ARDWARE #11 Realizzare un SOMMATORE a 8 BIT

Obiettivo: Realizzare un SOMMATORE a 8 BIT utilizzando l’integrato 74H283. Un progetto realizzato dall’alunno della classe 1CSA del liceo Enrico Medi di Senigallia: Carlo Tozza.

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 8+8+9 led (utilizzati per visualizzare il valore dei due addenti e della somma risultante)
  • 16 interruttori a scorrimento (slideswitch utilizzati per gestire gli input)
  • 8+8+9 resistenze (100 Ohm) per non fare bruciare i LED
  • 2 circuito integrato 74HC283 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è realizzare un “SOMMATORE a 8 BIT” utilizzando il circuito integrato 74HC283. Nello specifico, Arduino è utilizzato come semplice generatore di tensione.

E” importante considerare che un “SOMMATORE a 8 BIT” può essere ottenuto come semplice composizione di SOMMATORI a 4 BIT.

Nello specifico, è importante considerare che un sommatore a 8 bit permette di effettuare somme con addendi che possono assumere un valore massimo decimale pari a 255.

Un esempio di somma a 8 bit è riportata in seguito.

8 7 6 5 4 3 2 1 0
Carry 1 1
A 1 0 0 0 0 0 1 1
B 0 1 1 0 1 0 0 1
Sum 1 1 1 0 1 1 0 0

In conclusione la somma di A: 10000011 e B:01101001 produce il seguente valore: 11101100.

Nell’esempio trattato in questo articolo, sono stati utilizzati 16 interruttori a scorrimento per gestire gli input del SOMMATORE a 8bit. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

TINKERCAD:



E’ facilmente verificabile il comportamento del SOMMATORE a 8 bit modificando la posizione dei 16 differenti interruttori.

Codice:

Non serve codice.




ARDWARE #10 Realizzare un SOMMATORE a 4 BIT

Obiettivo: Realizzare un SOMMATORE a 4 BIT utilizzando l’integrato 74H283.

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 4+4+5 led (utilizzati per visualizzare il valore dei due addenti e della somma risultante)
  • 8 interruttori a scorrimento (slideswitch utilizzati per gestire i tre input)
  • 4+4+5 resistenze (100 Ohm) per non fare bruciare i LED
  • 1 circuito integrato 74HC283 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è realizzare un “SOMMATORE a 4 BIT” utilizzando il circuito integrato 74HC283. Nello specifico, Arduino è utilizzato come semplice generatore di tensione.

Un SOMMATORE a 4 bit è un dispositivo elettronico utilizzato per eseguire somme binarie. Tale dispositivo è realizzato mediante dispositivi FULL ADDER. Pertanto, al fine di comprendere il funzionamento di un “SOMMATORE BINARIO” si rimanda ad alcune delle lezioni precedentemente illustrate e utili a descrivere il comportamento dei circuiti logico-combinatori: HALF ADDER e FULL ADDER.

SOMMATORE BINARIO COME CASCATA DI FULL ADDER

Nelle precedenti lezioni, si è dimostrato come la somma di addendi con dimensione 1 bit possa essere eseguita mediante un FULL ADDER (un circuito elettronico che gestisce sia gli addendi A e B, sia un ipotetico riporto Cin).
Al fine di comprendere meglio il funzionamento di un sommatore binario a 4 bit si prenda in considerazione la seguente somma binaria riguardante due ipotetici addenti A e B caratterizzati dai seguenti valori:

A = 0011

B = 1001

Nello specifico è importante considerare che l’algoritmo utilizzato per eseguire la somma binaria è lo stesso tipicamente impiegato per eseguire somme decimali. Pertanto, dal bit meno significativo (il bit 0) verrà eseguita la somma parziale 1+1 la quale produce il seguente risultato: 10 (riporto: 1 e somma: 0).

