Двоичен калкулатор: 11 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Преглед:

От първото изобретение на логическата порта през 20 -ти век, непрекъснатото развитие на такава електроника се е случило и сега тя е един от най -простите, но съществено важни електронни компоненти в много различни приложения. Двоичният калкулатор ще може да приема няколко бита като вход и да изчислява сумирането и изваждането, използвайки различни логически порти

Обективен:

Да предостави основни идеи за булева логика, порти и електроника. За да се запознаете с използването на логически порти и двоични системи. За изчисляване на сумирането и изваждането на две 4-битови числа

Целева аудитория:

Любители, ентусиазирани ученици, студенти или колежи.

Консумативи

Използвани компоненти*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2-вход И портове PID: 7243

4 x 4070 Quad 2-вход XOR порта PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2-вход ИЛИ порти PID: 7250

2 x 74LS04 Шестостенни инверторни порти PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, Solid Core проводници PID: 224900

8 x ¼w 1k резистори PID: 9190

8 x ¼w 560 резистор PID: 91447 (не е необходимо, ако има достатъчно 1k резистори)

4 x DIP превключвател PID: 367

1 x 5V 1A захранващ адаптер Cen+ PID: 1453 (*по -висок ток или център - могат да се използват и двете)

5 x LED 5 мм, жълт PID: 551 (цветът е без значение)

5 x LED 5 мм, зелен PID: 550 (цветът е без значение)

1 x 2,1 мм жак към два терминала PID: 210272 (#210286 може да се замени)

4 x 8-пинов IC гнездо PID: 2563

По избор:

Цифров мултицет PID: 10924

Отвертка PID: 102240

Пинцет, ъглов накрайник PID: 1096

Клещи, PID: 10457 (силно се препоръчва)

*Всички изброени по -горе номера съответстват на идентификационния номер на продукта на Lee's Electronic Components

Стъпка 1: Настройте захранването (Adder)

*Какво е Adder ???

Тъй като ще захранваме цялата верига с помощта на захранване с варел, ще трябва да разделим положителното и заземяването. Имайте предвид, че работим с централно положително захранване (+ отвътре & - отвън), следователно + трябва да излезе като положително (в този случай ЧЕРВЕН) и - трябва да бъде заземен (черен).

Свържете основната захранваща шина към всяка една от вертикалните релси. Така че чиповете на IC могат лесно да се захранват без проводници да преминават навсякъде.

Стъпка 2: Настройте DIP превключвателя (Adder)

Два 4-позиционни потъващи превключвателя са поставени върху 8-пиновия IC контакт, за да се осигури здраво захващане на платката и след това тя се поставя под захранващата шина. От другата страна на превключвателя ще поставим резистори с произволна стойност* (използвах 1k и два 560 последователно)

Стъпка 3: За какво са тези резистори ???

Те се наричат „Pull-Up“или „Pull-Down“резистори в зависимост от настройката.

Използваме тези резистори поради нещо, наречено „Плаващ ефект“.

Подобно на снимката горе вдясно, когато превключвателят е затворен, токът тече без проблем. Въпреки това, ако превключвателят е отворен, нямаме идея да кажем дали входът има достатъчно напрежения, за да определи състоянието и този ефект се нарича „плаващ ефект“. Логическите състояния са представени от две нива на напрежение с всяко напрежение под едно ниво, считано за логика 0, и всяко напрежение над друго ниво, считано за логика 1, но самият щифт не може да определи дали входната логика е 1 или 0 поради статиката или околните шумове.

За да предотвратим плаващия ефект, използваме издърпващи или надолу резистори като диаграмата вляво.

Стъпка 4: Настройте логическите порти (Adder)

Поставете портите XOR, AND, OR, XOR и AND (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 и 74LS08). Свържете щифта 14 на всеки чип към положителната релса и щифта 7 към заземяващата шина, за да активирате логическите чипове.

Стъпка 5: Свържете логическите порти (Adder)

Въз основа на схематичния и подходящ лист с данни, свържете проводниците съответно. Важно е да се отбележи, че първият входен бит за носене е нула, поради което може просто да бъде заземен.

Тъй като правим 4-битов ДОБАВИТЕЛ, изходният носител последователно ще се подава към входния носител на другия ПЪЛЕН ДОБАВИТЕЛ, докато стигнем до последното устройство.

*Имайте предвид, че допълнителният светодиод на щифт 8 на портата OR представлява последния бит CARRY. Той ще светне само когато сумирането на две 4-битови числа вече не може да бъде представено с 4-битови

Стъпка 6: Настройте светодиодите за изхода (Adder)

Изходният бит от първия ПЪЛЕН ДОБАВИТЕЛ ще бъде директно свързан като LSB (Най -малко значителен бит) на получения резултат.

Изходният бит от втория ПЪЛЕН ДОБАВИТЕЛ ще бъде свързан към втория бит отдясно на получения изход и т.н.

*За разлика от стандартните resist ватови резистори, които използваме за изтегляне, светодиодите са поляризирани компоненти и посоката на електронните потоци има значение (тъй като те са диоди). Ето защо е важно да се гарантира, че свързваме по -дългия крак на светодиода, който трябва да бъде свързан към захранването, а по -късият - към земята.

И накрая, последният бит CARRY е свързан към щифт 8 на портата OR. Което представлява пренасянето от MSB (Най-значимия бит) и ще ни позволи да изчислим всяко две 4-битови двоични числа.

(ще светне само ако изчисленият изход надвишава 1111 в двоичен формат)

Стъпка 7: Настройте захранването (извадител)

*Какво е изваждач

Същият източник на захранване може да се използва за захранване на ВЪЗРАГАЧА.

Стъпка 8: Настройте DIP превключвателя

Същото като Adder.

Стъпка 9: Настройте логическите порти (изваждач)

Въпреки че може да се следва подобен подход, изваждачите изискват да се използва NOT порта, преди да се подаде към порта AND. По този начин в този случай съм поставил съответно XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT и AND (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 и 74LS08).

Поради ограничението на макетната платка със стандартен размер с дължина 63 отвора, AND е свързан отгоре.

Както направихме за ДОБАВИТЕЛЯ, свържете щифта 14 на логическите чипове към положителната шина и щифта 7 към земята, за да активирате чиповете.

Стъпка 10: Свържете логическите порти (извадител)

Въз основа на схематичния и подходящ лист с данни, свържете проводниците съответно. Важно е да се отбележи, че първият входен битов заем е нула, поради което може просто да бъде заземен.

Тъй като правим 4-битов СУБТРАКТОР, изходният заем последователно ще се подава към входящия заем на другия ВЪБДАЧИТЕЛ, докато стигнем до последната единица.

*Обърнете внимание, че допълнителният светодиод на щифт 8 на портата ИЛИ представлява последния бит за заем. Той ще светне само когато изваждането на две 4-битови числа представлява отрицателното число.

Стъпка 11: Настройте светодиодите за изхода

Изходният бит от първия SUBTRACTOR ще бъде директно свързан като LSB (Least Significant Bit) на получения резултат.

Изходният бит от втория SUBTRACTOR ще бъде свързан към втория бит отдясно на получения резултат и т.н.

И накрая, последният бит BORROW е свързан към щифт 8 на портата OR. Което представлява ЗАЕМАТА към MSB на минута. Този светодиод се включва само ако Subtrahend е по -голям от Minuend. Тъй като изчисляваме в двоичен формат, отрицателният знак не съществува; по този начин отрицателното число ще бъде изчислено в допълнение на 2 от положителната му форма. По този начин може да се направи изваждането на всякакви 4-битови числа.