Máy tính nhị phân: 11 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Tổng quat:

Kể từ khi phát minh ra cổng logic đầu tiên vào thế kỷ 20, sự phát triển không ngừng của các thiết bị điện tử như vậy đã diễn ra và hiện nay nó là một trong những linh kiện điện tử đơn giản nhất nhưng quan trọng về cơ bản trong nhiều ứng dụng khác nhau. Máy tính nhị phân sẽ có thể lấy nhiều bit làm đầu vào và tính tổng và trừ bằng các cổng logic khác nhau

Mục tiêu:

Cung cấp những ý tưởng cơ bản về logic Boolean, cổng và điện tử. Để làm quen với việc sử dụng cổng logic và hệ thống nhị phân. Để tính tổng và trừ hai số 4 bit

Khán giả mục tiêu:

Người theo sở thích, học sinh trung học nhiệt tình, sinh viên Cao đẳng hoặc Đại học.

Quân nhu

Các thành phần được sử dụng *:

4 x 74LS08 TTL Quad 2 cổng vào VÀ cổng PID: 7243

4 x 4070 Bốn cổng XOR 2 đầu vào PID: 7221

4 x 74LS32 Bốn cổng OR 2 đầu vào PID: 7250

2 x 74LS04 Cổng biến tần Hex PID: 7241

1 x BreadBoard PID: 10700

22 AWG, Dây lõi rắn PID: 224900

Điện trở 8 x ¼w 1k PID: 9190

8 x ¼w 560 Điện trở PID: 91447 (không cần thiết nếu có đủ điện trở 1k)

4 x Công tắc DIP PID: 367

1 x 5V 1A Bộ đổi nguồn Cen + PID: 1453 (* Cường độ dòng điện cao hơn hoặc Trung tâm - đều có thể được sử dụng)

5 x LED 5mm, PID vàng: 551 (Màu không liên quan)

5 x LED 5mm, PID xanh: 550 (Màu không liên quan)

Giắc cắm 1 x 2.1mm với hai đầu cuối PID: 210272 (# 210286 có thể thay thế)

Ổ cắm IC 4 x 8 chân PID: 2563

Không bắt buộc:

Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số PID: 10924

Tuốc nơ vít PID: 102240

Nhíp, đầu nhọn PID: 1096

Kìm, PID: 10457 (Đặc biệt khuyên dùng)

* Tất cả các số được liệt kê ở trên tương ứng với ID sản phẩm của Lee’s Electronic Components

Bước 1: Thiết lập nguồn điện (Adder)

* Adder là gì ???

Vì chúng ta sẽ cấp nguồn cho toàn bộ mạch bằng cách sử dụng nguồn điện giắc cắm thùng, chúng ta sẽ cần phải tách dương và nối đất. Lưu ý rằng chúng ta đang làm việc với nguồn điện tích cực trung tâm (+ bên trong & - bên ngoài), do đó + phải xuất hiện là cực dương (trong trường hợp này là ĐỎ) và - phải nối đất (Đen).

Kết nối đường ray điện chính với từng thanh ray dọc. Vì vậy, các chip IC có thể dễ dàng được cấp nguồn mà không cần dây đi khắp nơi.

Bước 2: Thiết lập DIP Switch (Adder)

Hai công tắc nhúng 4 vị trí được đặt trên đỉnh của ổ cắm IC 8 chân để đảm bảo bo mạch được bám chắc và sau đó nó được đặt dưới thanh ray điện. Ở phía bên kia của công tắc, chúng tôi sẽ đặt các điện trở có giá trị tùy ý * (tôi đã sử dụng 1k và hai điện trở 560 mắc nối tiếp)

Bước 3: Những điện trở này để làm gì ???

Chúng được gọi là điện trở “Kéo lên” hoặc “Kéo xuống” tùy thuộc vào thiết lập.

Chúng tôi đang sử dụng những điện trở này vì một thứ gọi là "Hiệu ứng nổi".

Giống như hình trên bên phải, khi đóng công tắc, dòng điện chạy qua không có vấn đề gì. Tuy nhiên, nếu công tắc được mở, chúng tôi không biết đầu vào có đủ điện áp để xác định trạng thái hay không và hiệu ứng này được gọi là “Hiệu ứng nổi”. Các trạng thái logic được biểu thị bằng hai mức điện áp với bất kỳ điện áp nào dưới một mức được coi là mức logic 0 và bất kỳ điện áp nào trên mức khác được coi là mức logic 1, nhưng bản thân chân cắm không thể phân biệt giữa logic đầu vào là 1 hay 0 do tĩnh điện hoặc những tiếng ồn xung quanh.

Để ngăn chặn hiệu ứng nổi, chúng tôi sử dụng điện trở kéo lên hoặc xuống như sơ đồ bên trái.

Bước 4: Thiết lập Cổng logic (Adder)

Đặt các cổng XOR, AND, OR, XOR, AND lần lượt (4070, 74LS08, 74LS32, 4070 và 74LS08). Kết nối chân 14 của mỗi chip với thanh dương và chân 7 với thanh nối đất để kích hoạt các chip logic.

