Kahendkalkulaator: 11 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Ülevaade:

Alates loogikavärava esimesest leiutamisest 20. sajandil on sellise elektroonika pidev areng toimunud ja see on nüüd üks lihtsamaid, kuid põhimõtteliselt olulisi elektroonikakomponente paljudes erinevates rakendustes. Kahendkalkulaator saab sisendiks võtta mitu bitti ning arvutada summeerimise ja lahutamise erinevate loogikaväravate abil

Eesmärk:

Pakkuda Boole'i loogika, väravate ja elektroonika põhiideid. Loogikaväravate ja binaarsüsteemide kasutamise tundmaõppimiseks. Kahe 4-bitise arvu liitmise ja lahutamise arvutamiseks

Sihtgrupp:

Harrastaja, entusiastlik gümnasist, kolledži või ülikooli üliõpilane.

Tarvikud

Kasutatud komponendid*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2-sisend JA väravad PID: 7243

4 x 4070 Quad 2-sisendiga XOR väravad PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2-sisendiga VÕI väravad PID: 7250

2 x 74LS04 kuuskantmuunduri väravat PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, tahke südamikuga juhtmed PID: 224900

8 x ww 1k takistid PID: 9190

8 x ww 560 takisti PID: 91447 (pole vaja, kui on piisavalt 1k takistusi)

4 x DIP -lüliti PID: 367

1 x 5V 1A toiteadapter Cen+ PID: 1453 (*suurem voolutugevus või keskpunkt - saab kasutada mõlemat)

5 x LED 5 mm, kollane PID: 551 (värv pole oluline)

5 x LED 5 mm, roheline PID: 550 (värv ei oma tähtsust)

1 x 2,1 mm pistik kahele klemmile PID: 210272 (#210286 saab asendada)

4 x 8-pin IC pesa PID: 2563

Valikuline:

Digitaalne multimeeter PID: 10924

Kruvikeeraja PID: 102240

Pintsetid, nurgaots PID: 1096

Tang, PID: 10457 (tungivalt soovitatav)

*Kõik ülaltoodud numbrid vastavad Lee elektrooniliste komponentide toote ID -le

1. samm: seadistage toiteallikas (liitur)

*Mis on lisaja ???

Kuna hakkame kogu vooluahelat toiteallikaga kasutama, peame eraldama positiivse ja maandatud. Pange tähele, et töötame keskpositiivse toiteallikaga (+ sees ja väljas), seetõttu peab + tulema positiivse (antud juhul punane) ja - peab olema maandatud (must).

Ühendage peamine toiteliin iga vertikaalse rööpaga. Nii et IC -kiipe saab hõlpsasti toita, ilma et juhtmed igale poole läheksid.

2. samm: seadistage DIP -lüliti (liitur)

Plaadi kindla haarde tagamiseks asetatakse 8-kontaktilise IC-pistikupesa peale kaks 4-asendilist dip-lülitit ja seejärel asetatakse see toiteliini alla. Lüliti teisele küljele asetame suvalise väärtusega takistid* (kasutasin 1k ja kaks 560 järjestikku)

Samm: milleks need takistid on ???

Sõltuvalt seadistusest nimetatakse neid takistus- või tõmbetakistiteks.

Me kasutame neid takisteid millegi nimega “ujuv efekt”.

Nagu ülemises parempoolses pildis, voolab vool probleemideta, kui lüliti on suletud. Kui aga lüliti avada, pole meil aimugi, kas sisendil on oleku määramiseks piisavalt pingeid ja seda efekti nimetatakse ujuvaks efektiks. Loogilisi olekuid esindavad kaks pingetaset, mille pinge on alla ühe taseme loetud loogikaks 0, ja pinget, mis ületab teise taseme, loogikaks 1, kuid tihvt ise ei saa staatika tõttu öelda, kas sisendloogika on 1 või 0 või ümbritsevaid helisid.

Ujuva efekti vältimiseks kasutame tõmbe- või allalaadimistakistusi, nagu vasakul olev skeem.

