Comparador Completo de 4 Bits (Menor, Igual, Mayor)

Construye un comparador de magnitud completo de 4 bits con tres salidas — menor que, igual y mayor que — el circuito combinacional más complejo hasta ahora.

Overview

Este es la culminación de la serie de comparadores: un comparador de magnitud completo de 4 bits que determina simultáneamente si el número A es menor que, igual a o mayor que el número B. Con 11 CIs en el protoboard, esta es una construcción sustancial que demuestra cómo las operaciones simples a nivel de puertas se escalan a funcionalidad del mundo real. La misma lógica está integrada en CIs comparadores como el 74LS85 y es fundamental para las unidades aritmético-lógicas de CPU.

Components Needed

  • 3x SN74LS32 IC (Quad OR)
  • 5x CD4081 IC (Quad AND)
  • 3x SN74LS04 IC (Hex Inverter)
  • 3x LED
  • variosx Cables

Instructions

  1. Reúne Tus Materiales

    Este proyecto requiere una cantidad significativa de CIs: 3 SN74LS32 (OR), 5 CD4081 (AND) y 3 SN74LS04 (NOT), más 3 LEDs, muchos cables y dos herramientas de interruptores de 4 bits para la entrada.

  2. Referencia: Herramienta de Interruptores de 4 Bits

    Necesitarás dos herramientas de interruptores de 4 bits para proporcionar los dos números de entrada de 4 bits. Estas hacen que las pruebas sean mucho más fáciles que los interruptores individuales.

  3. Identifica el CI Inversor SN74LS04

    El 74LS04 proporciona puertas NOT para invertir bits y crear señales XNOR (igualdad). Usarás tres de estos chips para tener suficientes inversores para toda la lógica.

  4. Identifica el CI de Puerta AND CD4081

    El CD4081 proporciona puertas AND para la lógica de comparación de magnitud. Cinco chips te dan 20 puertas AND para la comparación en cascada en cada nivel de bit.

  5. Identifica el CI de Puerta OR SN74LS32

    El 74LS32 proporciona puertas OR para combinar los resultados de comparación de cada posición de bit en las salidas finales de menor que, igual y mayor que.

  6. Cablea el Comparador Completo

    Este es el cableado más complejo hasta ahora. Para cada posición de bit (3 hasta 0), crea las tres señales de comparación (>, =, <). Condiciona el resultado de magnitud de cada bit con la igualdad de todos los bits superiores. Finalmente, aplica OR a todas las señales de mayor que condicionadas, y aplica OR a todas las señales de menor que condicionadas. La igualdad global es el AND de las cuatro igualdades de bit.

  7. Conecta las Herramientas de Interruptores de 4 Bits

    Conecta ambas herramientas de interruptores de 4 bits para proporcionar las entradas A (fila superior) y B (fila inferior). Los tres LEDs muestran el resultado de la comparación: LED izquierdo para A>B, medio para A=B, derecho para A<B.

  8. Prueba: A=0110, B=0000 → 100 (A > B)

    Interruptores superiores: 0110 (decimal 6), inferiores: 0000 (decimal 0). Como 6 > 0, el LED izquierdo (mayor que) se enciende. Salida: 100.

  9. Prueba: A=0000, B=0110 → 001 (A < B)

    Intercambia los valores: superior: 0000, inferior: 0110. Ahora 0 < 6, así que el LED derecho se enciende. Salida: 001.

  10. Prueba: A=0101, B=0101 → 010 (A = B)

    Ambas filas: 0101 (decimal 5). Los números son iguales, así que el LED del medio se enciende. Salida: 010.

  11. Prueba: A=1101, B=1101 → 010 (A = B)

    Ambas filas: 1101 (decimal 13). Iguales nuevamente, el LED del medio se enciende. Salida: 010.

  12. Prueba: A=1100, B=1001 → 100 (A > B)

    Superior: 1100 (decimal 12), inferior: 1001 (decimal 9). Los MSBs son iguales, así que el bit 2 decide: A tiene 1, B tiene 0. A > B. Salida: 100.

  13. Prueba: A=0000, B=1111 → 001 (A < B)

    Superior: 0000 (decimal 0), inferior: 1111 (decimal 15). El mínimo contra el máximo. Salida: 001.

  14. Prueba: A=1111, B=0000 → 100 (A > B)

    Al revés: superior: 1111, inferior: 0000. Máximo contra mínimo. Salida: 100.

  15. Prueba: A=1001, B=1011 → 001 (A < B)

    Superior: 1001 (decimal 9), inferior: 1011 (decimal 11). Los MSBs coinciden, los segundos bits coinciden, pero el bit 1 decide: A tiene 0, B tiene 1. A < B. Salida: 001.

Challenges

  • Reemplaza los 11 CIs con un solo CI comparador 74LS85 de 4 bits y compara la simplicidad
  • Cascadea dos de estos circuitos para comparación de 8 bits
  • Añade una pantalla de 7 segmentos para mostrar los valores decimales que se comparan
  • Calcula el retardo de propagación en el peor caso a través de tu comparador