4 3 2 1 0
Carry 1
A 0 0 1 1
B 1 0 0 1
Sum 0

A seguire, prendendo in considerazione il bit 1, verrà eseguita la somma parziale 1+1+0 la quale produce il seguente risultato: 10 (riporto: 1 e somma: 0).

4 3 2 1 0
Carry 1 1
A 0 0 1 1
B 1 0 0 1
Sum 0 0

Analogamente, prendendo in considerazione il bit 2, verrà eseguita la somma parziale 1+0+0 la quale produce il seguente risultato: 01 (riporto: 0 e somma: 1).

4 3 2 1 0
Carry 0 1 1
A 0 0 1 1
B 1 0 0 1
Sum 1 0 0

Infine, prendendo in considerazione il bit 3 (il bit più significativo), verrà eseguita la somma parziale 0+0+1 la quale produce il seguente risultato: 01 (riporto: 0 e somma: 1).

4 3 2 1 0
Carry 0 1 1
A 0 0 1 1
B 1 0 0 1
Sum 1 1 0 0

In conclusione la somma di A: 0011 e B:1001 produce il seguente valore: 1100.
Tuttavia, a prescindere dal risultato della somma, quello che si può facilmente notare è la gestione del carry (il riporto). Nello specifico esistono due tipologie di carry: il carry in uscita (ovvero il risultato dell’operazione) ed il carry in ingresso (uno degli addendi dell’operazione). Al termine di ogni singola sotto-operazione il carry in uscita diventa carry in ingresso per l’operazione successiva. Pertanto da un punto di vista elettronico un sommatore a 4 bit può essere facilmente realizzato come cascata di 4 FULL ADDER dove il carry in uscita di ogni singolo FULL ADDER è collegato direttamente al carry in ingresso del dispositivo successivo.

Viene riportato in seguito lo schema a blocchi di un SOMMATORE a 4 bit.

Sommatore a 4 bit

Nell’esempio trattato in questo articolo, sono stati utilizzati 8 interruttori a scorrimento per gestire gli input del SOMMATORE a 4bit. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

TINKERCAD:



E’ facilmente verificabile il comportamento del SOMMATORE a 4 bit modificando la posizione degli 8 differenti interruttori.

Codice:

Non serve codice.




ARDWARE #9 Realizzare un FULL ADDER come combinazione di HALF ADDER

Obiettivo: Realizzare un FULL ADDER come combinazione di HALF ADDER

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 2 led (un led rosso per la somma ed un led verde per il riporto)
  • 3 interruttori a scorrimento (slideswitch utilizzati per gestire i tre input)
  • 2 resistenze (100 Ohm) per non fare bruciare i LED
  • 1 circuito integrato 74HC08 (TTL serie)
  • 1 circuito integrato 74HC32 (TTL serie)
  • 1 circuito integrato 74HC86 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è realizzare un “FULL ADDER” utilizzando porte logiche AND (74HC08), XOR (74HC86) e OR (74HC32). Nello specifico, Arduino è utilizzato come semplice generatore di tensione.

Un FULL ADDER è un sommatore binario realizzato attraverso la logica booleana. Nel caso specifico, questo sommatore rappresenta un evoluzione del semplice HALF ADDER presentando tre ingressi: A, B, Cin e due uscite: S (la somma di A + B + Cin) e Cout (il riporto della somma di A + B + Cin). A differenza di un HALF ADDER, il quale presenta due soli input (A e B), il FULL ADDER permette di eseguire operazioni reali che tengono in considerazione anche il riporto ottenuto da una precedente somma. Un FULL ADDER può essere ottenuto come combinazione di due HALF ADDER e di una porta logica OR. Pertanto, le principali operazioni logiche che implementano questo dispositivo sono 3: AND (prodotto logico), OR (somma logica) e XOR. Viene in seguito illustrato nel dettaglio il funzionamento di un FULL ADDER.

