Binarni kalkulator: 11 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Pregled:

Od prvega izuma logičnih vrat v 20. Binarni kalkulator bo lahko vzel več bitov kot vhod in izračunal seštevanje in odštevanje z uporabo različnih logičnih vrat

Cilj:

Zagotoviti temeljne ideje o logični logiki, vratih in elektroniki. Seznaniti se z uporabo logičnih vrat in binarnih sistemov. Za izračun seštevanja in odštevanja dveh 4-bitnih števil

Ciljna publika:

Hobist, navdušeni srednješolci, študentje ali študenti.

Zaloge

Uporabljene komponente*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2-input IN vrata PID: 7243

4 x 4070 štirivratna vrata XOR z 2 vhodi PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2-input ALI vrata PID: 7250

2 x šestkotna pretvorniška vrata 74LS04 PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, polprevodniške žice PID: 224900

8 x ¼w 1k upori PID: 9190

8 x ¼w 560 upor PID: 91447 (ni potreben, če je dovolj uporov 1k)

4 x DIP stikalo PID: 367

1 x 5V 1A napajalnik Cen+ PID: 1453 (*višja amperaža ali sredina - lahko se uporabljata oba)

5 x LED 5 mm, rumena PID: 551 (barva ni pomembna)

5 x LED 5 mm, zelena PID: 550 (barva ni pomembna)

1 x 2,1 mm priključek na dva priključka PID: 210272 (#210286 lahko zamenjate)

4 x 8-polna IC vtičnica PID: 2563

Neobvezno:

Digitalni multimeter PID: 10924

PID izvijač: 102240

Pinceta, kotna konica PID: 1096

Klešče, PID: 10457 (močno priporočljivo)

*Vse zgoraj navedene številke ustrezajo ID -ju izdelka Lee's Electronic Components

1. korak: Nastavite napajalnik (Adder)

*Kaj je Adder ???

Ker bomo napajali celotno vezje z napajalnikom za cevni priključek, bomo morali ločiti pozitivni del in ozemljitev. Upoštevajte, da delamo s osrednjim pozitivnim napajanjem (+ znotraj in - zunaj), zato mora biti + pozitiven (v tem primeru RDEČI) in - ozemljen (črno).

Priključite glavno napajalno tirnico na vsako od navpičnih tirnic. Tako se lahko čipi IC enostavno napajajo brez žic povsod.

2. korak: Nastavite DIP stikalo (seštevalnik)

Dve 4-mestni potopni stikali sta nameščeni na vrhu 8-polne IC vtičnice, da zagotovite trden oprijem plošče, nato pa jo postavite pod vodnik. Na drugi strani stikala bomo postavili upore poljubne vrednosti* (uporabil sem 1k in dva 560 zaporedno)

Korak: Za kaj so ti upori ???

Odvisno od nastavitve se imenujejo "Pull-Up" ali "Pull-Down" upori.

Te upore uporabljamo zaradi nečesa, kar se imenuje "plavajoči učinek".

Tako kot slika v zgornjem desnem kotu, ko je stikalo zaprto, tok teče brez težav. Če pa je stikalo odprto, nimamo pojma povedati, ali ima vhod dovolj napetosti za določitev stanja in se ta učinek imenuje "plavajoči učinek". Logična stanja so predstavljena z dvema napetostnima nivojema, pri čemer se katera koli napetost pod eno stopnjo obravnava kot logika 0, vsaka napetost nad drugo stopnjo pa kot logika 1, vendar sam pin zaradi statičnosti ne more določiti, ali je vhodna logika 1 ali 0. ali zvoki v okolici.

Da bi preprečili plavajoči učinek, uporabljamo uporovne ali navzdolne upore, kot je prikazano na diagramu na levi.

4. korak: Nastavite logična vrata (seštevalnik)

Postavite vrata XOR, AND, OR, XOR in AND (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 in 74LS08). Za aktiviranje logičnih čipov priključite zatič 14 vsakega čipa na pozitivno vodilo, zatič 7 pa na ozemljitev.

