Calculadora binaria: 11 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Visión general:

Desde la primera invención de la puerta lógica en el siglo XX, ha tenido lugar el desarrollo constante de dicha electrónica y ahora es uno de los componentes electrónicos más simples pero fundamentalmente importantes en muchas aplicaciones diferentes. La calculadora binaria podrá tomar varios bits como entrada y calcular la suma y la resta utilizando varias puertas lógicas.

Objetivo:

Proporcionar ideas fundamentales de lógica booleana, puertas y electrónica. Familiarizarse con el uso de puertas lógicas y sistemas binarios. Para calcular la suma y resta de dos números de 4 bits

Público objetivo:

Aficionados, entusiastas estudiantes de secundaria, estudiantes universitarios o universitarios.

Suministros

Componentes utilizados *:

4 x 74LS08 TTL Quad 2 entradas Y puertas PID: 7243

4 x 4070 Puertas XOR cuádruples de 2 entradas PID: 7221

4 puertas OR 74LS32 Quad de 2 entradas PID: 7250

2 puertas de inversor hexagonal 74LS04 PID: 7241

1 x PID de placa de pan: 10700

22 AWG, cables de núcleo sólido PID: 224900

8 resistencias de ¼w 1k PID: 9190

8 x ¼w 560 Resistor PID: 91447 (no es necesario si hay suficientes resistencias de 1k)

4 x conmutadores DIP PID: 367

1 x 5V 1A Adaptador de corriente Cen + PID: 1453 (* Mayor amperaje o centro - se pueden usar ambos)

5 x LED de 5 mm, PID amarillo: 551 (el color es irrelevante)

5 x LED de 5 mm, PID verde: 550 (el color es irrelevante)

1 conector de 2,1 mm a dos terminales PID: 210272 (# 210286 se puede reemplazar)

Zócalo IC de 4 x 8 pines PID: 2563

Opcional:

Multímetro digital PID: 10924

Destornillador PID: 102240

Pinzas, punta en ángulo PID: 1096

Alicates, PID: 10457 (muy recomendado)

* Todos los números enumerados anteriormente corresponden a la identificación de producto de Componentes electrónicos de Lee

Paso 1: configurar la fuente de alimentación (sumador)

* ¿Qué es una víbora ???

Dado que vamos a alimentar todo el circuito con una fuente de alimentación de conector de barril, necesitaremos separar el positivo y la tierra. Tenga en cuenta que estamos trabajando con la fuente de alimentación positiva central (+ interior y - exterior), por lo que + debe salir como positivo (en este caso ROJO) y - debe estar conectado a tierra (Negro).

Conecte el riel de alimentación principal a cada uno de los rieles verticales. Para que los chips IC se puedan alimentar fácilmente sin cables que vayan a todas partes.

Paso 2: Configure el interruptor DIP (sumador)

Se colocan dos interruptores DIP de 4 posiciones en la parte superior del zócalo IC de 8 pines para asegurar el agarre firme de la placa y luego se coloca debajo del riel de alimentación. En el otro lado del interruptor, vamos a colocar resistencias de valor arbitrario * (usé 1k y dos 560 en serie)

Paso 3: ¿Para qué sirven estas resistencias?

Se denominan resistencias "Pull-Up" o "Pull-Down" según la configuración.

Estamos usando estas resistencias debido a algo llamado "Efecto flotante".

Como en la imagen de la parte superior derecha, cuando el interruptor está cerrado, la corriente fluye sin problemas. Sin embargo, si se abre el interruptor, no tenemos idea de saber si la entrada tiene suficientes voltajes para determinar el estado y este efecto se denomina "efecto flotante". Los estados lógicos están representados por dos niveles de voltaje con cualquier voltaje por debajo de un nivel considerado como un 0 lógico, y cualquier voltaje por encima de otro nivel considerado como 1 lógico, pero el pin en sí no puede decir si la lógica de entrada es 1 o 0 debido a la estática. o ruidos circundantes.

Para evitar el efecto flotante, utilizamos resistencias pull-up o down como el diagrama de la izquierda.