HALF ADDER – TABELLA DI VERITA’

La tabella di verità di un FULL ADDER può essere facilmente ottenuta sommando i tre ingressi A, B e Cin. La presenza dell’ingresso Cin è l’elemento fondamentale che contraddistingue un FULL ADDER da un HALF ADDER:

A B Cin Cout S
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 1 0 0 1
0 1 1 1 0
1 0 0 0 1
1 0 1 1 0
1 1 0 1 0
1 1 1 1 1

HALF ADDER – SIMBOLO CIRCUITALE

Da un punto di vista grafico il dispositivo FULL ADDER è rappresentato mediante il seguente simbolo:

F-ullv Adder – Simbolo circuitale

FULL ADDER COMME COMBINAZIONE DI HALF ADDER

Osservando la tabella di verità si può comprendere come sia possibile utilizzare due HALF ADDER per ottenere un FULL ADDER.

Nello specifico

Schema circuitale di un FULL ADDER
Schema Circuitale di un FULL ADDER a porte logiche

Nell’esempio trattato in questo articolo, sono stati utilizzati tre interruttori a scorrimento per gestire gli input del dispositivo FULL ADDER. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

Circuito Elettrico di un FULL ADDER

TINKERCAD:



E’ facilmente verificabile il comportamento del dispositivo FULL ADDER modificando la posizione dei tre differenti interruttori.

Codice:

Non serve codice.




ARDWARE #8 Realizzare un HALF ADDER a Porte Logiche AND e XOR

Obiettivo: Realizzare un Half Adder utilizzando le porte logiche AND e XOR.

Pre-Requisiti:


ARDWARE #6 Porta Logica XOR 74HC86


Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 2 led (un led rosso per la somma ed un led verde per il riporto)
  • 2 interruttori a scorrimento (slideswitch utilizzati per gestire i due input)
  • 2 resistenze (100 Ohm) per non fare bruciare i LED
  • 1 circuito integrato 74HC86 (TTL serie)
  • 1 circuito integrato 74HC86 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è realizzare un “Half Adder” utilizzando porte logiche AND (74HC08) e porte logiche XOR (74HC86). Nello specifico, Arduino è utilizzato come semplice generatore di tensione.

Un Half Adder è un sommatore binario realizzato attraverso la logica booleana. Nel caso specifico, questo sommatore presenta due ingressi: A e B e due uscite: S (la somma di A e B) e C (il riporto della somma di A e B). Le principali operazioni logiche che implementano questo dispositivo sono 2: AND (prodotto logico) e XOR. Viene in seguito illustrato nel dettaglio il funzionamento di un Half Adder.

HALF ADDER – TABELLA DI VERITA’

La tabella di verità di un HALF ADDER può essere facilmente ottenuta sommando i due ingressi A e B. Ovviamente, poiché la somma di 1+1 in binario da come risultato 10 è importante considerare che tale dispositivo prevederà la presenza di due uscite: carry (riporto) e sum (somma senza riporto). Partendo da queste importanti considerazioni, è riportata in seguito la tabella di verità di un HALF ADDER a due ingressi:

A B C S
0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0

HALF ADDER – SIMBOLO CIRCUITALE

Da un punto di vista grafico il dispositivo HALF ADDER è rappresentato mediante il seguente simbolo:

Half Adder – Simbolo circuitale

HALF ADDER – SOMMA DI PRODOTTI

Osservando la tabella di verità si può facilmente comprendere come la colonna del carry è facilmente ottenibile mediante una semplice porta logica AND. Differentemente la colonna della somma è ottenuta sfruttando una porta logica XOR.

Nello specifico

Nell’esempio trattato in questo articolo, sono stati utilizzati due interruttori a scorrimento per gestire gli input del dispositivo half adder. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

TINKERCAD:



E’ facilmente verificabile il comportamento del dispositivo HALF ADDER modificando la posizione dei due differenti interruttori.

Codice:

Non serve codice.




