Калькулятор своими руками схема
Самодельный калькулятор на ОМЭВМ К1816ВЕ39
Долгое время зрело желание собрать самодельный калькулятор, чтобы и клавиши большие, и индикатор яркий. В продаже с прошлого века такового не наблюдалось, да и что такое «купить»?
Однажды на сайте ZX-PK.RU открылся тред про сборку ЭКВМ на базе микроконтроллера К1816ВЕ39. И Сергей Фролов, владелец сайта-музея Советской цифровой электроники, сообщил, что ранее уже выпускался такой калькулятор, «Элекон МК», как на фото:
Сергей любезно отсканировал руководство по эксплуатации и схему калькулятора, а также считал оригинальные ПЗУ, за что выражаю ему сердечную благодарность. Копия архива размещена тут. Было решено собрать клон Элекона (точнее — инженерный макет), но на более привычной элементной базе, которая просто валялась под руками.
Итак, оригинальная конструкция была собрана на базе КМОП-микросхем серии 561, 571 и 1109, а также на тёплом ламповом индикаторе. У нас же под руками была ТТЛ-логика и светодиодные матрицы с общим «минусом». Проанализировав оригинальную схему и выкинув из неё ненужное (а именно всё, что было связано с выводом на печать, а также многое другое , что было сделано разработчиками «про запас»), получили достаточно простой проект, состоящий всего из восьми микросхем (в оригинале в два раза больше):
Как сказано выше, сокращение функций сократило количество комплектующих. При этом первоначально планировалось использовать родную прошивку, которая должна была разместиться в одной флеш-ПЗУ объёмом 128К (просто их много оставалось со старых материнок), что давало возможность в последующем править прошивку под свои нужды с особой лёгкостью. Количество клавиш также уменьшилось, был удалён и переключатель рода работ. Дешифратор знакоместа занимает один корпус вместо трёх, регистр индикации — один корпус вместо двух, дешифратор устройств ввода/вывода — один корпус с транзисторным инвертором, имеющий нужную логику работы , но иную схемотехнику . Единственно е , что пришлось установить кучку транзисторных ключей, но это дало нам возможность применить различные виды индикаторов, как с общим «минусом» (собранный реал), так и с общим плюсом (достаточно немного перекоммутировать питание транзисторов). Так что всё вроде в железной области оказалось просто.
При сборке было решено разделить конструкцию на две части — индикаторную и вычислитель с клавиатурой, хотя сначала примерялся сделать всё на одной плате:
Не понравились получающиеся размеры и был создан индикаторный блок, содержащий в себе дешифратор знакомест 155ИД3, регистр индикации 1533ИР27 (можно заменить на ИР23) и второй регистр индикации памяти 155ТМ8, а также свора транзисторов . С левой стороны 13-разрядного сборного индикатора расположены четыре светодиода, подключённые к ТМ8, индицирующие использование специальных регистров памяти — первый сверху, четвёртый снизу.
Всё это было в последующем собрано вместе в единую конструкцию:
Основные чипы располагаются с обратной стороны индикатора:
Как плата индикатора, так и плата вычислителя вязал и сь МГТФ, который после первого включения и проверки был пропитан до поверхности платы термопластиком («китайскими соплями»). Это позволяет при необходимости, сняв кусочек пластика, подкорректировать распайку, но в целом конструкция получается достаточно прочная, не позволяющая проводу оторваться от места пайки. Вот тут ещё немного общего вида:
Конструкция заработала сразу же (утрирую конечно, кое-что я укосячил ;), но в целом это правда), потребляемый ток — 200 мА, что суммарно лучше, чем у оригинала (самые тёплые микросхемы — ИД3 и АП6).
Следующей задачей стала адаптация имеющегося софта под используемый индикатор. Дело в том, что в оригинальном ламповом индикаторе сегмент знака числа в крайнем левом разряде не подключен к аналогичным сегментам в остальной части индикатора, а соединён с децимальной точкой. Знак переполнения «Е» также единичен и подключен к сегменту «G» (нижнее подчёркивание). Вот мы и получили при отрицательном 12-разрядном числе в левом разряде «точку» и «подчёркивание» при ошибке вычисления. Нехорошо.
Не буду долго расписывать проведённую неделю в попытках разобраться в дизассемблированном коде, в прокате его в древнем симуляторе AVSIM48 , в практически случайном нахождении нужного куска кода, уяснении великой логики отечественных разработчиков (которые кроме индикации нужных кодов вывели в эту же ячейку и технологическую информацию) и новых попытках уместить свой кусочек в полностью заполненную страницу памяти. Но, раз мы не используем более печатающее устройство, то и часть старого кода оказалось возможным затереть и втиснуть своё. Всё, теперь новичок имеет привычную нам индикацию.
Исправленный код интересующиеся могут скачать тут. Разумеется, весь код не правился и в нём остались рудименты от вывода на печать.
Следующий шаг — наклейки на клавиатуру и изготовление корпуса. Начинаем с последнего. Из пенопласта вырезаем болван, а также нарезаем из толстой фанеры закладные, к которым впоследствии будет крепиться плата.
