Calculatrice binaire : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Aperçu:

Depuis la toute première invention de la porte logique au 20ème siècle, le développement constant d'une telle électronique a eu lieu et c'est maintenant l'un des composants électroniques les plus simples mais fondamentalement importants dans de nombreuses applications différentes. La calculatrice binaire pourra prendre plusieurs bits en entrée et calculer la sommation et la soustraction à l'aide de diverses portes logiques

Objectif:

Fournir des idées fondamentales sur la logique booléenne, les portes et l'électronique. Se familiariser avec l'utilisation des portes logiques et des systèmes binaires. Pour calculer la somme et la soustraction de deux nombres de 4 bits

Public cible:

Amateurs, lycéens enthousiastes, étudiants collégiaux ou universitaires.

Fournitures

Composants utilisés*:

4 x 74LS08 TTL Quad 2 entrées ET portes PID:7243

4 x 4070 portes XOR à 2 entrées quadruples PID:7221

4 x 74LS32 Quad 2 entrées OU portes PID:7250

2 x 74LS04 Hex Inverter portes PID: 7241

1 x planche à pain PID: 10700

22 AWG, fils à âme pleine PID: 224900

8 x résistances ¼w 1k PID: 9190

8 x ¼w 560 Résistance PID: 91447 (pas nécessaire s'il y a suffisamment de résistances 1k)

4 commutateurs DIP PID: 367

1 x adaptateur secteur 5V 1A Cen+ PID:1453 (*Ampérage ou centre plus élevé - peuvent être utilisés tous les deux)

5 x LED 5 mm, jaune PID: 551 (la couleur n'a pas d'importance)

5 x LED 5 mm, vert PID: 550 (la couleur n'a pas d'importance)

1 x Jack 2.1mm à deux bornes PID:210272 (#210286 peut remplacer)

4 x socket IC 8 broches PID: 2563

Optionnel:

Multimètre numérique PID: 10924

Tournevis PID: 102240

Pince à épiler, pointe angulaire PID: 1096

Pince, PID: 10457 (fortement recommandée)

*Tous les numéros répertoriés ci-dessus correspondent à l'ID de produit de Lee's Electronic Components

Étape 1: Configurer l'alimentation (Adder)

* Qu'est-ce qu'un Adder ???

Puisque nous allons alimenter l'ensemble du circuit à l'aide d'une alimentation à prise cylindrique, nous devrons séparer le positif et la masse. Notez que nous travaillons avec l'alimentation centrale positive (+ intérieur & - extérieur), donc + doit sortir positif (dans ce cas ROUGE) et - doit être mis à la terre (noir).

Connectez le rail d'alimentation principal à chacun des rails verticaux. Pour que les puces IC puissent facilement être alimentées sans que les fils ne aillent partout.

Étape 2: Configurer le commutateur DIP (Adder)

Deux commutateurs DIP à 4 positions sont placés au-dessus de la prise IC à 8 broches pour assurer une prise ferme de la carte, puis elle est placée sous le rail d'alimentation. De l'autre côté de l'interrupteur, nous allons placer des résistances de valeur arbitraire* (j'ai utilisé 1k et deux 560 en série)

Étape 3: À quoi servent ces résistances ???

Elles sont appelées résistances « Pull-Up » ou « Pull-Down » selon la configuration.

Nous utilisons ces résistances à cause de ce qu'on appelle « l'effet flottant ».

Comme sur la photo en haut à droite, lorsque l'interrupteur est fermé, le courant circule sans problème. Cependant, si l'interrupteur est ouvert, nous n'avons aucune idée pour dire si l'entrée a suffisamment de tensions pour déterminer l'état et cet effet est appelé « effet flottant ». Les états logiques sont représentés par deux niveaux de tension avec toute tension inférieure à un niveau considérée comme un 0 logique et toute tension supérieure à un autre niveau considérée comme logique 1, mais la broche elle-même ne peut pas dire si la logique d'entrée est 1 ou 0 à cause de la statique ou les bruits environnants.

Pour éviter l'effet flottant, nous utilisons des résistances pull-up ou down comme le schéma de gauche.