ARDWARE #7 Realizzare un HALF ADDER a Porte Logiche AND, OR e NOT

Obiettivo: Realizzare un Half Adder utilizzando le porte logiche AND, OR e NOT.

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 2 led (un led rosso per la somma ed un led verde per il riporto)
  • 2 interruttori a scorrimento (slideswitch utilizzati per gestire i due input)
  • 2 resistenze (100 Ohm) per non fare bruciare i LED
  • 1 circuito integrato 74HC32 (TTL serie)
  • 1 circuito integrato 74HC08 (TTL serie)
  • 1 circuito integrato 74HC04 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è realizzare un “Half Adder” utilizzando porte logiche AND (74HC08), porte logiche OR (74HC32) e porte logiche NOT (74HC04). Nello specifico, Arduino è utilizzato come semplice generatore di tensione.

Un Half Adder è un sommatore binario realizzato attraverso la logica booleana. Nel caso specifico, questo sommatore presenta due ingressi: A e B e due uscite S (la somma di A e B) e C (il riporto della somma di A e B). Le principali operazioni logiche che implementano questo dispositivo sono 3: AND (prodotto logico), OR (somma logica), NOT (complemento). Viene in seguito illustrato nel dettaglio il funzionamento di un Half Adder.

HALF ADDER – TABELLA DI VERITA’

La tabella di verità di un HALF ADDER può essere facilmente ottenuta sommando i due ingressi A e B. Ovviamente, poiché la somma di 1+1 in binario da come risultato 10 è importante considerare che tale dispositivo prevederà la presenza di due uscite: carry (riporto) e sum (somma senza riporto). Partendo da queste importanti considerazioni, è riportata in seguito la tabella di verità di un HALF ADDER a due ingressi:

A B C S
0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0

HALF ADDER – SIMBOLO CIRCUITALE

Da un punto di vista grafico il dispositivo HALF ADDER è rappresentato mediante il seguente simbolo:

Half Adder – Simbolo circuitale

HALF ADDER – SOMMA DI PRODOTTI

Utilizzando la tecnica della Somma di Prodotti (SOP) è possibile sintetizzare un HALF ADDER mediante porte logiche AND, OR e NOT.

Nello specifico la colonna del carry è facilmente ottenibile mediante una semplice porta logica AND. Differentemente la colonna della somma senza riporto è ottenuta sfruttando porte logiche NOT, AND e OR.

Half Adder – Schema circuitale

Nell’esempio trattato in questo articolo, sono stati utilizzati due interruttori a scorrimento per gestire gli input del dispositivo half adder. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

E’ facilmente verificabile il comportamento del dispositivo HALF ADDER modificando la posizione dei due differenti interruttori.

Codice:

Non serve codice.




ARDWARE #6 Porta Logica XOR 74HC86

Obiettivo: Utilizzare la porta logica XOR (74HC86)

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 1 led
  • 2 interruttori a scorrimento (slideswitch)
  • 1 resistenza (100 Ohm) per non fare bruciare il LED
  • 1 circuito integrato 74HC86 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è imparare ad utilizzare una porta logica XOR (74HC86) utilizzando degli interruttori e Arduino come semplice generatore di tensione.

La logica booleana rappresenta quel ramo dell’algebra in cui le variabili possono assumere solamente due valori: vero e falso (valori che nelle discipline elettroniche diventano 1 e 0). Le principali operazioni logiche sono 3: AND (prodotto logico), OR (somma logica), NOT (complemento). Tuttavia esistono anche altre porte logiche minori che trovano applicazione in alcuni campi dell’elettronica. Queste porte sono NAND, NOR, XOR. In seguito viene illustrato nel dettaglio il funzionamento di una porta logica XOR.