Paso 4: configurar las puertas lógicas (sumador)

Coloque las puertas XOR, AND, OR, XOR y AND respectivamente (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 y 74LS08). Conecte el pin 14 de cada chip al riel positivo y el pin 7 al riel de tierra para activar los chips lógicos.

Paso 5: Conecte las puertas lógicas (sumador)

Según la hoja de datos esquemática y apropiada, conecte las puertas en consecuencia. Es importante notar que el primer bit de acarreo de entrada es cero, por lo que simplemente puede conectarse a tierra.

Debido a que estamos haciendo un ADDER de 4 bits, el acarreo de salida se alimentará consistentemente al acarreo de entrada del otro ADDER COMPLETO hasta que lleguemos a la última unidad.

* Tenga en cuenta que el LED adicional en el pin 8 de la puerta OR representa el último bit CARRY. Solo se iluminará cuando la suma de dos números de 4 bits ya no se pueda representar con 4 bits

Paso 6: Configure los LED para la salida (sumador)

El bit de salida del primer ADDER COMPLETO se conectará directamente como LSB (bit menos significativo) de la salida resultante.

El bit de salida del segundo FULL ADDER se conectará al segundo bit desde la derecha de la salida resultante, y así sucesivamente.

* A diferencia de las resistencias estándar de ¼ vatios que usamos para bajar, los LED son componentes polarizados y la dirección de los flujos de electrones es importante (porque son diodos). Por lo tanto, es importante asegurarnos de que conectamos la pata más larga del LED para conectarla a la corriente y la más corta al suelo.

Por último, el bit CARRY final está conectado al pin 8 de la puerta OR. Lo que representa el acarreo del MSB (Bit más significativo) y nos permitirá calcular dos números binarios de 4 bits cualesquiera.

(solo se encenderá si la salida calculada excede 1111 en binario)

Paso 7: Configure la fuente de alimentación (restador)

* ¿Qué es un sustractor?

Se puede utilizar la misma fuente de alimentación para encender el SUBTRACTOR.

Paso 8: Configure el interruptor DIP

Igual que Adder.

Paso 9: Configure las puertas lógicas (restador)

Aunque se puede seguir un enfoque similar, los sustractores requieren que se use una puerta NOT antes de que se alimente a la puerta AND. Así, en este caso, he colocado XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT y AND respectivamente (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 y 74LS08).

Debido a la limitación de la placa de pruebas de tamaño estándar que tiene una longitud de 63 orificios, el Y se conecta en la parte superior.

Como hicimos para el ADDER, conecte el pin 14 de los chips lógicos al carril positivo y el pin 7 al suelo para activar los chips.

Paso 10: Conecte las puertas lógicas (sustractor)

Según la hoja de datos esquemática y apropiada, conecte las puertas en consecuencia. Es importante notar que el primer bit de préstamo de entrada es cero, por lo que simplemente se puede conectar a tierra.

Debido a que estamos haciendo un SUBTRACTOR de 4 bits, el préstamo de salida se alimentará constantemente al préstamo de entrada del otro SUBTRACTOR hasta que lleguemos a la última unidad.

* Tenga en cuenta que el LED adicional en el pin 8 de la puerta OR representa el último bit prestado. Solo se iluminará cuando la resta de dos números de 4 bits represente el número negativo.

Paso 11: Configure los LED para la salida

El bit de salida del primer SUBTRACTOR se conectará directamente como LSB (bit menos significativo) de la salida resultante.

El bit de salida del segundo SUBTRACTOR se conectará al segundo bit desde la derecha de la salida resultante, y así sucesivamente.

Por último, el bit BORROW final se conecta al pin 8 de la puerta OR. Que representa el PRESTADO al MSB del minuendo. Este LED solo se enciende si el sustraendo es mayor que el minuendo. Como estamos calculando en binario, el signo negativo no existe; por lo tanto, el número negativo se calculará en complemento a 2 de su forma positiva. De esta forma, se puede realizar la resta de dos números de 4 bits cualesquiera.