Étape 4: Configurer les portes logiques (Adder)

Placez les portes XOR, AND, OR, XOR et AND respectivement (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 et 74LS08). Connectez la broche 14 de chaque puce au rail positif et la broche 7 au rail de masse pour activer les puces logiques.

Étape 5: câbler les portes logiques (additionneur)

Sur la base du schéma et de la fiche technique appropriée, câblez les portes en conséquence. Il est important de noter que le tout premier bit de retenue d'entrée est zéro, il peut donc simplement être mis à la terre.

Parce que nous créons un ADDER 4 bits, le report de sortie sera systématiquement envoyé au report d'entrée de l'autre FULL ADDER jusqu'à ce que nous arrivions à la dernière unité.

*Notez que la LED supplémentaire sur la broche 8 de la porte OU représente le dernier bit CARRY. Il ne s'allumera que lorsque la somme de deux nombres de 4 bits ne pourra plus être représentée avec 4 bits

Étape 6: Configurer les LED pour la sortie (Adder)

Le bit de sortie du premier FULL ADDER sera directement connecté en tant que LSB (bit le moins significatif) de la sortie résultante.

Le bit de sortie du deuxième FULL ADDER sera relié au deuxième bit à partir de la droite de la sortie résultante, et ainsi de suite.

*Contrairement aux résistances standard de watt que nous utilisons pour le pull-down, les LED sont des composants polarisés et la direction des flux d'électrons est importante (car ce sont des diodes). Par conséquent, il est important de s'assurer que nous connectons la branche la plus longue de la LED à brancher à l'alimentation et la plus courte à la terre.

Enfin, le dernier bit CARRY est connecté à la broche 8 de la porte OU. Ce qui représente le report du MSB (Most Significative Bit) et il nous permettra de calculer deux nombres binaires de 4 bits quelconques.

(il ne s'allumera que si la sortie calculée dépasse 1111 en binaire)

Étape 7: Configurer l'alimentation (soustracteur)

* Qu'est-ce qu'un soustracteur

La même alimentation peut être utilisée pour alimenter le SUBTRACTOR.

Étape 8: configurer le commutateur DIP

Identique à Adder.

Étape 9: Configurer les portes logiques (soustracteur)

Bien qu'une approche similaire puisse être suivie, les soustracteurs nécessitent l'utilisation d'une porte NON avant d'alimenter la porte ET. Ainsi, dans ce cas, j'ai placé les XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT et AND respectivement (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 et 74LS08).

En raison de la limitation de la planche à pain de taille standard ayant une longueur de 63 trous, l'ET est connecté sur le dessus.

Comme nous l'avons fait pour l'ADDER, connectez la broche 14 des puces logiques au rail positif et la broche 7 à la masse pour activer les puces.

Étape 10: câblez les portes logiques (soustracteur)

Sur la base du schéma et de la fiche technique appropriée, câblez les portes en conséquence. Il est important de noter que le tout premier bit d'emprunt d'entrée est zéro, il peut donc simplement être mis à la terre.

Parce que nous créons un SOUSTRACTEUR à 4 bits, l'emprunt de sortie sera systématiquement alimenté à l'emprunt d'entrée de l'autre SOUSTRACTEUR jusqu'à ce que nous arrivions à la dernière unité.

*Notez que la LED supplémentaire sur la broche 8 de la porte OU représente le dernier bit d'emprunt. Il ne s'allumera que lorsque la soustraction de deux nombres de 4 bits représente le nombre négatif.

Étape 11: Configurer les LED pour la sortie

Le bit de sortie du premier SUBTRACTEUR sera directement connecté en tant que LSB (bit de poids faible) de la sortie résultante.

Le bit de sortie du deuxième SUBTRACTEUR sera relié au deuxième bit à partir de la droite de la sortie résultante, et ainsi de suite.

Enfin, le bit BORROW final est connecté à la broche 8 de la porte OU. Ce qui représente l'EMPRUNT au MSB du minuend. Cette LED n'est allumée que si le Subtrahend est supérieur au Minuend. Puisque nous calculons en binaire, le signe négatif n'existe pas; ainsi, le nombre négatif sera calculé en complément à 2 de sa forme positive. De cette manière, la soustraction de deux nombres quelconques à 4 bits peut être effectuée.