Как сложить два числа с помощью транзисторов

Как сложить два числа с помощью транзисторов

В этой статье разберём, как же именно соединены транзисторы, чтобы уметь так хорошо считать. Для этого нужно сначала понять транзисторную логику, после чего станет очевидно, как устроена транзисторная математика.

Нам потребуется вспомнить эту картинку, которая обозначает принцип действия транзистора:

Тут ток течёт слева направо. На транзистор подаётся управляющий ток, который этот транзистор «открывает», и ток течёт. Если управляющий ток выключить, то транзистор «закроется», движение тока остановится.

Семисегментный индикатор | Программирование микроконтроллеров

Семисегментный индикатор ввиду своей красочности часто применяется для отображения информации, например значения температуры, величины напряжения либо тока. В этой статье мы продолжаем изучать программирование микроконтроллеров и уже научимся подключать к микроконтроллеру ATmega8 простейший одноразрядный семисегментный индикатор, и будем отображать на нем цифры.

Давайте начнем все по порядку. Для начала рассмотрим, что собою представляет семисегментный индикатор. Внешне он имеет различные размеры. Главным идентификатором служит высота цифры, которая в справочниках приводится в дюймах. Высота цифры имеет стандартный ряд значений, который приводится в дюймах.

По количеству разрядов различают одно-, двух-, трех-, и четырехразрядные индикаторы. Бывает и более разрядов, но они встречаются довольно редко.

Семисегментный индикатор. Принцип работы семисегментного индикатора

Любой семисегментный индикатор обязательно состоит из семи сегментов. Отсюда и происходит его название. Каждый сегмент – это обычный отдельный светодиод. Мощные семисегментники могут содержать в одном сегменте несколько, как правило, последовательно соединенных светодиодов.

Кроме того в корпусе помимо сегментов находится еще и точка или запятая или другой символ.

С помощью семи сегментов можно изобразить десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и некоторые буквы, как латиницы, так и кириллицы.

Светодиоды всех элементов соединяются одноименными выводпми между собой или анодами, или катодами. Поэтому разделяют семисегментные индикаторы с общим анодом и общим катодом.

Вне зависимости от количества разрядов и размеров цифр каждый сегмент имеет название в виде одной из первых букв английского алфавита: a, b, c, d, e, f, g. Точка обозначается dp.

Для того чтобы засветить один из светодиодов семисегментного индикатора с общим анодом следует на общий вывод (анод) подать «+», а на соответствующий отдельный вывод – «-» источника питания.

Если применяется общий катод, – то наоборот – минус подается на общий, а плюс на отдельный вывод.

Чтобы отобразить на индикаторе цифру или букву следует засветить несколько сегментов. Например, для отображения единицы 1 задействуются сегменты b и c. При отображении восьмерки 8 задействуются все символы от a до g. Пятерка получается из таких символов: a, c, d, f, g.

Как подключить семисегментный индикатор к микроконтроллеру

Теперь рассмотрим, как подключить семисегментный индикатор к микроконтроллеру ATmega8. Подключим его к порту D. Данные порт имеет все восемь бит, что очень удобно сочетается с количеством выводов одноразрядного семисегментного индикатора, у которого их также восемь с учетом вывода для точки.

Схемы подключения с общим анодом ОА и общим катодом ОК аналогичны, только общий вывод подключается соответственно к плюсу или минусу источника питания.

Все светодиоды подключаются к выводам микроконтроллера через отдельные резисторы сопротивлением 220…330 Ом.

Не стоит экономить на резисторах и подключать все элементы через один общий резистор. Поскольку в таком случае с изменением числа задействованных сегментов будет изменяться величина тока, протекающего через них. Поэтому цифра 1 будет светиться ярче, чем 8.

Чтобы знать какой из выводов отвечает тому или иному сегменту нам понадобится распиновка семисегментного индикатора. Отсчет выводов, как и у микросхем, начинается с левого нижнего и продолжается против часовой стрелки. При этом лицевая сторона индикатора должна быть направлена вверх, а выводы вниз.

Теперь создадим модель в Протеусе и соберем схему на макетной плате. Далее по мере написания кода будем проверять работу микроконтроллера на модели и на реальном устройстве.

