Binær lommeregner: 11 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Oversigt:

Siden den allerførste opfindelse af logikporten i det 20. århundrede har den konstante udvikling af sådan elektronik fundet sted, og det er nu en af de enkleste, men grundlæggende vigtige elektroniske komponenter i mange forskellige applikationer. Den binære lommeregner vil kunne tage flere bits som input og beregne summeringen og subtraktionen ved hjælp af forskellige logiske porte

Objektiv:

At levere grundlæggende ideer om boolsk logik, porte og elektronik. At blive fortrolig med at bruge logiske porte og binære systemer. At beregne summering og subtraktion af to 4-bit tal

Målgruppe:

Hobbyist, entusiastiske gymnasieelever, college- eller universitetsstuderende.

Forbrugsvarer

Brugte komponenter*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2-input OG porte PID: 7243

4 x 4070 Quad 2-input XOR-porte PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2-input ELLER porte PID: 7250

2 x 74LS04 Hex Inverter porte PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, Solid Core Wires PID: 224900

8 x ¼w 1k modstande PID: 9190

8 x ¼w 560 Modstand PID: 91447 (ikke nødvendig, hvis der er nok 1k modstande)

4 x DIP -switch PID: 367

1 x 5V 1A strømadapter Cen+ PID: 1453 (*Højere strømstyrke eller center - kan begge bruges)

5 x LED 5 mm, gul PID: 551 (farve er irrelevant)

5 x LED 5 mm, grøn PID: 550 (farve er irrelevant)

1 x 2,1 mm stik til to terminaler PID: 210272 (#210286 kan erstatte)

4 x 8-polet IC-stik PID: 2563

Valgfri:

Digitalt multimeter PID: 10924

Skruetrækker PID: 102240

Pincet, vinkelspids PID: 1096

Tang, PID: 10457 (stærkt anbefalet)

*Alle ovennævnte numre svarer til Lee's Electronic Components 'produkt -id

Trin 1: Konfigurer strømforsyningen (Adder)

*Hvad er en Adder ???

Da vi kommer til at drive hele kredsløbet ved hjælp af en tønde -jack -strømforsyning, bliver vi nødt til at adskille det positive og det jordede. Bemærk, at vi arbejder med den midterste positive strømforsyning (+ indvendig & - udvendig), derfor skal + komme ud som positiv (i dette tilfælde RØD) og - skal jordes (sort).

Tilslut hovedstrømskinnen til hver af de lodrette skinner. Så IC -chipsene let kan drives, uden at ledninger går overalt.

Trin 2: Opsæt DIP -switch (Adder)

To 4-positions dip switches placeres oven på 8-polet IC-stikket for at sikre et fast greb om brættet, og det placeres derefter under strømskinnen. På den anden side af kontakten vil vi placere vilkårlige værdimodstande* (jeg brugte 1k og to 560 i serie)

Trin 3: Hvad er disse modstande til ???

De kaldes "Pull-Up" eller "Pull-Down" modstande afhængigt af opsætningen.

Vi bruger disse modstande på grund af noget, der kaldes "flydende effekt".

Ligesom billedet øverst til højre, når kontakten er lukket, flyder strømmen uden problemer. Men hvis kontakten åbnes, aner vi ikke, om indgangen har nok spændinger til at bestemme tilstanden, og denne effekt kaldes "flydende effekt". De logiske tilstande repræsenteres af to spændingsniveauer med enhver spænding under et niveau, der betragtes som en logisk 0, og enhver spænding over et andet niveau, der betragtes som logik 1, men selve stiften kan ikke se, om inputlogikken er 1 eller 0 på grund af statikken eller omgivende lyde.

For at forhindre den flydende effekt bruger vi pull-up eller down modstande som diagrammet til venstre.

Trin 4: Konfigurer de logiske porte (Adder)

Placer henholdsvis XOR-, OG-, OR-, XOR- og AND -portene (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 og 74LS08). Forbind stiften 14 på hver chip til den positive skinne og stiften 7 til jordskinnen for at aktivere de logiske chips.

