حاسبة ثنائية: 11 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

ملخص:

منذ أول اختراع للبوابة المنطقية في القرن العشرين ، حدث التطور المستمر لهذه الإلكترونيات وهي الآن واحدة من أبسط المكونات الإلكترونية ولكنها مهمة بشكل أساسي في العديد من التطبيقات المختلفة. ستكون الحاسبة الثنائية قادرة على أخذ وحدات بت متعددة كمدخلات وحساب الجمع والطرح باستخدام بوابات منطقية مختلفة

موضوعي:

لتوفير الأفكار الأساسية للمنطق المنطقي والبوابات والإلكترونيات. التعرف على استخدام البوابات المنطقية والأنظمة الثنائية. لحساب جمع وطرح رقمين من 4 بت

الجمهور المستهدف:

هاوٍ أو طلاب ثانوية متحمسون أو طلاب جامعيون أو جامعيون.

اللوازم

المكونات المستخدمة *:

4 × 74LS08 TTL Quad 2-input and gates PID: 7243

4 × 4070 بوابات XOR رباعية الدخل 2: PID: 7221

4 × 74LS32 رباعي 2-مدخلات أو بوابات PID: 7250

2 × 74LS04 بوابات عاكس سداسي PID: 7241

1 × BreadBoard PID: 10700

22 AWG، Solid Core Wires PID: 224900

8 × ¼w 1 كيلو مقاومات PID: 9190

8 × ¼w 560 المقاوم PID: 91447 (لا حاجة إذا كان هناك مقاومات كافية 1k)

4 × DIP Switch PID: 367

محول طاقة 1 × 5 فولت 1 أمبير Cen + PID: 1453 (* ارتفاع التيار أو المركز - يمكن استخدام كليهما)

5 × LED 5 مم ، أصفر PID: 551 (اللون غير ذي صلة)

5 × LED 5 مم ، أخضر PID: 550 (اللون غير ذي صلة)

1 × 2.1 مم جاك إلى طرفي PID: 210272 (يمكن استبدال # 210286)

4 × 8 دبوس IC Socket PID: 2563

اختياري:

جهاز رقمي متعدد PID: 10924

مفك براغي PID: 102240

ملقط ، زاوية طرف PID: 1096

زرادية ، PID: 10457 (موصى به بشدة)

* جميع الأرقام المذكورة أعلاه تتوافق مع معرف منتج Lee’s Electronic Components

الخطوة 1: إعداد مصدر الطاقة (Adder)

* ما هو الأفع ؟؟؟

نظرًا لأننا سنقوم بتشغيل الدائرة بأكملها باستخدام مصدر طاقة مقبس برميل ، فسنحتاج إلى فصل الموجب والأرضي. لاحظ أننا نعمل مع مصدر طاقة موجب مركزي (+ داخلي و - خارجي) ، لذلك يجب أن يكون + موجبًا (في هذه الحالة أحمر) و - يجب أن يكون أرضيًا (أسود).

قم بتوصيل سكة الطاقة الرئيسية بكل واحدة من القضبان الرأسية. بحيث يمكن تشغيل شرائح IC بسهولة دون انتقال الأسلاك في كل مكان.

الخطوة الثانية: إعداد مفتاح DIP (Adder)

يتم وضع مفتاحي غمس من 4 مواضع أعلى مقبس IC ذي 8 سنون لضمان قبضة ثابتة على اللوحة ثم يتم وضعها أسفل سكة الطاقة. على الجانب الآخر من المفتاح ، سنضع مقاومات قيمة عشوائية * (استخدمت 1 كيلو واثنين 560 في السلسلة)

الخطوة 3: ما هي هذه المقاومات ؟؟؟

يطلق عليهم مقاومات "Pull-Up" أو "Pull-Down" حسب الإعداد.

نحن نستخدم هذه المقاومات بسبب شيء يسمى "التأثير العائم".

مثل الصورة الموجودة في أعلى اليمين ، عندما يكون المفتاح مغلقًا ، يتدفق التيار دون أي مشكلة. ومع ذلك ، إذا تم فتح المفتاح ، فليس لدينا أي فكرة لمعرفة ما إذا كان الإدخال يحتوي على جهد كافي لتحديد الحالة ويسمى هذا التأثير "التأثير العائم". يتم تمثيل الحالات المنطقية بمستويين من الجهد مع أي جهد أقل من مستوى واحد يعتبر منطقًا 0 ، وأي جهد أعلى من مستوى آخر يعتبر منطقيًا 1 ، لكن الدبوس نفسه لا يمكنه التمييز بين ما إذا كان منطق الإدخال هو 1 أو 0 بسبب الاستاتيكيات أو الضوضاء المحيطة.

لمنع تأثير الطفو ، نستخدم مقاومات سحب لأعلى أو لأسفل مثل الرسم التخطيطي الموجود على اليسار.

