Δυαδικός υπολογιστής: 11 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ:

Από την πρώτη κιόλας εφεύρεση της λογικής πύλης στον 20ό αιώνα, η συνεχής ανάπτυξη τέτοιων ηλεκτρονικών έχει λάβει χώρα και είναι πλέον ένα από τα πιο απλά αλλά βασικά σημαντικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα σε πολλές διαφορετικές εφαρμογές. Ο δυαδικός υπολογιστής θα μπορεί να λάβει πολλαπλά δυαδικά ψηφία ως είσοδο και να υπολογίσει το άθροισμα και την αφαίρεση χρησιμοποιώντας διάφορες λογικές πύλες

Σκοπός:

Για την παροχή θεμελιωδών ιδεών για τη λογική του Μπούλ, τις πύλες και τα ηλεκτρονικά. Για εξοικείωση με τη χρήση λογικών πυλών και δυαδικών συστημάτων. Να υπολογίσετε το άθροισμα και την αφαίρεση δύο αριθμών 4-bit

Στοχευμένο κοινό:

Χομπίστες, Ενθουσιώδεις Γυμναστές, Φοιτητές Κολλεγίου ή Πανεπιστημίου.

Προμήθειες

Εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2 εισόδων AND πύλες PID: 7243

4 x 4070 Quad 2 εισόδων XOR πύλες PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2 εισόδων ή πύλες OR PID: 7250

2 x 74LS04 Εξαγωνικές πύλες μετατροπέα PID: 7241

1 x PID Pread: 10700

22 AWG, Solid Core Wires PID: 224900

8 x ¼w 1k Αντιστάσεις PID: 9190

PID αντιστάσεων 8 x ¼w 560 PID: 91447 (δεν απαιτείται εάν υπάρχουν αρκετές αντιστάσεις 1k)

4 x DIP Switch PID: 367

1 x 5V 1A Προσαρμογέας ρεύματος Cen+ PID: 1453 (*Υψηλότερη ένταση ή κέντρο - μπορούν να χρησιμοποιηθούν και τα δύο)

5 x LED 5mm, Κίτρινο PID: 551 (Το χρώμα είναι άσχετο)

5 x LED 5mm, πράσινο PID: 550 (το χρώμα είναι άσχετο)

1 x 2.1mm Jack to Two Terminals PID: 210272 (#210286 μπορεί να αντικαταστήσει)

PID υποδοχής IC 4 x 8 ακίδων: 2563

Προαιρετικός:

Digitalηφιακό πολύμετρο PID: 10924

PID κατσαβιδιού: 102240

Τσιμπιδάκι, Συμβουλή γωνίας PID: 1096

Plier, PID: 10457 (Συνιστάται ανεπιφύλακτα)

*Όλοι οι αριθμοί που αναφέρονται παραπάνω αντιστοιχούν στο αναγνωριστικό προϊόντος της Lee's Electronic Components

Βήμα 1: Ρύθμιση του τροφοδοτικού (Adder)

*Τι είναι ο Adder;;;

Δεδομένου ότι θα τροφοδοτήσουμε ολόκληρο το κύκλωμα χρησιμοποιώντας τροφοδοτικό με γρύλο βαρελιού, θα χρειαστεί να διαχωρίσουμε το θετικό και το έδαφος. Σημειώστε ότι δουλεύουμε με το κεντρικό θετικό τροφοδοτικό (+ εσωτερικά και - έξω), επομένως το + πρέπει να βγει θετικό (στην περίπτωση αυτή ΚΟΚΚΙΝΟ) και - πρέπει να είναι γειωμένο (Μαύρο).

Συνδέστε την κύρια ράγα ισχύος σε κάθε μία από τις κάθετες ράγες. Για να τροφοδοτούνται εύκολα τα τσιπ IC χωρίς να πηγαίνουν καλώδια παντού.