XOR – TABELLA DI VERITA’

L’operazione XOR restituisce come valore 1 solo se gli input hanno un valore tra loro differente. Tale operazione è anche detta somma senza riporto. In seguito è riportata la tabella di verità dell’operatore XOR nel caso di due entrate:

A B A XOR B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

XOR – SIMBOLO CIRCUITALE

Da un punto di vista grafico la porta XOR è rappresentata mediante il seguente simbolo:

XOR Simbolo circuitale

OR – CIRCUITO INTEGRATO (74HC32)

Da un punto di vista elettronico le operazioni logiche sono implementate grazie all’utilizzo di un circuito integrato. A seguire viene riportata una porzione del datasheet dell’integrato 74HC86 utilizzato per realizzare l’operazione logica XOR.

Questo circuito integrato permette di utilizzare 4 differenti porte logiche. Per funzionare deve essere alimentato a 5 volt. Nel dettaglio, il pin 14 deve essere collegato a VCC mentre il pin 7 al ground (GND). I pin 1-2, 4-5, 10-9, e 12-13 rappresentano gli input delle porte logiche, mentre i pin 3, 6, 8, 11 gli output.

Nell’esempio trattato in questo articolo, è stato utilizzato un interruttori a scorrimento per gestire l’input della porta logica. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

E’ facilmente verificabile il comportamento della porta logica XOR modificando la posizione dei due differenti interruttori.

Tinkercad:



Codice:

Non serve codice.

Osservazioni:

  1. Prova a realizzare reti combinatorie con più porte logiche XOR



ARDWARE #5 Porta Logica OR 74HC32

Obiettivo: Utilizzare la porta logica OR (74HC32)

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 1 led
  • 2 interruttori a scorrimento (slideswitch)
  • 1 resistenza (100 Ohm) per non fare bruciare il LED
  • 1 circuito integrato 74HC32 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è imparare ad utilizzare una porta logica OR (74HC32) utilizzando degli interruttori e Arduino come semplice generatore di tensione.

La logica booleana rappresenta quel ramo dell’algebra in cui le variabili possono assumere solamente due valori: vero e falso (valori che nelle discipline elettroniche diventano 1 e 0). Le principali operazioni logiche sono 3: AND (prodotto logico), OR (somma logica), NOT (complemento). In seguito viene illustrato nel dettaglio il funzionamento di una porta logica AND.

OR – TABELLA DI VERITA’

L’operazione OR restituisce come valore 1 se almeno uno degli ingressi ha valore 1, mentre restituisce 0 solo nel caso in cui entrami gli input siano 0. Tale operazione è anche detta somma logica. In seguito è riportata la tabella di verità dell’operatore OR nel caso di due entrate:

A B A OR B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

OR – SIMBOLO CIRCUITALE

Da un punto di vista grafico la porta OR è rappresentata mediante il seguente simbolo (dove A e B rappresentano gli ingressi e Q l’uscita):

Simbolo circuitale porta logica OR

OR – CIRCUITO INTEGRATO (74HC32)

Da un punto di vista elettronico le operazioni logiche sono implementate grazie all’utilizzo di un circuito integrato. A seguire viene riportata una porzione del datasheet dell’integrato 74HC32 utilizzato per realizzare l’operazione logica OR.

Questo circuito integrato permette di utilizzare 4 differenti porte logiche. Per funzionare deve essere alimentato a 5 volt. Nel dettaglio, il pin 14 deve essere collegato a VCC mentre il pin 7 al ground (GND). I pin 1-2, 4-5, 10-9, e 12-13 rappresentano gli input delle porte logiche, mentre i pin 3, 6, 8, 11 gli output.

Nell’esempio trattato in questo articolo, è stato utilizzato un interruttori a scorrimento per gestire l’input della porta logica. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

E’ facilmente verificabile il comportamento della porta logica OR modificando la posizione dei due differenti interruttori.

Tinkercad:



Codice:

Non serve codice.

