Dvejetainė skaičiuoklė: 11 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Apžvalga:

Nuo pat pirmojo loginių vartų išradimo XX amžiuje tokia elektronika buvo nuolat tobulinama ir dabar ji yra viena iš paprasčiausių, tačiau iš esmės svarbių elektroninių komponentų daugelyje skirtingų programų. Dvejetainis skaičiuotuvas galės naudoti kelis bitus kaip įvestį ir apskaičiuoti sumavimą ir atimtį naudodami įvairius loginius vartus

Tikslas:

Pateikti pagrindines Būlo logikos, vartų ir elektronikos idėjas. Susipažinti su loginių vartų ir dvejetainių sistemų naudojimu. Apskaičiuoti dviejų 4 bitų skaičių sumavimą ir atėmimą

Tikslinė auditorija:

Mėgėjai, entuziastingi gimnazistai, kolegijos ar universiteto studentai.

Prekės

Naudojami komponentai*:

4 x 74LS08 TTL keturių įėjimų IR vartai PID: 7243

4 x 4070 keturių įėjimų XOR vartai PID: 7221

4 x 74LS32 keturių 2 įėjimų OR vartai PID: 7250

2 x 74LS04 šešiakampiai keitiklio vartai PID: 7241

1 x „BreadBoard“PID: 10700

22 AWG, kieto branduolio laidai PID: 224900

8 x ¼w 1k rezistoriai PID: 9190

8 x ¼w 560 rezistorius PID: 91447 (nereikalingas, jei yra pakankamai 1k rezistorių)

4 x DIP jungiklis PID: 367

1 x 5V 1A maitinimo adapteris Cen+ PID: 1453 (*didesnė srovė arba centras - gali būti naudojami abu)

5 x LED 5 mm, geltonas PID: 551 (spalva nesvarbi)

5 x LED 5 mm, žalia PID: 550 (spalva nesvarbi)

1 x 2,1 mm lizdas į du gnybtus PID: 210272 (#210286 gali pakeisti)

4 x 8 kontaktų IC lizdas PID: 2563

Neprivaloma:

Skaitmeninis multimetras PID: 10924

Atsuktuvas PID: 102240

Pincetas, kampinis antgalis PID: 1096

Replės, PID: 10457 (labai rekomenduojama)

*Visi aukščiau išvardyti skaičiai atitinka Lee elektroninių komponentų produkto ID

1 veiksmas: nustatykite maitinimo šaltinį (papildymą)

*Kas yra papildymas ???

Kadangi visą grandinę maitinsime naudodami statinio lizdo maitinimo šaltinį, turėsime atskirti teigiamą ir įžemintą. Atminkite, kad mes dirbame su teigiamu maitinimo šaltiniu centre (+ viduje ir išorėje), todėl + turi būti teigiamas (šiuo atveju RED) ir - turi būti sumaltas (juodas).

Prijunkite pagrindinį maitinimo bėgelį prie kiekvieno vertikalaus bėgio. Kad IC mikroschemas būtų galima lengvai maitinti be laidų visur.

2 veiksmas: nustatykite DIP jungiklį (papildymą)

Dvi 4 padėčių panardinimo jungikliai dedami ant 8 kontaktų IC lizdo, kad būtų užtikrintas tvirtas plokštės sukibimas, o po to padedama po maitinimo bėgeliu. Kitoje jungiklio pusėje įdėsime savavališkus vertės rezistorius* (aš naudoju 1k ir du 560 iš eilės)

3 žingsnis: kam skirti šie rezistoriai ???

Priklausomai nuo sąrankos, jie vadinami „Pull-Up“arba „Pull-Down“rezistoriais.

Mes naudojame šiuos rezistorius dėl to, kas vadinama „plaukiojančiu efektu“.

Kaip ir paveikslėlis viršuje dešinėje, kai jungiklis uždarytas, srovė teka be problemų. Tačiau, jei jungiklis atidarytas, neturime idėjos pasakyti, ar įvestis turi pakankamai įtampos būsenai nustatyti, ir šis efektas vadinamas „plaukiojančiu efektu“. Logines būsenas vaizduoja du įtampos lygiai, kurių bet kuri įtampa yra žemesnė už vieną lygį, laikoma logika 0, o bet kokia įtampa, esanti virš kito lygio, laikoma logika 1, tačiau pats kaištis dėl statikos negali pasakyti, ar įvesties logika yra 1, ar 0 ar aplinkiniai triukšmai.

Kad išvengtume plūduriuojančio efekto, mes naudojame traukimo arba nuleidimo rezistorius, kaip parodyta diagramoje kairėje.

4 veiksmas: nustatykite loginius vartus (papildymą)

Įdėkite atitinkamai vartus XOR, AND, OR, XOR ir AND (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 ir 74LS08). Prijunkite kiekvieno lusto kaištį 14 prie teigiamo bėgelio, o kaištį 7 prie įžeminimo bėgio, kad suaktyvintumėte loginius lustus.

