Calculadora binária: 11 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Visão geral:

Desde a primeira invenção da porta lógica no século 20, o desenvolvimento constante de tal eletrônica ocorreu e agora é um dos componentes eletrônicos mais simples, mas fundamentalmente importantes em muitas aplicações diferentes. A calculadora binária será capaz de pegar vários bits como entrada e calcular a soma e subtração usando várias portas lógicas

Objetivo:

Para fornecer idéias fundamentais da lógica booleana, portas e eletrônica. Para ganhar familiaridade com o uso de portas lógicas e sistemas binários. Para calcular a soma e subtração de dois números de 4 bits

Público-alvo:

Alunos amadores, entusiastas do ensino médio, estudantes universitários.

Suprimentos

Componentes usados *:

4 x 74LS08 TTL Quad 2 entradas E portas PID: 7243

4 x 4070 Quad 2 portas XOR PID: 7221

4 x 74LS32 Quad 2 entradas OU portas PID: 7250

2 portas do inversor hexadecimal 74LS04 PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, PID de fios de núcleo sólido: 224900

8 x ¼w 1k resistores PID: 9190

8 x ¼w 560 Resistor PID: 91447 (não necessário se houver resistores de 1k suficientes)

4 x DIP Switch PID: 367

Adaptador de alimentação 1 x 5V 1A Cen + PID: 1453 (* Amperagem superior ou centro - ambos podem ser usados)

5 x LED 5 mm, PID amarelo: 551 (a cor é irrelevante)

5 x LED 5 mm, PID verde: 550 (a cor é irrelevante)

1 x tomada de 2,1 mm para dois terminais PID: 210272 (# 210286 pode substituir)

4 x 8 pinos com soquete PID: 2563

Opcional:

Multímetro digital PID: 10924

Chave de fenda PID: 102240

Pinça, ponta angular PID: 1096

Alicate, PID: 10457 (fortemente recomendado)

* Todos os números listados acima correspondem ao ID do produto da Lee’s Electronic Components

Etapa 1: configurar a fonte de alimentação (somador)

* O que é um Adder ???

Como alimentaremos todo o circuito usando uma fonte de alimentação barrel jack, precisaremos separar o positivo e o terra. Observe que estamos trabalhando com a fonte de alimentação positiva central (+ dentro e - fora), portanto + deve sair positivo (neste caso VERMELHO) e - deve ser aterrado (Preto).

Conecte o barramento de alimentação principal a cada um dos trilhos verticais. Para que os chips IC possam ser facilmente alimentados sem fios em todos os lugares.

Etapa 2: Configurar o DIP Switch (Adder)

Duas chaves DIP de 4 posições são colocadas na parte superior do soquete IC de 8 pinos para garantir a aderência firme da placa e ela é então colocada sob o barramento de alimentação. No outro lado da chave, vamos colocar resistores de valor arbitrário * (usei 1k e dois 560 em série)

Etapa 3: Para que servem esses resistores ???

Eles são chamados de resistores “Pull-Up” ou “Pull-Down” dependendo da configuração.

Estamos usando esses resistores por causa de algo chamado “Efeito flutuante”.

Como na foto superior direita, quando a chave está fechada, a corrente flui sem problemas. No entanto, se a chave estiver aberta, não temos ideia de dizer se a entrada está tendo tensões suficientes para determinar o estado e este efeito é chamado de “Efeito flutuante”. Os estados lógicos são representados por dois níveis de tensão com qualquer tensão abaixo de um nível considerada como lógica 0, e qualquer tensão acima de outro nível considerada lógica 1, mas o próprio pino não pode dizer se a lógica de entrada é 1 ou 0 por causa da estática ou ruídos circundantes.

Para evitar o efeito de flutuação, usamos resistores pull-up ou down, como o diagrama à esquerda.

Etapa 4: Configurar as portas lógicas (somador)

Coloque as portas XOR, AND, OR, XOR e AND respectivamente (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 e 74LS08). Conecte o pino 14 de cada chip ao trilho positivo e o pino 7 ao trilho de aterramento para ativar os chips lógicos.

Etapa 5: Conecte as portas lógicas (somador)

Com base na folha de dados esquemática e apropriada, conecte os portões de acordo. É importante notar que o primeiro bit de transporte de entrada é zero, portanto, ele pode simplesmente ser aterrado.

Como estamos criando um ADDER de 4 bits, o carry de saída será consistentemente alimentado para o carry de entrada do outro FULL ADDER até chegarmos à última unidade.

* Observe que o LED adicional no pino 8 na porta OR representa o último bit CARRY. Só ficará aceso quando o somatório de dois números de 4 bits não puder mais ser representado com 4 bits

Etapa 6: configurar os LEDs para a saída (somador)

O bit de saída do primeiro FULL ADDER será conectado diretamente como o LSB (Bit menos significativo) da saída resultante.

O bit de saída do segundo FULL ADDER será conectado ao segundo bit à direita da saída resultante e assim por diante.

* Ao contrário dos resistores padrão de ¼ watt que usamos para puxar para baixo, os LEDs são componentes polarizados e a direção do fluxo de elétrons é importante (porque são diodos). Portanto, é importante garantir que conectamos a perna mais longa do LED a ser ligada à alimentação e a mais curta ao terra.

Por último, o bit CARRY final é conectado ao pino 8 da porta OR. O que representa o transporte do MSB (bit mais significativo) e nos permitirá calcular quaisquer dois números binários de 4 bits.

(só ficará aceso se a saída calculada exceder 1111 em binário)

Etapa 7: configurar a fonte de alimentação (subtrator)

* O que é um subtrator

A mesma fonte de alimentação pode ser usada para energizar o SUBTRATOR.

Etapa 8: Configurar o interruptor DIP

O mesmo que Adder.

Etapa 9: Configurar as portas lógicas (subtrator)

Embora uma abordagem semelhante possa ser seguida, os subtratores exigem que uma porta NOT seja usada antes de alimentar a porta AND. Assim, neste caso, coloquei XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT e AND respectivamente (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 e 74LS08).

Devido à limitação do tamanho padrão da placa de ensaio com um comprimento de 63 orifícios, o AND é conectado na parte superior.

Como fizemos com o ADDER, conecte o pino 14 dos chips lógicos ao trilho positivo e o pino 7 ao aterramento para ativar os chips.

Etapa 10: Conecte as portas lógicas (subtrator)

Com base na folha de dados esquemática e apropriada, conecte os portões de acordo. É importante notar que o primeiro bit de empréstimo de entrada é zero, portanto, ele pode simplesmente ser aterrado.

Como estamos fazendo um SUBTRATOR de 4 bits, o empréstimo de saída será consistentemente alimentado para o empréstimo de entrada do outro SUBTRATOR até chegarmos à última unidade.

* Observe que o LED adicional no pino 8 na porta OR representa o último bit emprestado. Só acenderá quando a subtração de dois números de 4 bits representar o número negativo.

Etapa 11: Configure os LEDS para a saída

O bit de saída do primeiro SUBTRACTOR será conectado diretamente como LSB (Bit menos significativo) da saída resultante.

O bit de saída do segundo SUBTRACTOR será conectado ao segundo bit à direita da saída resultante e assim por diante.

Por último, o bit BORROW final é conectado ao pino 8 da porta OR. O que representa o BORROW para o MSB do minuendo. Este LED só acende se o Subtrahend for maior que o Minuend. Como estamos computando em binário, o sinal negativo não existe; assim, o número negativo será calculado no complemento de 2 de sua forma positiva. Desta forma, a subtração de quaisquer dois números de 4 bits pode ser feita.