ماشین حساب دودویی: 11 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

بررسی اجمالی:

از زمان اولین اختراع دروازه منطق در قرن بیستم ، توسعه مداوم چنین قطعات الکترونیکی رخ داده است و اکنون یکی از ساده ترین و در عین حال اساسی ترین قطعات الکترونیکی در بسیاری از کاربردهای مختلف است. ماشین حساب دودویی قادر است چندین بیت را به عنوان ورودی گرفته و جمع و تفریق را با استفاده از دروازه های منطقی مختلف محاسبه کند.

هدف، واقعگرایانه:

ارائه ایده های اساسی منطق بولی ، دروازه ها و الکترونیک. برای آشنایی با استفاده از دروازه های منطقی و سیستم های دودویی. برای جمع و تفریق دو عدد 4 بیتی

مخاطبان هدف:

علاقه مندان ، دانش آموزان دبیرستانی پرشور ، کالج یا دانشگاه.

تدارکات

اجزای مورد استفاده*:

4 x 74LS08 TTL چهار ورودی AND دروازه PID: 7243

4 x 4070 چهار ورودی XOR دو ورودی PID: 7221

4 x 74LS32 چهار دروازه یا دو دروازه PID: 7250

2 x 74LS04 هگز اینورتر گیت PID: 7241

1 x PreadBoard PID: 10700

22 AWG ، سیم های هسته جامد PID: 224900

8 x ¼w 1k مقاومت PID: 9190

PID مقاومت 8 x ¼w 560 PID: 91447 (در صورت وجود مقاومت 1k به اندازه کافی لازم نیست)

4 x PIP سوئیچ DIP: 367

1 x 5V 1A آداپتور برق Cen+ PID: 1453 (*آمپراژ یا مرکز بالاتر - هر دو قابل استفاده هستند)

5 x LED 5 میلی متر ، PID زرد: 551 (رنگ بی ربط است)

5 x LED 5 میلی متر ، PID سبز: 550 (رنگ بی ربط است)

جک 1 x 2.1 میلی متری به دو پایانه PID: 210272 (شماره 210286 می تواند جایگزین شود)

PID سوکت IC 4 * 8 پین: 2563

اختیاری:

PID مولتی متر دیجیتال: 10924

PID پیچ گوشتی: 102240

انبساط ، نکته زاویه PID: 1096

پلیر ، PID: 10457 (به شدت توصیه می شود)

*همه شماره های ذکر شده در بالا با شناسه محصول Lee’s Electronic Components مطابقت دارد

مرحله 1: تنظیم منبع تغذیه (Adder)

*اددر چیست ؟؟؟

از آنجا که ما قصد داریم کل مدار را با استفاده از منبع تغذیه جک بشکه تغذیه کنیم ، باید قسمت مثبت و زمین را جدا کنیم. توجه داشته باشید که ما با منبع تغذیه مثبت مرکز (+ داخل و خارج) کار می کنیم ، بنابراین + باید مثبت (در این مورد RED) و - باید زمین (سیاه) باشد.

ریل اصلی برق را به هر یک از ریل های عمودی وصل کنید. به طوری که تراشه های IC به راحتی می توانند بدون سیم به همه جا تغذیه شوند.

مرحله 2: تنظیم DIP Switch (Adder)

دو سوئیچ 4 حالته در بالای سوکت IC 8 پینی برای اطمینان از چسبندگی محکم برد قرار داده شده و سپس در زیر ریل برق قرار می گیرد. در طرف دیگر سوئیچ ، ما می خواهیم مقاومتهای دلخواه را قرار دهیم* (من از 1k و دو 560 به صورت سری استفاده کردم)

مرحله 3: این مقاومت ها برای چیست؟

بسته به تنظیمات ، مقاومت های "Pull-Up" یا "Pull-Down" نامیده می شوند.

ما از این مقاومت ها به دلیل چیزی به نام "Floating Effect" استفاده می کنیم.

مانند تصویر بالا سمت راست ، هنگامی که سوئیچ بسته است ، جریان بدون مشکل جریان می یابد. با این حال ، اگر سوئیچ باز شود ، ما هیچ ایده ای نداریم که بگوییم ورودی ولتاژ کافی برای تعیین وضعیت دارد یا خیر و این اثر "Floating Effect" نامیده می شود. حالات منطقی با دو سطح ولتاژ نشان داده می شود که هر ولتاژ زیر یک سطح به عنوان منطق 0 در نظر گرفته می شود و هر ولتاژ بالاتر از سطح دیگر به عنوان منطق 1 در نظر گرفته می شود ، اما خود پین نمی تواند بین اینکه آیا منطق ورودی 1 است یا 0 به دلیل استاتیک تشخیص دهد. یا صداهای اطراف

برای جلوگیری از اثر شناور ، از مقاومتهای کششی یا پایین مانند نمودار سمت چپ استفاده می کنیم.