Семисегментный индикатор в Proteus находится в категории (Category) Optoelectronics (Оптоэлектроника). Ниже в подкатегории (Sub-category) следует кликнуть по строке 7-Segment Displays. После этого в окне результатов (Results) выбираем одноразрядный семисегментный индикатор 7SEG-MPX1-CC.

Код для микроконтроллера ATmega8

Теперь пишем код. Сначала настраиваем порт D полностью на выход. Для отображения единицы 1 задействуются сегменты b и c, выводы которых подключены к PD1 и PD2. Поэтому соответствующие биты регистр PORTD нужно установить в единицу.

PORTD = 0b00000110; //1

После компиляции кода и прошивки кода результаты мы видим в Proteus и на макетной плате.

Аналогичным образом формируются все цифры.

Давайте сделаем программу более интересной, так, чтобы цифры изменялись в порядке нарастания от нуля до девяти с паузой 0,3 секунды.

#define F_CPU 1000000L

PORTD = 0b00111111; //0

PORTD = 0b00000110; //1

PORTD = 0b01011011; //2

PORTD = 0b01001111; //3

PORTD = 0b01100110; //4

PORTD = 0b01101101; //5

PORTD = 0b01111101; //6

PORTD = 0b00000111; //7

PORTD = 0b01111111; //8

PORTD = 0b01101111; //9

Данный код можно значительно упорядочить и этим мы займемся в последующих статьях по программированию микроконтроллера ATmega8. На этом заканчиваем наше первое знакомство с семисегментными индикаторами.

Еще статьи по данной теме

Тут такая засада.
На Atiny2323 все работает нормально, на Atmega8 семисегментный индикатор постоянно мерцает. Правда схема такая же как и на Atiny2323 т.е. без кварца. Не подскажите в чем дело?

Дело в том, что по-умолчанию частота работы встроенного генератора (RC-цепочки) Atiny2323 4 МГц, а ATmega8 – 1 МГц, поэтому на меге заметна частота мерцания.

Дмитрий,
Поизучал даташит, правильно понимаю что для установки 4Мгц нужно установить CKSEL3..0 в 0011?

Дмитрий, и еще вопрос в догонку.
Какие кварцы (частоты, типы, кол-во) стоит прикупить для изучения микроконтроллеров?

Сначало зажги светодиод,потом помигай им,потом подключи кнупку,чтоб программа заработал когда нажал кнопку и т.д.кварц для этого не нужен.От простого к сложному.

Автору большое спасибо. После видео уроков на ютубе появился интерес к МК.
Большая просьба автору. Вы собирались сделать материал по динамической индикации –
семи-сегментного индикатора. Возможно, вы бы, могли бы сделать материал, сегменты индикатора к разным портам. Например к двум портам МК.

Andrei, никто не хочет за это дерьмо с разными портами браться, я сам долго искал, у всех подключение к одному порту (так головняка меньше). То что я смог переварить взято с радиокота https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=57&t=131489. Да, через анус, но работает.
код:
/*
* M48_dinamind_radiokot.c
*
* Created: 28.11.2018 10:37:52
* Author: Left
*/

(1<<DP_PC1); //
#define dp_off PORTC |= (1<<DP_PC1); //
#define dp_blink PORTC ^= (1<<DP_PC1)

DDRD = 0xFF;
PORTD = 0x00;
>
void timer0_OVF_init (void)
<
//TCCR0B |= (1<<CS00); // no prescaling
//TCCR0B |= (1<<CS01); // prescaler 8
TCCR0B |= ((1<<CS01)|(1<<CS00)); // prescaler 64
//TCCR0B |= (1<<CS02); // prescaler 256
//TCCR0B |= ((1<<CS02)|(1<<CS00)); // prescaler 1024
TIMSK0 |= (1<<TOIE0); // enable interrupt OVF
>
void clean_display (void)
<
PORTB |= ((1<<A_PB0)|(1<<B_PB1)|(1<<C_PB2)|(1<<D_PB3)|(1<<E_PB4)|(1<<F_PB5)); // all OFF
PORTC |= ((1<<G_PC0)|(1<<DP_PC1)); // all OFF
dig1_OFF; dig2_OFF; dig3_OFF; dig4_OFF;
>
void segment (N)
<
cli();
switch (N)
<
case 0:

Блокировка кода

Асинхронные техники очень полезны, особенно при веб разработке. Когда ваше приложение запущено в браузере и выполняет свои задачи, не возвращая контроль окружению, браузер может подвисать. Это называется блокировка; браузер заблокирован и не может реагировать на действия пользователя и выполнять служебные.задачи, до тех пор пока веб приложение не освободит ресурсы процессора.

