārtu 8. tapu. Kas attēlo pārnesi no MSB (vissvarīgākais bits) un ļauj mums aprēķināt jebkurus divus 4 bitu bināros skaitļus.

(tas iedegsies tikai tad, ja aprēķinātā izeja binārā veidā pārsniegs 1111)

7. darbība: barošanas avota (atņemšanas) iestatīšana

*Kas ir Atņemējs

To pašu barošanas avotu var izmantot, lai ieslēgtu SUBTRAKTORU.

8. darbība: iestatiet DIP slēdzi

Tas pats, kas papildinātājs.

9. darbība: iestatiet loģiskos vārtus (atņemiet)

Lai gan var izmantot līdzīgu pieeju, atņemšanai ir jāizmanto NOT vārti, pirms tie tiek ievadīti AND vārtos. Tādējādi šajā gadījumā esmu ievietojis attiecīgi XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT un AND (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 un 74LS08).

Tā kā standarta izmēra maizes dēlis ar 63 caurumu garumu ir ierobežots, AND ir savienots augšpusē.

Tāpat kā mēs darījām ADDER gadījumā, pievienojiet loģisko mikroshēmu tapu 14 ar pozitīvo sliedi un tapu 7 pie zemes, lai aktivizētu mikroshēmas.

10. solis: savienojiet loģiskos vārtus (atņemiet)

Pamatojoties uz shematisku un atbilstošu datu lapu, attiecīgi pieslēdziet vārtus vadiem. Ir svarīgi atzīmēt, ka pats pirmais ievades aizņēmuma bits ir nulle, tāpēc to var vienkārši pamatot.

Tā kā mēs izgatavojam 4 bitu SUBTRAKTORU, izvades aizņēmums tiks nepārtraukti ievadīts otrā SUBTRAKTORA ievades aizņēmumā, līdz nonāksim pie pēdējās vienības.

*Ņemiet vērā, ka papildu gaismas diode uz 8. tapa uz VAI vārtiem apzīmē pēdējo aizņēmuma bitu. Tas iedegas tikai tad, kad divu 4 bitu skaitļu atņemšana atspoguļo negatīvo skaitli.

11. darbība: iestatiet izvades gaismas diodes

Pirmā SUBTRAKTORA izvades bits tiks tieši savienots kā iegūtās produkcijas LSB (vismazākais nozīmīgais bits).

Izvades bits no otrā SUBTRAKTORA tiks savienots ar otro bitu no labās izejas labās puses utt.

Visbeidzot, pēdējais BORROW bits ir pievienots VAI vārtu 8. tapai. Kas nozīmē aizņēmumu uz MSB no minendes. Šis LED iedegas tikai tad, ja Subtrahend ir lielāks par Minuend. Tā kā mēs skaitām binārā, negatīvā zīme nepastāv; tādējādi negatīvais skaitlis tiks aprēķināts kā 2 papildinājums tās pozitīvajai formai. Tādā veidā var atņemt jebkurus divus 4 bitu skaitļus.