Trin 5: Tilslut de logiske porte (Adder)

Baseret på det skematiske og passende datablad, led portene derefter. Det er vigtigt at bemærke, at den allerførste input -bærebit er nul, så den kan simpelthen jordes.

Fordi vi laver en 4-bit ADDER, vil output carry konsekvent blive ført til input carry af den anden FULL ADDER, indtil vi kommer til den sidste enhed.

*Bemærk, at den ekstra LED på pin 8 på OR -porten repræsenterer den sidste CARRY -bit. Det lyser kun, når summeringen af to 4-bit tal ikke længere kan repræsenteres med 4-bit

Trin 6: Konfigurer lysdioderne til output (Adder)

Outputbitten fra den første FULL ADDER vil direkte blive tilsluttet som LSB (mindst signifikant bit) for den resulterende output.

Outputbitten fra den anden FULL ADDER vil blive tilsluttet den anden bit fra højre for den resulterende output og så videre.

*I modsætning til standard ¼ watt modstande, vi bruger til at trække ned, er lysdioderne polariserede komponenter, og retningen af elektronstrømme har betydning (fordi de er dioder). Derfor er det vigtigt at sikre, at vi forbinder det længere ben på LED'en, der skal tilsluttes strømmen og den kortere til jorden.

Endelig er den sidste CARRY bit forbundet til pin 8 i OR gate. Hvilket repræsenterer overførslen fra MSB (mest signifikante bit), og det vil tillade os at beregne to to-bit binære tal.

(den lyser kun, hvis den beregnede output overstiger 1111 i binært format)

Trin 7: Konfigurer strømforsyningen (subtraktor)

*Hvad er en Subtractor

Den samme strømforsyning kan bruges til at tænde for SUBTRAKTOREN.

Trin 8: Konfigurer DIP -kontakten

Samme som Adder.

Trin 9: Konfigurer de logiske porte (subtraktor)

Selvom en lignende tilgang kan følges, kræver subtraktorer, at en NOT -port skal bruges, før den føder til AND -porten. I dette tilfælde har jeg således placeret henholdsvis XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT og AND (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 og 74LS08).

På grund af begrænsningen af standardbrødbrættet med en længde på 63 huller, er AND forbundet ovenpå.

Som vi gjorde for ADDER, skal stiften 14 af logiske chips tilsluttes den positive skinne og stiften 7 til jorden for at aktivere chipsene.

Trin 10: Tilslut de logiske porte (subtraktor)

Baseret på det skematiske og passende datablad, led portene derefter. Det er vigtigt at bemærke, at den allerførste inputlånebit er nul, så den kan simpelthen jordes.

Fordi vi laver en 4-bit SUBTRAKTOR, vil outputlånet konsekvent blive ført til inputlånet fra den anden SUBTRAKTOR, indtil vi kommer til den sidste enhed.

*Bemærk, at den ekstra LED på pin 8 på OR -porten repræsenterer den sidste lånebit. Det lyser kun, når subtraktionen af to 4-bit tal repræsenterer det negative tal.

Trin 11: Konfigurer LED'erne til output

Outputbitten fra den første SUBTRAKTOR bliver direkte tilsluttet LSB (mindst signifikant bit) for den resulterende output.

Outputbitten fra den anden SUBTRAKTOR vil blive tilsluttet den anden bit fra højre for det resulterende output osv.

Endelig er den sidste BORROW bit forbundet til pin 8 i OR gate. Hvilket repræsenterer LÅNEN til minuendets MSB. Denne LED er kun tændt, hvis Subtrahend er større end Minuend. Da vi regner med binært, eksisterer det negative tegn ikke; det negative tal vil således blive beregnet i 2’ers komplement af dets positive form. På denne måde kan subtraktionen af alle to 4-bit tal udføres.