Давайте рассмотрим несколько примеров, которые покажут, что именно значит блокировка.

В нашем simple-sync.html примере (see it running live), добавим кнопке событие на клик, чтобы при нажатии на неё запускалась трудоёмкая операция (расчёт 10000000 дат, и вывод последней рассчитанной даты на консоль) после чего в DOM добавляется ещё один параграф:

Когда запустите этот пример, откройте JavaScript консоль и нажмите на кнопку — вы заметите, что параграф не появится на странице, до тех пор пока все даты не будут рассчитаны и результат последнего вычисления не будет выведен на консоль. Этот код выполняется в том порядке, в котором он написан в файле и самая последняя операция не будет запущена, пока не завершатся все операции перед ней.

Примечание: Предыдущий пример слишком не реальный. Вам никогда не понадобится считать столько дат в реальном приложении! Однако, он помогает вам понять основную идею.

В нашем следующем примере, simple-sync-ui-blocking.html (посмотреть пример), мы сделаем что-нибудь более реалистичное, с чем вы сможете столкнуться на реальной странице. Мы заблокируем действия пользователя отрисовкой страницы. В этом примере у нас две кнопки:

Кнопка «Fill canvas», если на неё кликнуть, рисует в элементе

Если вы быстро нажмёте на первую кнопку и затем быстро кликните на вторую, вы увидите, что предупреждение не появится на странице, пока все круги не будут отрисованы. Первая операция блокирует выполнение следующей до тех пор пока не завершится сама.

Примечание: Хорошо, в приведённом некрасивом примере, мы получили эффект блокировки, который показывает общую проблему при разработке приложений, с которой все время приходится бороться разработчикам.

Почему так происходит? Потому что JavaScript, в общем случае, выполняет команды в одном потоке. Пришло время познакомиться с понятием потока.

Суммирующий асинхронный двоичный счетчик

Любой вид информации можно представить в виде чисел. Кодирование информации с помощью чисел осуществляется по определённым правилам. Для понимания этих правил, разберём логику образования любого числа.

 | Система счисления – это правила записи чисел с помощью знаков – цифр и операций над ними.

Предположительно, первой системой счисления, возникшей для простых подсчётов, является унарная система счисления (лат. unus — единица).

Любое число, в данной системе счисления, образуется путём повторения одинаковых элементов (палочка, камешек, ракушка и т.д.).

Данная система счисления позволяет записывать только натуральные числа и запись «большого» числа получается очень громоздкой.

В дальнейшем, у человечества возникла необходимость производить серьёзные подсчёты. Для этого были придуманы непозиционные системы счисления.

 | Непозиционная система счисления – это система счисления, в которой цифра не изменяет своего значения, от изменения позиции в числе.

Египетская система счисления
Кириллическая система счисления
Римская система счисления
 | Позиционная система счисления – это система счисления, в которой цифра изменяет своё значения, при изменении позиции в числе.

Вспомним, что любое число в десятичной (арабской) системе счисления можно разложить на разряды. Например, в числе 753 цифра 7 обозначает сотни (700), цифра 5 – десятки (50), цифра 3 – единицы. Таким образом, число можно представить, как:

753 = 7 * 100 + 5 * 10 + 3 * 1
 | Алфавит системы счисления – совокупность всех её цифр.

 | Основание системы счисления – указывает на количество цифр в данной системе счисления.

Алфавит десятичной системы счисления состоит из цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Следовательно, основанием данной системы счисления является 10.

Тогда, любое число будем записывать по правилу, с указанием основания данной системы счисления:

Число читается, как «семьсот пятьдесят три по основанию десять» или «семьсот пятьдесят три в десятичной системе счисления».

 | Разряд – это позиция цифры в числе (нумерация в целых числах производится с права налево, начиная с нуля).

Укажем разряд каждой цифры в числе 753:

Развёрнутая форма представления чисел

В результате разбиения числа на разряды, любое такое число можно представить в развёрнутой форме.

Формула развёрнутой формы представления чисел:

q – основание системы счисления;

a – цифра данного числа;

n – число разрядов в числе.

Представим число 75310 в развёрнутой форме.

