מחשבון בינארי: 11 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

סקירה כללית:

מאז ההמצאה הראשונה של שער ההיגיון במאה ה -20, התרחש הפיתוח המתמיד של אלקטרוניקה כזו וכיום הוא אחד הרכיבים האלקטרוניים הפשוטים אך החשובים מיסודם ביישומים רבים ושונים. המחשבון הבינארי יוכל לקחת מספר סיביות כקלט ולחשב את הסיכום והחיסור באמצעות שערי לוגיקה שונים

מַטָרָה:

לספק רעיונות בסיסיים של לוגיקה בוליאנית, שערים ואלקטרוניקה. כדי להכיר את השימוש בשערי לוגיקה ומערכות בינאריות. לחישוב הסיכום והחיסור של שני מספרים של 4 סיביות

קהל יעד:

חובבנים, תיכוניסטים נלהבים, סטודנטים במכללה או באוניברסיטה.

אספקה

רכיבים בשימוש*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2 קלט ושערים PID: 7243

4 x 4070 שערי XOR מרובי 2 כניסות PID: 7221

4 x 74LS32 מרובע 2 כניסות או שער PID: 7250

2 x 74LS04 שערי מהפך משושה PID: 7241

1 x לוח הלחם PID: 10700

22 AWG, חוטי ליבה מוצקים PID: 224900

8 x ¼w 1k נגדים PID: 9190

8 x ¼w 560 Resistor PID: 91447 (אין צורך אם יש מספיק נגדים 1k)

4 x DIP מתג DIP: 367

1 x 5V 1A מתאם מתח Cen+ PID: 1453 (*מתח גבוה יותר או מרכזי - ניתן להשתמש בשניהם)

5 x LED 5 מ מ, צהוב PID: 551 (הצבע אינו רלוונטי)

5 x LED 5 מ מ, PID ירוק: 550 (הצבע אינו רלוונטי)

1 x 2.1 מ מ שקע לשני מסופים PID: 210272 (#210286 יכול להחליף)

4 x 8 פינים IC Socket PID: 2563

אופציונאלי:

מודד דיגיטלי PID: 10924

מברג PID: 102240

פינצטה, זווית טיפ PID: 1096

פלייר, PID: 10457 (מומלץ בחום)

*כל המספרים המפורטים למעלה תואמים את מזהה המוצר של לי רכיבים אלקטרוניים

שלב 1: הגדר את ספק הכוח (Adder)

*מהו אפידר ???

מכיוון שאנו הולכים להפעיל את כל המעגל באמצעות ספק כוח של חבית, נצטרך להפריד בין החיובי לבין הקרקע. שים לב שאנו עובדים עם ספק הכוח החיובי המרכזי (+ בפנים & - בחוץ), לכן + חייב לצאת כחיובי (במקרה זה אדום) ו - חייב להיות טחון (שחור).

חבר את מסילת הכוח הראשית לכל אחת מהמסילות האנכיות. כך שניתן להפעיל את שבבי ה- IC בקלות ללא חוטים לכל מקום.

שלב 2: הגדר את מתג ה- DIP (Adder)

שני מתגי טבילה בעלי 4 מצבים ממוקמים על גבי שקע ה- 8 פינים כדי להבטיח אחיזה מוצקה של הלוח ואז הוא מונח מתחת למסילת הכוח. בצד השני של המתג, אנו הולכים להציב נגדי ערך שרירותיים* (השתמשתי ב- 1k ושניים 560 בסדרה)

שלב 3: למה נועדו נגדים אלה ???

הם נקראים נגדים "Pull-Up" או "Pull-Down" בהתאם להתקנה.

אנו משתמשים בנגדים אלה בגלל משהו שנקרא "אפקט צף".

כמו התמונה בצד ימין למעלה, כאשר המתג סגור, הזרם זורם ללא בעיה. עם זאת, אם המתג נפתח, אין לנו מושג לדעת אם לכניסה יש מספיק מתח כדי לקבוע את המצב והאפקט הזה נקרא "אפקט צף". קובע ההיגיון מיוצג על ידי שתי רמות מתח עם כול מתח מתחת לפני אחד נחשב היגיון 0, וכול מתח מעל פני אחר נחשב היגיון 1, אך הפין עצמו לא יכול להגיד בין אם היגיון קלט הוא 1 או 0 בגלל סטטיקה או רעשים מסביב.

כדי למנוע את האפקט הצף, אנו משתמשים בנגדי משיכה למעלה או למטה כמו התרשים משמאל.