Bước 5: Nối cổng logic (Adder)

Dựa trên sơ đồ và biểu dữ liệu thích hợp, đấu dây các cổng cho phù hợp. Điều quan trọng cần lưu ý là bit mang đầu vào đầu tiên là 0, do đó nó có thể được nối đất một cách đơn giản.

Bởi vì chúng tôi đang tạo một BỘ THÊM 4 bit, giá trị mang đầu ra sẽ liên tục được cấp cho giá trị đầu vào của bộ THÊM ĐẦY ĐỦ khác cho đến khi chúng ta chuyển đến đơn vị cuối cùng.

* Lưu ý rằng đèn LED bổ sung trên chân 8 trên cổng OR đại diện cho bit CARRY cuối cùng. Nó sẽ chỉ sáng lên khi tổng của hai số 4 bit không còn có thể được biểu diễn bằng 4 bit nữa

Bước 6: Thiết lập đèn LED cho đầu ra (Adder)

Bit đầu ra từ BỘ THÊM ĐẦY ĐỦ đầu tiên sẽ được nối trực tiếp như là LSB (Bit quan trọng nhất) của đầu ra kết quả.

Bit đầu ra từ BỘ THÊM ĐẦY ĐỦ thứ hai sẽ được nối với bit thứ hai từ bên phải của đầu ra kết quả, v.v.

* Không giống như các điện trở ¼ watt tiêu chuẩn mà chúng ta sử dụng để kéo xuống, các đèn LED là thành phần phân cực và hướng của dòng electron vật chất (vì chúng là điốt). Do đó, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng chúng tôi kết nối chân dài hơn của đèn LED được nối với nguồn và chân ngắn hơn với mặt đất.

Cuối cùng, bit CARRY cuối cùng được kết nối với chân 8 của cổng OR. Nó thể hiện giá trị mang từ MSB (Bit quan trọng nhất) và nó sẽ cho phép chúng tôi tính hai số nhị phân 4 bit bất kỳ.

(nó sẽ chỉ sáng lên nếu đầu ra được tính toán vượt quá 1111 trong hệ nhị phân)

Bước 7: Thiết lập nguồn điện (Subtractor)

* Dấu trừ là gì

Có thể sử dụng cùng một nguồn điện để cấp nguồn cho SUBTRACTOR.

Bước 8: Thiết lập công tắc DIP

Giống như Adder.

Bước 9: Thiết lập Cổng logic (Dấu trừ)

Mặc dù có thể thực hiện theo một cách tiếp cận tương tự, các bộ trừ yêu cầu phải sử dụng cổng NOT trước khi nó cấp tới cổng AND. Do đó, trong trường hợp này, tôi đã đặt XOR, NOT, AND, OR, XOR, NOT và AND tương ứng (4070, 74LS04, 74LS08, 74LS32, 4070, 74LS04 và 74LS08).

Do giới hạn của breadboard kích thước tiêu chuẩn có chiều dài 63 lỗ, AND được kết nối ở trên cùng.

Như chúng ta đã làm với ADDER, kết nối chân 14 của chip logic với thanh dương và chân 7 với mặt đất để kích hoạt chip.

Bước 10: Nối các Cổng logic (Dấu trừ)

Dựa trên sơ đồ và biểu dữ liệu thích hợp, đấu dây các cổng cho phù hợp. Điều quan trọng cần lưu ý là bit mượn đầu vào đầu tiên là 0, do đó nó có thể được nối đất một cách đơn giản.

Bởi vì chúng tôi đang tạo ra một SUBTRACTOR 4 bit, nên khoản vay đầu ra sẽ liên tục được đưa vào khoản vay đầu vào của SUBTRACTOR khác cho đến khi chúng tôi đi đến đơn vị cuối cùng.

* Lưu ý rằng đèn LED bổ sung trên chân 8 trên cổng OR đại diện cho bit mượn cuối cùng. Nó sẽ chỉ sáng lên khi phép trừ hai số 4 bit biểu thị số âm.

Bước 11: Thiết lập LEDS cho đầu ra

Bit đầu ra từ SUBTRACTOR đầu tiên sẽ trực tiếp được nối với tư cách là LSB (Bit quan trọng nhất) của đầu ra kết quả.

Bit đầu ra từ SUBTRACTOR thứ hai sẽ được nối với bit thứ hai từ bên phải của đầu ra kết quả, v.v.

Cuối cùng, bit BORROW cuối cùng được kết nối với chân 8 của cổng OR. Nó đại diện cho BORROW đến MSB của minuend. Đèn LED này chỉ được bật nếu Subtrahend lớn hơn Minuend. Vì chúng ta đang tính toán trong hệ nhị phân, dấu âm không tồn tại; do đó, số âm sẽ được tính dưới dạng phần bù của 2 ở dạng dương của nó. Bằng cách này, phép trừ hai số 4 bit bất kỳ có thể được thực hiện.