1) Определим позиции каждой цифры в числе:

Каждую цифру в числе, умножим в соответствии занимаемой позицией:

Для упрощения данной записи, представим данное число, как основание 10 в степени n:

Запишем полученный результат.

Обратите внимание, что степень основания числа совпадает с позицией каждой цифры в числе!

Перевод числа в десятичную систему счисления

С помощью развёрнутой формы представления чисел можно перевести число из любой системы счисления в десятичную.

✒ Определение: каждую цифру числа нужно умножить на его основание, возведённое в степень, равную позиции цифры в числе.

Двоичная система счисления

Алфавит системы счисления: 0, 1.

Перевод десятичного числа в двоичную систему счисления методом подбора степеней числа 2

Для перевода двоичных чисел в десятичную систему счисления, используют метод подбора степеней двойки.

Пусть дано десятичное число 21_10.

1) Подберём ближайшую наименьшую степень числа 2 к данному числу: 2 4 = 16;

2) Вычтем найденное число из данного: 21 — 16 = 5;

3) Повторить, пока не достигнем нуля.

В результате, мы получим следующие степени:

Найденные нами степени – это позиции цифры 1 в двоичном числе, а отсутствующие степени – это нули:

Перевод целого десятичного числа в другую систему счисления методом деления на новое основание

✒ Определение: Для перевода целого десятичного числа в другую систему счисления, необходимо делить данное число на новое основание (той системы счисления, в которую необходимо осуществить перевод). Ответ складывается из остатков от деления.

Переведите число 13₁₀ в двоичную систему счисления.

Перевод целого десятичного числа в другую систему счисления методом деления на новое основание

✒ Определение: Для перевода целого десятичного числа в другую систему счисления, необходимо делить данное число на новое основание (той системы счисления, в которую необходимо осуществить перевод). Ответ складывается из остатков от деления.

Переведите число 97₁₀ в четверичную систему счисления.

Вариант записи №1.

Вариант записи №2.

Перевод методом триад и тетрад

✒ Определение: Для перевода числа из двоичной системы счисления в восьмеричную, его необходимо разбить на триады. Если не хватает цифр до полной триады, её дополняют незначащими нулями.

Число 1100100110₂ перевести в восьмеричную систему счисления.

 | Незначащий нуль – это нули перед или после числа, дополнение которыми никак не изменяет значение самого числа.

Дополним число 11₂ до триады:

Дополним число 11,01₂ до двух триад:

✒ Определение: Для перевода числа из двоичной системы счисления в шестнадцатеричную, его необходимо разбить на тетрады. Если не хватает цифр до полной тетрады, её дополняют незначащими нулями.

Число 1100101100₂ перевести в шестнадцатеричную систему счисления.

Литература:
1. Информатика: учебник для 8 класса / Л.Л. Босова, А.Ю. Босова. — М.: БИНОМ.Лаборатория знаний, 2016. — 176 с.
2. Информатика. 8 класса / К.Ю. Поляков, Е.А. Еремин. — М.: БИНОМ.Лаборатория знаний, 2019. — 256 с.

Непозиционные системы счисления

1. Вычислите десятичное число, записанное в римской системе счисления:

2. Представьте данное десятичное число в римской системе счисления:

Позиционные системы счисления

3. Определите вес (позицию) цифры 3 в числе 8736.

4. Определите вес (позицию) цифры 4 в числе 4865.

5. Определите вес (позицию) цифры 2 в числе 112358.

6. Определите вес (позицию) цифры 9 в числе 9631.

7. Определите вес (позицию) цифры 5 в числе 835776.

8. Укажите название системы счисления, алфавит которой состоит из следующих цифр: 0; 1.

9. Укажите название системы счисления, алфавит которой состоит из следующих цифр: 0; 1; 2; 3.

10. Укажите название системы счисления, алфавит которой состоит из следующих цифр: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7.

11. Укажите название системы счисления, алфавит которой состоит из следующих цифр: 0; 1; 2; 3; 4.

12. Укажите название системы счисления, алфавит которой состоит из следующих цифр: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; А; В.