שלב 4: הגדר את שערי הלוגיקה (Adder)

מקם את שערי XOR, AND, OR, XOR ו- AND בהתאמה (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 ו- 74LS08). חבר את הסיכה 14 של כל שבב למעקה החיובי ואת הסיכה 7 למעקה הקרקע כדי להפעיל את שבבי ההיגיון.

שלב 5: חוט את שערי הלוגיקה (Adder)

בהתבסס על גיליון הנתונים הסכימטי והמתאים, חוט את השערים בהתאם. חשוב לשים לב שסיבת הנשיאה הראשונה הראשונה היא אפס, ולכן ניתן פשוט לקרקע אותה.

מכיוון שאנו מייצרים ADDER של 4 סיביות, נשיאת הפלט תיוזן בעקביות לשאת הקלט של ה- FULL ADDER השני עד שנגיע ליחידה האחרונה.

*שים לב כי הנורית הנוספת על פין 8 בשער ה- OR מייצגת את סיבית CARRY האחרונה. הוא יואר רק כאשר כבר לא ניתן לייצג סיכום של שני מספרים של 4 סיביות באמצעות 4 סיביות

שלב 6: הגדרת נוריות הפלט (Adder)

סיבי הפלט מה- FULL ADDER הראשון יתחברו ישירות כ- LSB (סיביות הכי פחותות) של הפלט המתקבל.

ביט הפלט מה- FULL ADDER השני יתחבר לביט השני מימין לפלט המתקבל וכן הלאה.

*שלא כמו נגדי ¼ וואט הסטנדרטיים שבהם אנו משתמשים כדי למשוך, נוריות ה- LED הן רכיב מקוטב והכיוון של זרימות האלקטרונים משנה (מכיוון שהן דיודות). לכן, חשוב להבטיח כי אנו מחברים את הרגל הארוכה יותר של ה- LED שתחובר לחשמל והקצר יותר לקרקע.

לבסוף, ביט ה- CARRY הסופי מחובר לסיכה 8 של שער ה- OR. המייצג את העברת הנתונים מה- MSB (הסיביות המשמעותית ביותר) והיא תאפשר לנו לחשב שני מספרים בינאריים של 4 סיביות.

(הוא יואר רק אם הפלט המחושב עולה על 1111 בינארית)

שלב 7: הגדר את ספק הכוח (מוריד)

*מהו חוסך

אותו אספקת חשמל יכולה לשמש להפעלה של המפקד.

שלב 8: הגדר את מתג ה- DIP

אותו דבר כמו אדר.

שלב 9: הגדר את שערי הלוגיקה (מחסר)

למרות שניתן לעקוב אחר גישה דומה, מחסרים דורשים להשתמש בשער NOT לפני שהוא ניגש לשער AND. לפיכך, במקרה הזה, אני מעמיד את XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT ו AND בהתאמה (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 ו 74LS08).

בשל המגבלה של לוח הלחם בגודל סטנדרטי באורך של 63 חורים, ה- AND מחובר למעלה.

כפי שעשינו עבור ה- ADDER, חבר את סיכה 14 של שבבי ההיגיון למעקה החיובי ואת הסיכה 7 לקרקע כדי להפעיל את השבבים.

שלב 10: חוט את שערי הלוגיקה (מחסר)

בהתבסס על גיליון הנתונים הסכימטי והמתאים, חוט את השערים בהתאם. חשוב לשים לב שסיבי ההשאלה הראשון של הקלט הוא אפס, ולכן ניתן פשוט לבסס אותו.

מכיוון שאנו מייצרים מחברת 4 סיביות, הלוואת הפלט תיוזן בעקביות לשאילת הקלט של החבלן השני עד שנגיע ליחידה האחרונה.

*שים לב כי הנורית הנוספת על פין 8 בשער ה- OR מייצגת את הסיבית האחרונה בהשאלה. הוא יואר רק כאשר חיסור של שני מספרים של 4 סיביות מייצג את המספר השלילי.

שלב 11: הגדר את נוריות הפלט

סיבי הפלט מה- SUBTRACTOR הראשון יתחברו ישירות כ- LSB (סיביות הכי פחותות) של הפלט המתקבל.

סיבי הפלט מה- SUBTRACTOR השני יתחברו לביט השני מימין לפלט המתקבל וכן הלאה.

לבסוף, סיבית ה- BORROW הסופית מחוברת לסיכה 8 של שער ה- OR. המייצג את הלווה ל- MSB של הדוגמא. נורית זו נדלקת רק אם תת -הנדנד גדול מה- Minend. מכיוון שאנו מחשבים בינארי, הסימן השלילי אינו קיים; לפיכך, המספר השלילי יחושב בתוספת 2 של צורתו החיובית. באופן זה ניתן לבצע חיסור של כל שני מספרים של 4 סיביות.