Osservazioni:

  1. Prova a realizzare reti combinatorie con più porte logiche OR



ARDWARE #4 Porta Logica AND 74HC08

Obiettivo: Utilizzare la porta logica AND (74HC08)

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 1 led
  • 2 interruttori a scorrimento (slideswitch)
  • 1 resistenza (100 Ohm) per non fare bruciare il LED
  • 1 circuito integrato 74HC08 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è imparare ad utilizzare una porta logica AND (74HC08) utilizzando degli interruttori e Arduino come semplice generatore di tensione.

La logica booleana rappresenta quel ramo dell’algebra in cui le variabili possono assumere solamente due valori: vero e falso (valori che nelle discipline elettroniche diventano 1 e 0). Le principali operazioni logiche sono 3: AND (prodotto logico), OR (somma logica), NOT (complemento). In seguito viene illustrato nel dettaglio il funzionamento di una porta logica AND.

AND – TABELLA DI VERITA’

L’operazione AND restituisce come valore 1 se tutti gli elementi hanno valore 1, mentre restituisce 0 in tutti gli altri casi. Tale operazione è anche detta prodotto logico. In seguito è riportata la tabella di verità dell’operatore AND nel caso di due entrate:

A B A AND B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

AND – SIMBOLO CIRCUITALE

Da un punto di vista grafico la porta AND è rappresentata mediante il seguente simbolo (dove A e B rappresentano gli ingressi e Q l’uscita):

AND – CIRCUITO INTEGRATO (74HC08)

Da un punto di vista elettronico le operazioni logiche sono implementate grazie all’utilizzo di un circuito integrato. A seguire viene riportata una porzione del datasheet dell’integrato 74HC08 utilizzato per realizzare l’operazione logica AND.

Questo circuito integrato permette di utilizzare 4 differenti porte logiche. Per funzionare deve essere alimentato a 5 volt. Nel dettaglio, il pin 14 deve essere collegato a VCC mentre il pin 7 al ground (GND). I pin 1-2, 4-5, 10-9, e 12-13 rappresentano gli input delle porte logiche, mentre i pin 3, 6, 8, 11 gli output.

Nell’esempio trattato in questo articolo, è stato utilizzato un interruttori a scorrimento per gestire l’input della porta logica. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

E’ facilmente verificabile il comportamento della porta logica AND modificando la posizione dei due differenti interruttori.

Codice:

Non serve codice.

Tinkercad:



Osservazioni:

  1. Prova a realizzare reti combinatorie con più porte logiche AND



ARDWARE #3 Porta Logica NOT 74HC04

Obiettivo: Utilizzare la porta logica NOT (74HC04)

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • 1 led
  • 1 interruttori a scorrimento (slideswitch)
  • 1 resistenza (100 Ohm) per non fare bruciare il LED
  • 1 circuito integrato 74HC04 (TTL serie)

TeoriaObiettivo di questa esperienza è imparare ad utilizzare una porta logica NOT (74HC04) utilizzando degli interruttori e Arduino come semplice generatore di tensione.

La logica booleana rappresenta quel ramo dell’algebra in cui le variabili possono assumere solamente due valori: vero e falso (valori che nelle discipline elettroniche diventano 1 e 0). Le principali operazioni logiche sono 3: AND (prodotto logico), OR (somma logica), NOT (complemento). In seguito viene illustrato nel dettaglio il funzionamento di una porta logica NOT.

NOT – TABELLA DI VERITA’

L’operatore NOT restituisce il valore inverso a quello in entrata. In seguito è riportata la tabella di verità dell’operatore NOT

A NOT A
1 0
0 1

NOT – SIMBOLO CIRCUITALE

Da un punto di vista grafico la porta not è rappresentata mediante il seguente simbolo:

Simbolo Circuitale

NOT – CIRCUITO INTEGRATO (74HC04)

Da un punto di vista elettronico le operazioni logiche sono implementate grazie all’utilizzo di un circuito integrato. A seguire viene riportata una porzione del datasheet dell’integrato 74HC04 utilizzato per realizzare l’operazione logica NOT.