5. korak: Ožičite logična vrata (seštevalnik)

Na podlagi shematičnega in ustreznega podatkovnega lista ustrezno priključite vrata. Pomembno je omeniti, da je prvi vhodni nosilni bit nič, zato ga je mogoče preprosto ozemljiti.

Ker izdelujemo 4-bitni ADDER, se bo izhodni prenos dosledno dovajal na vhodni prenos drugega FULL ADDER-ja, dokler ne pridemo do zadnje enote.

*Upoštevajte, da dodatna LED na zatiču 8 na vratih OR predstavlja zadnji bit CARRY. Zasvetilo bo šele, ko seštevanja dveh 4-bitnih številk ne bo več mogoče predstaviti s 4-bitnimi

6. korak: nastavite LED za izhod (seštevalnik)

Izhodni bit iz prvega FULL ADDER bo neposredno priključen kot LSB (najmanj pomemben bit) nastalega izhoda.

Izhodni bit iz drugega FULL ADDER bo priklopljen na drugi bit z desne strani nastalega izhoda itd.

*Za razliko od standardnih uporov ¼ vatov, ki jih uporabljamo za spuščanje, so LED diode polarizirane in smer tokov elektronov je pomembna (ker so diode). Zato je pomembno zagotoviti, da daljši krak LED priključimo na napajanje, krajši pa na tla.

Nazadnje je zadnji bit CARRY priključen na pin 8 vrat OR. Kar predstavlja prenos iz MSB (najpomembnejši bit) in nam bo omogočilo izračun poljubnih dveh 4-bitnih binarnih števil.

(zasveti samo, če izračunani izhod presega 1111 v binarnem sistemu)

7. korak: Nastavite napajalnik (odštevalec)

*Kaj je odštevalec

Isti napajalnik lahko uporabite za napajanje ODVAJALCA.

8. korak: Nastavite DIP stikalo

Enako kot Adder.

9. korak: Nastavite logična vrata (odštevalnik)

Čeprav je mogoče uporabiti podoben pristop, odštevalniki zahtevajo, da se pred vstopom na vrata AND uporabi vrata NOT. Tako sem v tem primeru postavil XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT in AND (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 in 74LS08).

Zaradi omejitve plošče standardne velikosti z dolžino 63 lukenj je AND priključen na vrhu.

Kot smo to storili pri DODAJALCU, priključite zatič 14 logičnih čipov na pozitivno vodilo in zatič 7 na tla, da aktivirate čipe.

10. korak: Ožičite logična vrata (odštevalnik)

Na podlagi shematičnega in ustreznega podatkovnega lista ustrezno priključite vrata. Pomembno je omeniti, da je prvi vhodni izposojeni bit nič, zato ga je mogoče preprosto ozemljiti.

Ker izdelujemo 4-bitni odštevalec, se bo izposojeni izvod dosledno dovajal do vhodnega izposojenega drugega odštevalnika, dokler ne pridemo do zadnje enote.

*Upoštevajte, da dodatna LED na zatiču 8 na vratih OR predstavlja zadnji izposojeni bit. Zasvetilo bo le, če odštevanje dveh 4-bitnih števil predstavlja negativno število.

11. korak: Nastavite LED za izhod

Izhodni bit iz prvega ODVAJALNIKA bo neposredno priključen kot LSB (najmanj pomemben bit) nastalega izhoda.

Izhodni bit iz drugega SUBTRAKTORJA bo priključen na drugi bit z desne strani nastalega izhoda itd.

Nazadnje, zadnji BORROW bit je priključen na pin 8 vrat OR. Kar predstavlja izposojo pri MSB minuenda. Ta LED se vklopi le, če je Subtrahend večji od Minuend. Ker računamo v binarni obliki, negativni predznak ne obstaja; tako bo negativno število izračunano v kompletu 2 njegove pozitivne oblike. Na ta način se lahko izvede odštevanje poljubnih dveh 4-bitnih števil.