4. samm: loogikaväravate seadistamine (lisaja)

Asetage vastavalt väravad XOR, AND, OR, XOR ja AND (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 ja 74LS08). Loogika kiipide aktiveerimiseks ühendage iga kiibi tihvt 14 positiivse rööpaga ja tihvt 7 maapinnaga.

Samm: ühendage loogikaväravad (liitur)

Skeemilise ja sobiva andmelehe põhjal ühendage väravad vastavalt. Oluline on märkida, et kõige esimene sisendkandja on null, seega saab selle lihtsalt maandada.

Kuna valmistame 4-bitist ADDER-i, sisestatakse väljundvõimsus järjekindlalt teise FULL ADDER-i sisendkandjale, kuni jõuame viimase üksuseni.

*Pange tähele, et OR -värava 8. tihvti täiendav LED tähistab viimast CARRY -bitti. See süttib ainult siis, kui kahe 4-bitise numbri summeerimist ei saa enam 4-bitistega esitada

Samm: seadistage väljundi (liitja) LED -id

Esimese FULL ADDER -i väljundbit ühendatakse otse väljundi LSB -ga (vähim oluline bitt).

Teise FULL ADDER -i väljundbitt ühendatakse saadud väljundi paremalt teise biti külge jne.

*Erinevalt standardsetest ¼-vatilistest takistitest, mida me allalaadimiseks kasutame, on LED-id polariseeritud komponendid ja elektronide voolu suund on oluline (kuna need on dioodid). Seetõttu on oluline tagada, et ühendame ühendatava valgusdioodi pikema toiteallikaga ja lühema maapinnaga.

Lõpuks ühendatakse viimane CARRY -bit OR -värava tihvtiga 8. Mis kujutab endast ülekandmist MSB-st (kõige olulisem bitt) ja võimaldab meil arvutada kaks 4-bitist kahendnumbrit.

(see süttib ainult siis, kui arvutatud väljund ületab binaarselt 1111)

Samm: seadke toiteallikas (lahutaja)

*Mis on lahutaja

Sama toiteallikat saab kasutada SUBTRAKTORI toiteks.

Samm: seadistage DIP -lüliti

Sama nagu Adder.

9. samm: seadistage loogikaväravad (lahutaja)

Kuigi sarnast lähenemisviisi saab järgida, peavad lahutajad kasutama väravat NOT, enne kui see AND -väravale ette antakse. Seega olen sel juhul paigutanud vastavalt XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT ja AND (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 ja 74LS08).

Standardse suurusega leivalaua piirangu tõttu, mille pikkus on 63 auku, on AND ühendatud ülaosaga.

Nagu tegime ADDER -i puhul, ühendage kiipide aktiveerimiseks loogikakiipide tihvt 14 positiivse rööpaga ja tihvt 7 maapinnaga.

10. samm: loogikaväravate ühendamine (lahutaja)

Skeemilise ja sobiva andmelehe alusel ühendage väravad vastavalt. Oluline on märkida, et esimene sisendlaenubitt on null, seega saab seda lihtsalt maandada.

Kuna valmistame 4-bitist SUBTRAKTORIT, suunatakse väljundlaen järjekindlalt teise SUBTRAKTORI sisendlaenule, kuni jõuame viimase ühikuni.

*Pange tähele, et OR -värava tihvti 8 täiendav LED tähistab viimast laenubitti. See süttib ainult siis, kui kahe 4-bitise arvu lahutamine tähistab negatiivset arvu.

Samm: seadistage väljundi LED -id

Esimese SUBTRAKTORI väljundbitt ühendatakse otse väljundi LSB -ga (vähim oluline bitt).

Teise SUBTRAKTORI väljundbitt ühendatakse saadud väljundi paremalt teise biti külge ja nii edasi.

Lõpuks on viimane BORROW -bit ühendatud VÕI värava tihvtiga 8. Mis tähistab laenu minuendi MSB -le. See LED süttib ainult siis, kui Subtrahend on suurem kui Minuend. Kuna me arvutame binaarselt, siis negatiivset märki pole olemas; seega arvutatakse negatiivne arv 2 täiendina selle positiivses vormis. Sel viisil saab lahutada kahe 4-bitise numbri.