Questo circuito integrato permette di utilizzare 6 differenti porte logiche. Per funzionare deve essere alimentato a 5 volt. Nel dettaglio, il pin 14 deve essere collegato a VCC mentre il pin 7 al ground (GND). I pin 1,3,5,9,11,13 rappresentano gli input delle porte logiche, mentre i pin 2,4,6,8,10,12 gli output.

Nell’esempio trattato in questo articolo, è stato utilizzato un interruttori a scorrimento per gestire l’input della porta logica. Se l’interruttore è collegato ai 5 Volt l’input della porta logica è 1, differentemente se l’interruttore è collegato a 0 Volt l’input della porta logica è 0.

Collegamento Circuitale:

Schema elettrico

E’ facilmente verificabile che impostando l’input della porta logica a zero il led collegato all’uscita si accende, viceversa si spegne.

Tinkercad:



Codice:

Non serve codice.

Osservazioni:

  1. Prova a collegare più porte logiche in cascata.



ARDWARE #2 Logica booleana con interruttori

Obiettivo: Conoscere la logica booleana (NOT, AND, OR) utilizzando semplici interruttori

Componenti elettronici:

  • Arduino
  • Alcuni led
  • Alcuni interruttori a scorrimento (slideswitch)
  • Delle resistenze (100 Ohm) per non fare bruciare i LED

TeoriaObiettivo di questa esperienza è ricreare i semplici operatori logici (OR e AND) utilizzando degli interruttori e Arduino come semplice generatore di tensione.

La logica booleana rappresenta quel ramo dell’algebra in cui le variabili possono assumere solamente due valori: vero e falso (valori che nelle discipline elettroniche diventano 1 e 0). Le principali operazioni logiche sono 3: AND (prodotto logico), OR (somma logica), NOT (complemento). Tali operazioni sono descritte da delle specifiche tabelle di verità.

NOT

L’operatore NOT restituisce il valore inverso a quello in entrata. In seguito è riportata la tabella di verità dell’operatore NOT nel caso di due entrate:

A NOT A
1 0
0 1

AND

L’operazione AND restituisce come valore 1 se tutti gli elementi hanno valore 1, mentre restituisce 0 in tutti gli altri casi. Tale operazione è anche detta prodotto logico. In seguito è riportata la tabella di verità dell’operatore AND nel caso di due entrate:

A B A AND B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

OR

L’operazione OR restituisce come valore 1 se almeno uno degli input ha valore 1. Tale operazione è anche detta somma logica. In seguito è riportata la tabella di verità dell’operatore OR nel caso di due entrate:

A B A OR B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Nell’esempio trattato in questo articolo, sono stati utilizzati degli interruttori a scorrimento per realizzare semplici porte logiche AND e OR. Nello specifico, attraverso gli interruttori è possibile collegare/scollegare il LED alla alimentazione. Modificando la posizione dell’interruttore, il circuito si apre/chiude impedendo/permettendo il passaggio della corrente che permette di spegnere/accendere il LED.

Collegamento Circuitale:

Nella precedente rappresentazione sono riportati quattro differenti circuiti.

  • Circuito1: LED sempre acceso con resistenza per limitare il passaggio di corrente (utile ad evitare la rottura della lampada).
  • Circuito2: Utilizzo di un semplice interruttore a scorrimento per interrompere il flusso di corrente e accendere/spegnare il LED.
  • Circuito3: Realizzazione di una porta logica AND mediante la connessione serie di due interruttori. Nella seguente galleria di immagini sono riportate le differenti combinazioni di input per una porta logica AND realizzata con gli interruttori.
  • Circuito4: Realizzazione di una porta logica OR mediante la connessione parallelo di due interruttori. Nella seguente galleria di immagini sono riportate le differenti combinazioni di input per una porta logica OR realizzata con gli interruttori.

Codice:

Non serve codice.

Tinkercad:



Osservazioni:

  1. Prova a realizzare combinazioni di porte logiche utilizzando gli interruttori in serie o parallelo.