5 veiksmas: prijunkite loginius vartus (papildymą)

Remdamiesi schema ir tinkamu duomenų lapu, atitinkamai prijunkite vartus. Svarbu pastebėti, kad pirmasis įvesties perkėlimo bitas yra lygus nuliui, todėl jį galima tiesiog įžeminti.

Kadangi gaminame 4 bitų ADDER, išvesties perkėlimas bus nuolat tiekiamas į kito FULL ADDER įvesties nešiklį, kol pasieksime paskutinį įrenginį.

*Atkreipkite dėmesį, kad papildomas šviesos diodas 8 kaištyje ARBA vartuose reiškia paskutinį CARRY bitą. Jis užsidegs tik tada, kai dviejų 4 bitų skaičių sumavimo nebebus galima pateikti 4 bitais

6 veiksmas: nustatykite išvesties (sumavimo) šviesos diodus

Pirmojo FULL ADDER išvesties bitas bus tiesiogiai prijungtas kaip gautos išvesties LSB (mažiausiai reikšmingas bitas).

Antrojo FULL ADDER išvesties bitas bus prijungtas prie antrojo bito iš gautos išvesties dešinės pusės ir pan.

*Skirtingai nuo standartinių ¼ vatų rezistorių, kuriuos naudojame nuleidžiant, šviesos diodai yra poliarizuoti komponentai ir elektronų srautų kryptis yra svarbi (nes jie yra diodai). Todėl svarbu užtikrinti, kad ilgesnę šviesos diodo kojelę prijungtume prie maitinimo šaltinio, o trumpesnę - prie žemės.

Galiausiai paskutinis CARRY bitas yra prijungtas prie OR vartų 8 kaiščio. Tai reiškia perkėlimą iš MSB (svarbiausias bitas) ir leis mums apskaičiuoti bet kokius du 4 bitų dvejetainius skaičius.

(jis užsidegs tik tuo atveju, jei apskaičiuota išvestis viršys 1111 dvejetainėje formoje)

7 veiksmas: nustatykite maitinimo šaltinį (atimtuvą)

*Kas yra Subtraktorius

Tas pats maitinimo šaltinis gali būti naudojamas SUBTRAKTORIUI įjungti.

8 veiksmas: nustatykite DIP jungiklį

Tas pats kaip „Adder“.

9 veiksmas: nustatykite loginius vartus (atimti)

Nors galima laikytis panašaus požiūrio, atimantiesiems reikia naudoti NOT vartus, kol jie pateks į AND vartus. Taigi šiuo atveju aš įdėjau atitinkamai XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT ir AND (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 ir 74LS08).

Dėl riboto standartinio dydžio duonos lentos, kurios ilgis yra 63 skylės, AND yra prijungtas viršuje.

Kaip ir ADDER atveju, prijunkite loginių lustų kaištį 14 prie teigiamo bėgelio, o kaištį 7 prie žemės, kad suaktyvintumėte lustus.

10 veiksmas: prijunkite loginius vartus (atimtis)

Remdamiesi schema ir tinkamu duomenų lapu, atitinkamai prijunkite vartus. Svarbu pastebėti, kad pats pirmasis įvesties paskolos bitas yra lygus nuliui, todėl jį galima tiesiog pagrįsti.

Kadangi gaminame 4 bitų SUBTRAKTORIUS, išvestinė paskola bus nuolat tiekiama į kito SUBTRAKTORIO įvesties paskolą, kol pasieksime paskutinį vienetą.

*Atminkite, kad papildomas šviesos diodas 8 kaištyje ARBA vartuose reiškia paskutinį skolinimosi bitą. Jis užsidegs tik tada, kai dviejų 4 bitų skaičių atėmimas parodys neigiamą skaičių.

11 veiksmas: nustatykite išvesties šviesos diodus

Pirmojo SUBTRAKTORIO išvesties bitas bus tiesiogiai prijungtas kaip gautos išvesties LSB (mažiausiai reikšmingas bitas).

Antrojo SUBTRAKTORIO išvesties bitas bus prijungtas prie antrojo bito iš gautos išvesties dešinės pusės ir pan.

Galiausiai paskutinis BORROW bitas yra prijungtas prie OR vartų 8 kaiščio. Kuris reiškia paskolą MENB MSB. Šis šviesos diodas dega tik tuo atveju, jei „Subtrahend“yra didesnis nei „Minuend“. Kadangi mes skaičiuojame dvejetainiu būdu, neigiamas ženklas neegzistuoja; taigi neigiamas skaičius bus skaičiuojamas kaip 2 papildomas teigiamas pavidalas. Tokiu būdu galima atimti bet kokius du 4 bitų skaičius.