Βήμα 2: Ρύθμιση του διακόπτη DIP (Adder)

Δύο διακόπτες εμβύθισης 4 θέσεων τοποθετούνται στην κορυφή της υποδοχής IC 8 ακίδων για να εξασφαλίσουν τη σταθερή πρόσφυση της πλακέτας και στη συνέχεια τοποθετείται κάτω από τη ράγα τροφοδοσίας. Στην άλλη πλευρά του διακόπτη, θα τοποθετήσουμε αντιστάσεις αυθαίρετης τιμής* (χρησιμοποίησα 1k και δύο 560 σε σειρά)

Βήμα 3: Σε τι χρησιμεύουν αυτές οι αντιστάσεις;;;

Ονομάζονται αντιστάσεις "Pull-Up" ή "Pull-Down" ανάλογα με τη ρύθμιση.

Χρησιμοποιούμε αυτές τις αντιστάσεις λόγω κάτι που ονομάζεται "Floating Effect".

Όπως στην εικόνα πάνω δεξιά, όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, το ρεύμα ρέει χωρίς πρόβλημα. Ωστόσο, εάν ανοίξει ο διακόπτης, δεν έχουμε ιδέα να πούμε εάν η είσοδος έχει αρκετές τάσεις για να καθορίσει την κατάσταση και αυτό το φαινόμενο ονομάζεται "Floating Effect". Οι λογικές καταστάσεις αντιπροσωπεύονται από δύο επίπεδα τάσης με οποιαδήποτε τάση κάτω από το ένα επίπεδο να θεωρείται λογική 0 και οποιαδήποτε τάση πάνω από ένα άλλο επίπεδο να θεωρείται λογική 1, αλλά ο ίδιος ο πείρος δεν μπορεί να διακρίνει εάν η λογική εισόδου είναι 1 ή 0 λόγω της στατικής ή θόρυβοι γύρω.

Για να αποτρέψουμε το επιπλέον εφέ, χρησιμοποιούμε αντιστάσεις έλξης προς τα κάτω, όπως το διάγραμμα στα αριστερά.

Βήμα 4: Ρύθμιση των Logic Gates (Adder)

Τοποθετήστε τις πύλες XOR, AND, OR, XOR και AND αντίστοιχα (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 και 74LS08). Συνδέστε τον πείρο 14 κάθε τσιπ στη θετική ράγα και τον πείρο 7 στη ράγα γείωσης για να ενεργοποιήσετε τα λογικά τσιπ.

Βήμα 5: Καλωδίωση των Logic Gates (Adder)

Με βάση το σχηματικό και κατάλληλο φύλλο δεδομένων, συνδέστε ανάλογα τις πύλες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το πρώτο bit μεταφοράς εισόδου είναι μηδέν, επομένως μπορεί απλά να γειωθεί.

Επειδή κάνουμε μια ADDER 4-bit, η μεταφορά εξόδου θα τροφοδοτείται με συνέπεια στη μεταφορά εισόδου της άλλης FULL ADDER μέχρι να φτάσουμε στην τελευταία μονάδα.

*Σημειώστε ότι η πρόσθετη λυχνία LED στον πείρο 8 στην πύλη OR αντιπροσωπεύει το τελευταίο bit CARRY. Θα φωτιστεί μόνο όταν το άθροισμα δύο αριθμών 4-bit δεν μπορεί πλέον να αναπαρασταθεί με 4-bit

Βήμα 6: Ρυθμίστε τα LED για την έξοδο (Adder)

Το bit εξόδου από την πρώτη ΠΛΗΡΗ ΠΡΟΣΘΗΚΗ θα συνδεθεί απευθείας ως LSB (Ελάχιστο Σημαντικό Bit) της προκύπτουσας εξόδου.

Το bit εξόδου από το δεύτερο FULL ADDER θα συνδεθεί στο δεύτερο bit από τα δεξιά της προκύπτουσας εξόδου και ούτω καθεξής.

*Σε αντίθεση με τις τυπικές αντιστάσεις ¼ watt που χρησιμοποιούμε για την πτώση, τα LED είναι πολωμένα συστατικά και η κατεύθυνση των ροών ηλεκτρονίων έχει σημασία (επειδή είναι δίοδοι). Επομένως, είναι σημαντικό να διασφαλίσουμε ότι συνδέουμε το μακρύτερο πόδι της λυχνίας LED που συνδέεται με την ισχύ και το μικρότερο στη γείωση.