مرحله 4: راه اندازی Logic Gates (Adder)

دروازه های XOR ، AND ، OR ، XOR و AND را به ترتیب (4070 ، 74LS08 ، 74LS32 ، 4070 و 74LS08) قرار دهید. پین 14 هر تراشه را به ریل مثبت و پین 7 را به ریل زمین وصل کنید تا تراشه های منطقی فعال شوند.

مرحله 5: سیم کشی منطق (Adder)

بر اساس داده های شماتیک و مناسب ، دروازه ها را مطابق سیم کشی کنید. توجه به این نکته ضروری است که اولین بیت انتقال ورودی صفر است ، بنابراین می توان آن را به سادگی پایه کرد.

از آنجا که ما یک ADDER 4 بیتی ایجاد می کنیم ، حمل خروجی به طور مداوم به حامل ورودی FULL ADDER دیگر منتقل می شود تا به آخرین واحد برسیم.

*توجه داشته باشید که LED اضافی روی پایه 8 در دروازه OR نشان دهنده آخرین بیت CARRY است. فقط زمانی روشن می شود که مجموع دو عدد 4 بیتی دیگر با 4 بیت نشان داده نشود

مرحله 6: LED های خروجی (Adder) را تنظیم کنید

بیت خروجی از اولین FULL ADDER مستقیماً به عنوان LSB (حداقل بیت مهم) خروجی متصل می شود.

بیت خروجی از FULL ADDER دوم به بیت دوم از سمت راست خروجی وصل می شود و غیره.

*برخلاف مقاومتهای استاندارد وات که برای پایین کشیدن استفاده می کنیم ، LED ها جزء قطبی هستند و جهت جریان الکترون مهم است (زیرا دیود هستند). بنابراین ، مهم است که اطمینان حاصل کنیم که پایه بلندتر LED را به برق وصل می کنیم و کوتاهتر را به زمین وصل می کنیم.

در نهایت ، بیت نهایی CARRY به پین 8 دروازه OR متصل می شود. که نشان دهنده حمل از MSB (مهمترین بیت) است و به ما امکان محاسبه هر دو عدد باینری 4 بیتی را می دهد.

(فقط در صورتی روشن می شود که خروجی محاسبه شده در حالت باینری از 1111 بیشتر شود)

مرحله 7: تنظیم منبع تغذیه (تفریق کننده)

*تفریق کننده چیست

از همان منبع تغذیه می توان برای تغذیه SUBTRACTOR استفاده کرد.

مرحله 8: DIP Switch را تنظیم کنید

همان Adder.

مرحله 9: راه اندازی Logic Gates (Subtractor)

اگرچه رویکرد مشابهی را می توان دنبال کرد ، تفریق کننده ها قبل از اینکه به دروازه AND تغذیه شود ، از یک گیت NOT استفاده می کنند. بنابراین ، در این مورد ، من به ترتیب XOR ، NOT ، AND ، OR ، XOR ، NOT و AND را قرار داده ام (4070 ، 74LS04 ، 74LS08 ، 74LS32 ، 4070 ، 74LS04 و 74LS08).

به دلیل محدودیت تخته نان استاندارد با طول 63 سوراخ ، AND در بالا متصل می شود.

همانطور که برای ADDER انجام دادیم ، پین 14 چیپ های منطقی را به ریل مثبت و پین 7 را به زمین وصل کنید تا تراشه ها فعال شوند.

مرحله 10: سیم منطق های دروازه (تفریق کننده)

بر اساس داده های شماتیک و مناسب ، دروازه ها را مطابق سیم کشی کنید. توجه به این نکته ضروری است که اولین بیت استقراض ورودی صفر است ، بنابراین می توان آن را به سادگی پایه گذاری کرد.

از آنجا که ما در حال ساخت یک SUBTRACTOR 4 بیتی هستیم ، وام خروجی به طور مداوم به وام ورودی SUBTRACTOR دیگر داده می شود تا زمانی که به آخرین واحد برسیم.

*توجه داشته باشید که LED اضافی روی پایه 8 در دروازه OR نشان دهنده آخرین بیت قرض است. فقط زمانی روشن می شود که تفریق دو عدد 4 بیتی نشان دهنده عدد منفی باشد.

مرحله 11: LEDS را برای خروجی تنظیم کنید

بیت خروجی از SUBTRACTOR اول مستقیماً به عنوان LSB (حداقل بیت قابل توجه) خروجی متصل می شود.

بیت خروجی از SUBTRACTOR دوم به بیت دوم از سمت راست خروجی متصل می شود و غیره.

در نهایت ، بیت BORROW نهایی به پین 8 دروازه OR متصل می شود. که نشان دهنده BORROW به MSB دقیقه آخر است. این LED تنها در صورتی روشن می شود که Subtrahend بیشتر از Minuend باشد. از آنجا که ما در حال محاسبه دوتایی هستیم ، علامت منفی وجود ندارد. بنابراین ، عدد منفی در مکمل شکل مثبت آن 2 محاسبه می شود. به این ترتیب ، می توان هر دو عدد 4 بیتی را تفریق کرد.