Binär räknare: 11 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Översikt:

Sedan den allra första uppfinningen av logikporten på 1900 -talet har den ständiga utvecklingen av sådan elektronik ägt rum och det är nu en av de enklaste men ändå fundamentalt viktiga elektroniska komponenterna i många olika tillämpningar. Den binära kalkylatorn kommer att kunna ta flera bitar som inmatning och beräkna summeringen och subtraktionen med hjälp av olika logiska grindar

Mål:

För att ge grundläggande idéer om boolsk logik, grindar och elektronik. För att bli bekant med att använda logiska grindar och binära system. För att beräkna summering och subtraktion av två 4-bitars tal

Målgrupp:

Hobbyist, entusiastiska gymnasieelever, högskolestudenter eller universitet.

Tillbehör

Komponenter som används*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2-ingång OCH grindar PID: 7243

4 x 4070 Quad 2-ingångs XOR-grindar PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2-ingång ELLER grindar PID: 7250

2 x 74LS04 Hexinverteringsportar PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, Solid Core Wires PID: 224900

8 x ¼w 1k motstånd PID: 9190

8 x ¼w 560 motstånd PID: 91447 (behövs inte om det finns tillräckligt med 1k motstånd)

4 x DIP -switch PID: 367

1 x 5V 1A nätadapter Cen+ PID: 1453 (*Högre effekt eller mitten - kan båda användas)

5 x LED 5 mm, gul PID: 551 (färg är irrelevant)

5 x LED 5 mm, grön PID: 550 (färg är irrelevant)

1 x 2,1 mm jack till två terminaler PID: 210272 (#210286 kan ersätta)

4 x 8-polig IC-uttag PID: 2563

Frivillig:

Digital multimeter PID: 10924

Skruvmejsel PID: 102240

Pincett, vinkelspets PID: 1096

Tång, PID: 10457 (rekommenderas starkt)

*Alla nummer som anges ovan motsvarar Lee's Electronic Components produkt -ID

Steg 1: Konfigurera strömförsörjningen (Adder)

*Vad är en Adder ???

Eftersom vi kommer att driva hela kretsen med hjälp av en fatuttag, måste vi separera det positiva och marken. Observera att vi arbetar med den centrala positiva strömförsörjningen (+ inuti & - utsidan), därför måste + komma ut som positiva (i detta fall RÖDA) och - måste jordas (svart).

Anslut huvudkraftskenan till var och en av de vertikala skenorna. Så att IC -chipsen enkelt kan drivas utan att ledningar går överallt.

Steg 2: Ställ in DIP -omkopplaren (Adder)

Två 4-läges dip-switchar placeras ovanpå det 8-poliga IC-uttaget för att säkerställa ett fast grepp om kortet och det placeras sedan under kraftskenan. På andra sidan av omkopplaren ska vi placera godtyckliga värdemotstånd* (jag använde 1k och två 560 i serie)

Steg 3: Vad är dessa resistorer för ???

De kallas "Pull-Up" eller "Pull-Down" motstånd beroende på inställningen.

Vi använder dessa motstånd på grund av något som kallas "Floating Effect".

Liksom bilden högst upp till höger, när strömbrytaren är stängd, flyter strömmen utan problem. Men om omkopplaren öppnas har vi ingen aning om att ingången har tillräckligt med spänningar för att bestämma tillståndet och denna effekt kallas "flytande effekt". De logiska tillstånden representeras av två spänningsnivåer med vilken spänning som helst under en nivå som betraktas som en logisk 0, och vilken spänning som helst över en annan nivå som betraktas som logik 1, men själva stiftet kan inte avgöra om ingångslogiken är 1 eller 0 på grund av statiken eller omgivande ljud.

För att förhindra den flytande effekten använder vi upp- eller nedmotstånd som diagrammet till vänster.

Steg 4: Konfigurera logikportarna (Adder)

Placera portarna XOR, AND, OR, XOR, AND (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 och 74LS08). Anslut stiftet 14 på varje chip till den positiva skenan och stiftet 7 till markskenan för att aktivera logikflisarna.