Τέλος, το τελικό bit CARRY συνδέεται με τον ακροδέκτη 8 της πύλης OR. Το οποίο αντιπροσωπεύει τη μεταφορά από το MSB (το πιο σημαντικό Bit) και θα μας επιτρέψει να υπολογίσουμε τυχόν δύο δυαδικούς αριθμούς 4-bit.

(θα φωτιστεί μόνο εάν η υπολογισμένη έξοδος υπερβαίνει το 1111 σε δυαδικό)

Βήμα 7: Ρύθμιση του τροφοδοτικού (αφαιρέτης)

*Τι είναι ένας αφαιρετής

Το ίδιο τροφοδοτικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία του ΥΠΟΒΟΛΟΥ.

Βήμα 8: Ρύθμιση του διακόπτη DIP

Το ίδιο με τον Adder.

Βήμα 9: Ρύθμιση των Logic Gates (Subtractor)

Παρόλο που μπορεί να ακολουθηθεί μια παρόμοια προσέγγιση, οι αφαιρετές απαιτούν να χρησιμοποιηθεί μια πύλη NOT προτού τροφοδοτηθεί στην πύλη AND. Έτσι, σε αυτή την περίπτωση, έχω τοποθετήσει το XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT και AND αντίστοιχα (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 και 74LS08).

Λόγω του περιορισμού της τυποποιημένης πλάκας ψωμιού με μήκος 63 οπών, το AND συνδέεται από πάνω.

Όπως κάναμε για το ADDER, συνδέστε τον πείρο 14 των λογικών τσιπ στη θετική ράγα και τον πείρο 7 στη γείωση για να ενεργοποιήσετε τα τσιπ.

Βήμα 10: Συνδέστε τις λογικές πύλες (αφαιρετής)

Με βάση το σχηματικό και κατάλληλο φύλλο δεδομένων, συνδέστε ανάλογα τις πύλες. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το πρώτο δυαδικό ψηφίο δανεισμού είναι μηδέν, επομένως μπορεί απλά να γειωθεί.

Επειδή δημιουργούμε έναν 4-bit SUBTRACTOR, το δάνειο εξόδου θα τροφοδοτείται σταθερά στο δάνειο εισόδου του άλλου SUBTRACTOR μέχρι να φτάσουμε στην τελευταία μονάδα.

*Σημειώστε ότι η πρόσθετη λυχνία LED στον πείρο 8 στην πύλη OR αντιπροσωπεύει το τελευταίο bit δανεισμού. Θα φωτιστεί μόνο όταν η αφαίρεση δύο αριθμών 4-bit αντιπροσωπεύει τον αρνητικό αριθμό.

Βήμα 11: Ρυθμίστε τα LEDS για την έξοδο

Το bit εξόδου από τον πρώτο ΥΠΟΓΡΑΦΗΤΗ θα συνδεθεί απευθείας ως LSB (Ελάχιστο Σημαντικό Bit) της προκύπτουσας εξόδου.

Το δυαδικό ψηφίο εξόδου από τον δεύτερο ΥΠΟΓΡΑΦΗΤΗ θα συνδεθεί στο δεύτερο bit από τα δεξιά της προκύπτουσας εξόδου και ούτω καθεξής.

Τέλος, το τελικό bit BORROW συνδέεται με τον ακροδέκτη 8 της πύλης OR. Που αντιπροσωπεύει το ΔΑΝΕΙΟ στο MSB του minuend. Αυτή η λυχνία LED είναι ενεργοποιημένη μόνο εάν το Subtrahend είναι μεγαλύτερο από το Minuend. Δεδομένου ότι υπολογίζουμε δυαδικά, το αρνητικό πρόσημο δεν υπάρχει. Έτσι, ο αρνητικός αριθμός θα υπολογιστεί στο συμπλήρωμα 2 της θετικής του μορφής. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να γίνει η αφαίρεση οποιωνδήποτε δύο αριθμών 4-bit.