13. Некоторое число представлено в развёрнутой форме. Запишите это число в свёрнутой форме представления и укажите основание системы счисления, в которой записано это число:

14. Запишите число в развёрнутой форме представления:

Переводы методом развёрнутой формы представления

15. Выполните перевод чисел из двоичной системы счисления в десятичную систему методом развёрнутой формы представления числа:

16. Даны числа в различных системах счисления. Выполните перевод в десятичную систему методом развёрнутой формы представления числа:

17. Выполните перевод из десятичной системы счисления в двоичную методом подбора степеней числа 2:

18. Выполните перевод из десятичной системы счисления в двоичную методом деления на новое основание:

19. Сравните числа, записанные в двоичной системе счисления:

20. Выполните перевод из десятичной системы счисления в восьмеричную методом деления на новое основание:

21. Выполните перевод из десятичной системы счисления в шестнадцатеричную методом деления на новое основание:

22. Выполните перевод из двоичной системы счисления в восьмеричную и шестнадцатеричную методом разбиения числа на триады и тетрады:

Основные элементы АСКУЭ

Как видите, автоматизированная система учета включает в себя ряд элементов (подразделений), которые выполняют определенные задачи. Подобную структуру принято разделять на три уровня. Расскажем детально о назначении каждого из них.

Элементы первого уровня

К таковым относятся электронные приборы учета, у которых имеется специальный модуль, позволяющий отправлять сигналы в центр сбора. В России практикуется использование интерфейса RS-485, это стандарт асинхронной передачи данных, применяемый в системах автоматизации. Его упрощенная организация представлена ниже.

Организация интерфейса RS-485

Основной недостаток подобного устройства – ограничение количества приемо-передатчиков, их не может быть более 32. Выходом из этого может быть каскадирование системы, а именно установка сумматоров, «аккумулирующих» данные от различных источников. Изображение такого прибора показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Устройство сбора и передачи данных (УСПД)

Обратим внимание, что разработка АС на базе интерфейса RS-485 велась в то время, когда использование GSM было экономически не обосновано. На текущий момент ситуация радикально изменилась.

Связующее звено (элементы второго уровня)

Данный уровень используется для организации транспортировки данных к центру обработки. На текущий момент большинством приборов учета используется интерфейс RS-485, несмотря на то, что данный способ является явно устаревшим. Сложившаяся ситуация вызвана инертностью структур, отвечающих за стандартизацию, что несколько притормаживает внедрение новой технической базы.

Центр обработки (завершающее звено)

Данный элемент представляет собой АПК, в который поступают и обрабатываются информационные сигналы. Его характеристики напрямую зависят от объема поступающих данных и наличия дополнительных функций системы. Исходя из этих технических условий, для комплекса АС подбираются компьютерные мощности и программное обеспечение.

Схема сдвига фаз токов конденсаторами и дросселем: что мне не понравилось

Это третья обещанная в заголовке конструкция, которую я реализовал два десятка лет назад, проверил в работе, а потом забросил. Она позволяет использовать до 90% трехфазной мощности двигателя, но обладает недостатками. О них позже.

Собирал я преобразователь трехфазного напряжения на мощность 1 киловатт.

В его состав входят:

• дроссель с индуктивным сопротивлением на 140 Ом;
• конденсаторная батарея на 80 и 40 микрофарад;
• регулируемый реостат на 140 Ом с мощностью 1000 ватт.

Одна фаза работает обычным способом. Вторая с конденсатором сдвигает ток вперед на 90 градусов по ходу вращения электромагнитного поля, а третья с дросселем формирует его отставание на такой же угол.

В создании фазосдвигающего магнитного момента участвуют токи всех трех фаз статора.

Корпус дросселя пришлось собирать механической конструкцией из дерева на пружинах с резьбовой настройкой воздушного зазора для наладки его характеристик.

Конструкция реостата — это вообще «жесть». Сейчас его можно собрать из мощных сопротивлений, купленных в Китае.

Мне даже приходила мысль использовать водяной реостат.

Но я от нее отказался: уж слишком опасная конструкция. Просто намотал на асбестовой трубе толстую стальную проволоку для проведения эксперимента, положил ее на кирпичи.

Когда запустил двигатель циркулярной пилы, то он работал нормально, выдерживал приложенные нагрузки, нормально распиливал довольно толстые колодки.

Все бы хорошо, но счетчик намотал двойную норму: этот преобразователь берет такую же мощность на себя, как и двигатель. Дроссель и проволока неплохо нагрелись.

Из-за высокого потребления электроэнергии, низкой безопасности, сложной конструкции я не рекомендую такой преобразователь.