Steg 5: Koppla ihop de logiska grindarna (Adder)

Baserat på det schematiska och lämpliga databladet, kabela grindarna därefter. Det är viktigt att notera att den allra första ingångsbiten är noll, så den kan helt enkelt jordas.

Eftersom vi gör en 4-bitars ADDER kommer utmatningen att konsekvent matas till den andra FULL ADDERS ingångssändning tills vi kommer till den sista enheten.

*Observera att den extra lysdioden på stift 8 på OR -grinden representerar den sista CARRY -biten. Det tänds bara när summeringen av två 4-bitars tal inte längre kan representeras med 4-bitar

Steg 6: Ställ in lysdioderna för utgången (Adder)

Utmatningsbiten från den första FULL ADDER kommer att anslutas direkt till LSB (minst signifikant bit) för den resulterande utsignalen.

Utmatningsbiten från den andra FULL ADDER kommer att anslutas till den andra biten från höger om den resulterande utsignalen, och så vidare.

*Till skillnad från de vanliga ¼ wattmotstånden vi använder för att dra ner, är lysdioderna polariserade komponenter och riktningen för elektronflöden spelar roll (eftersom de är dioder). Därför är det viktigt att försäkra oss om att vi ansluter det längre benet på lysdioden som ska anslutas till strömmen och den kortare till marken.

Slutligen är den sista CARRY -biten ansluten till stift 8 på OR -grinden. Vilket representerar överföringen från MSB (mest signifikanta bit) och det gör att vi kan beräkna två två-bitars binära tal.

(den tänds bara om den beräknade utgången överstiger 1111 i binär)

Steg 7: Konfigurera strömförsörjningen (Subtractor)

*Vad är en Subtractor

Samma strömförsörjning kan användas för att driva SUBTRAKTORN.

Steg 8: Ställ in DIP -omkopplaren

Samma som Adder.

Steg 9: Konfigurera de logiska grindarna (Subtractor)

Även om ett liknande tillvägagångssätt kan följas, kräver subtraktorer att en NOT -grind ska användas innan den matas till OCH -grinden. Således har jag i detta fall placerat XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT och AND (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 och 74LS08).

På grund av begränsningen av standardbrödbrädan med en längd på 63 hål är OCH ansluten ovanpå.

Som vi gjorde för ADDER, anslut stiftet 14 på logikflisarna till den positiva skenan och stiftet 7 till marken för att aktivera chipsen.

Steg 10: Koppla ihop de logiska grindarna (Subtractor)

Baserat på det schematiska och lämpliga databladet, kabela grindarna därefter. Det är viktigt att lägga märke till att den allra första ingångslånbiten är noll, så den kan helt enkelt jordas.

Eftersom vi gör en 4-bitars SUBTRAKTOR kommer utlåningen konsekvent att matas till den andra SUBTRAKTORENS ingångslån tills vi kommer till den sista enheten.

*Observera att den extra lysdioden på stift 8 på ELLER -grinden representerar den sista lånebiten. Det lyser bara när subtraktionen av två 4-bitars tal representerar det negativa talet.

Steg 11: Ställ in lysdioderna för utgången

Utmatningsbiten från den första SUBTRAKTOREN kopplas direkt till LSB (minst signifikant bit) för den resulterande utsignalen.

Utmatningsbiten från den andra SUBTRAKTOREN kommer att anslutas till den andra biten från höger om den resulterande utsignalen, och så vidare.

Slutligen är den sista BORROW -biten ansluten till stift 8 på OR -grinden. Vilket representerar LÅNGEN till minuendets MSB. Denna lysdiod tänds bara om Subtrahend är större än Minuend. Eftersom vi beräknar i binär existerar det negativa tecknet inte; sålunda kommer det negativa talet att beräknas i 2: s komplement av dess positiva form. På detta sätt kan subtraktion av två 4-bitars tal göras.