الخطوة 4: إعداد البوابات المنطقية (Adder)

ضع بوابات XOR و AND و OR و XOR و AND على التوالي (4070 و 74LS08 و 74LS32 و 4070 و 74LS08). قم بتوصيل السن 14 لكل شريحة بالسكة الموجبة والدبوس 7 بالسكة الأرضية لتنشيط الرقائق المنطقية.

الخطوة 5: ربط البوابات المنطقية (الأفعى)

بناءً على ورقة البيانات التخطيطية والمناسبة ، قم بتوصيل البوابات وفقًا لذلك. من المهم ملاحظة أن أول بتة حمل للإدخال هي صفر ، وبالتالي يمكن ببساطة تأريضها.

نظرًا لأننا نجعل ADDER 4 بت ، فسيتم تغذية حمل الإخراج باستمرار إلى حامل الإدخال الخاص بـ FULL ADDER الآخر حتى نصل إلى الوحدة الأخيرة.

* لاحظ أن مؤشر LED الإضافي على السن 8 في بوابة OR يمثل آخر بتة CARRY. ستضيء فقط عندما يتعذر تمثيل مجموع رقمين مكونين من 4 بتات بـ 4 بتات

الخطوة 6: إعداد مصابيح LED للإخراج (Adder)

سيتم توصيل بت الإخراج من أول FULL ADDER مباشرة مثل LSB (بت أقل أهمية) من الناتج الناتج.

سيتم توصيل بت الإخراج من العامل الثاني FULL ADDER إلى البتة الثانية من يمين الإخراج الناتج ، وهكذا دواليك.

* على عكس المقاومات القياسية واط التي نستخدمها في السحب لأسفل ، فإن مصابيح LED عبارة عن مكون مستقطب ويكون اتجاه تدفق الإلكترون مهمًا (لأنها ثنائيات). لذلك ، من المهم التأكد من أننا نقوم بتوصيل الجزء الأطول من LED ليتم توصيله بالطاقة والأقصر بالأرض.

أخيرًا ، يتم توصيل بت CARRY الأخير بالدبوس 8 من بوابة OR. وهو ما يمثل الحمل من MSB (البت الأكثر أهمية) وسيسمح لنا بحساب أي رقمين ثنائيين 4 بت.

(سيضيء فقط إذا تجاوز الناتج المحسوب 1111 بالثنائي)

الخطوة 7: إعداد مصدر الطاقة (الطرح)

* ما هو الطرح

يمكن استخدام نفس مصدر الطاقة لتشغيل المشتري.

الخطوة 8: قم بإعداد مفتاح DIP

مثل الأدير.

الخطوة 9: قم بإعداد البوابات المنطقية (Subtractor)

على الرغم من أنه يمكن اتباع نهج مماثل ، إلا أن الطرح يحتاجون إلى بوابة NOT لاستخدامها قبل أن تغذي البوابة AND. وبالتالي ، في هذه الحالة ، قمت بوضع XOR و NOT و AND و OR و XOR و NOT و AND على التوالي (4070 و 74LS04 و 74LS08 و 74LS32 و 4070 و 74LS04 و 74LS08).

نظرًا لقيود حجم اللوح القياسي الذي يبلغ طوله 63 ثقبًا ، يتم توصيل AND في الأعلى.

كما فعلنا مع ADDER ، قم بتوصيل دبوس 14 من الرقائق المنطقية بالسكة الموجبة والدبوس 7 بالأرض لتنشيط الرقائق.

الخطوة 10: قم بتوصيل البوابات المنطقية (الطرح)

بناءً على ورقة البيانات التخطيطية والمناسبة ، قم بتوصيل البوابات وفقًا لذلك. من المهم ملاحظة أن أول بتة استعارة المدخلات هي صفر ، وبالتالي يمكن ببساطة تأريضها.

نظرًا لأننا نجعل من الباطن 4 بت ، فسيتم تغذية استعارة المخرجات باستمرار إلى استعارة المدخلات الخاصة بالمتعهد الآخر حتى نصل إلى آخر وحدة.

* لاحظ أن مؤشر LED الإضافي على السن 8 في بوابة OR يمثل آخر بتة استعارة. سيضيء فقط عندما يمثل طرح رقمين من 4 بت الرقم السالب.

الخطوة 11: قم بإعداد LEDS للإخراج

سيتم توصيل بتة الإخراج من أول عامل فرعي مباشرة باعتبارها LSB (بت أقل أهمية) للإخراج الناتج.

سيتم توصيل بتة الإخراج من SUBTRACTOR الثاني بالبتة الثانية من يمين الإخراج الناتج ، وهكذا دواليك.

أخيرًا ، يتم توصيل بتة BORROW النهائية بالدبوس 8 من بوابة OR. وهو ما يمثل الاقتراض إلى MSB من الحد الأدنى. يتم تشغيل هذا المؤشر فقط إذا كان المطروح أكبر من Minuend. نظرًا لأننا نحسب في النظام الثنائي ، فإن العلامة السلبية غير موجودة ؛ وبالتالي ، سيتم حساب الرقم السالب في مكمل 2 من شكله الإيجابي. بهذه الطريقة ، يمكن طرح أي رقمين من 4 بت.