В закладные вворачиваем/вбиваем небольшие шурупы/гвоздики так, чтобы их шляпки торчали миллиметра на полтора-два. Вставляем их в болван.
Оклеиваем болван тонкой бумагой — газетами, бумажными полотенцами, остатками писчей бумаги, используя клей ПВА. Предварительно можно нарезанную бумагу слегка размочить водой, чтобы удобнее было её выглаживать, убирая воздушные пузыри. Через три слоя бумаги оклеиваем слой бинтом или старой марлей и сутки просушиваем. Далее ещё три слоя и снова сушим. Достаточно наклеить 10-12 слоёв, что даст нам толщину корпуса около 3 мм. По центру, где будет клавиатура, можно особо не клеить.
После просушки всей конструкции, желательно в тёплом месте, вынимаем болван. Кое-где он может приклеиться к бумаге, но это не важно.
Закладные держатся крепко, поскольку при обмазке клеем и бумагой шляпки шурупов и гвоздей хорошо укрепились в «мясе» «композитного» по своей сути материала.
Прорезаем отверстия для клавиатуры и индикатора и примеряем.
Не забываем про пузичко, делаем его из 10-мм фанеры, используя в качестве ножек резиновые крышечки от медицинских пузырьков:
Накладываем первый слой шпатлёвки и ждём высыхания.
После того, как первый слой шпатлёвки (с мраморной крошкой кстати) высохнет, шлифуем его, смотрим косяки, накладываем следующий слой, сушим, шлифуем, ещё подмазываем. После чего окончательно шлифуем, красим, подкрашиваем, находим белую матовую самоклейку, печатаем картинки клавиш, наклеиваем, и получаем вот такого красавца.
Блок питания размещён внутри корпуса потому что так удобнее, не нужно постоянно держать БП в розетке. Вот теперь сборка полностью закончена.
Немного поговорим о замене элементов. Разумеется, что многие из них возможно применить только как функциональный аналог, с коррекцией схемы.
КР1816ВЕ39 — КР1816ВЕ49, КА/КР1835ВЕ39/49, КМ/КР1850ВЕ39/40/49/50, либо зарубежные аналоги 80 39/ 49 , 80С39/49 , 8749 или 8050.
ПЗУ — в конструкции применено флеш-ПЗУ ёмкостью 128К, что было снято с устаревших материнских плат. Возможна установка любых ПЗУ ёмкостью от 4К, но предпочтительнее флеш-типа в связи с простотой процедуры прошивки и очистки. ПЗУ типа РФ2/РФ5 тоже возможно использовать, но файл прошивки бить пополам, да и схему подключения придётся изменять.
555ИР22 — 589ИР12, четыре 155ТМ2 или 555ИР23 / ИР27 (три последние с инвертором в цепи / ALE ).
555ИР27 — 555ИР23 (большее потребление по питанию), четыре 155ТМ2, две 155ТМ8 / ТМ9, 589ИР12 с инвертором в цепи записи (11-я ножка).
155ТМ8 — 155ТМ9, две 155ТМ2.
555АП6 — 555АП4, две 155ЛП8.
155ИД3 — 1533ИД3, две 155ИД4 / ИД7 плюс инвертор.
Любой инвертор может быть выполнен в виде транзисторного ключа, поскольку реальная скорость работы схемы невысока (не более 500 кГц).
Если у нас индикатор с общим «плюсом», то транзисторы 8550 (КТ814) эммитером подключаем к «плюсу» питания, коллекторы — на знакоместа. Транзисторы 945 (КТ315) эммитерами на «массу», коллекторы, через токоограничивающие резисторы, к сегментам.
Именно из-за широких вариаций замены деталей автор не видит смысла проектировать печатную плату.
Обсудить конструкцию можно в следующих форумах:
Источник
Четырёхбитный калькулятор из картона и шариков
Внешний вид картонного четырёхбитного калькулятора из картона. Хорошо видны полусумматор вверху и три сумматора в средней и нижней части калькулятора
Давным-давно, до изобретения электроники, люди изготавливали механические компьютеры из подручных материалов. Самым известным и сложным примером такой машины является антикитерский механизм — сложнейшее устройство из не менее чем 30 шестерёнок использовалось для расчёта движения небесных тел и позволяло узнать дату 42 астрономических событий.
В наше время механические компьютеры (калькуляторы) — скорее предмет развлечения гиков и повод устроить забавное шоу. Например, как компьютер из 10 000 костяшек домино, который складывает произвольные четырёхзначные бинарные числа и выдаёт пятизначную двухбитную сумму (математическая теория этого калькулятора и архитектура). Такие перфомансы позволяют детям лучше понять, как работают битовые логические операции в программировании, как устроены логические вентили. Да и вообще сделать маленький компьютер своими руками из подручных материалов очень интересно, тем более если вы делаете это вместе с ребёнком.
Логическая операция AND в компьютере из 10 000 костяшек домино
Для изготовления механического калькулятора отлично подходит конструктор Lego. На YouTube можно найти немало примеров таких калькуляторов.
Калькулятор из компьютера Lego
Вдохновлённый примером компьютера из домино и механических калькуляторов из конструктора Lego, программист C++ под ником lapinozz вместе со своими младшими сестричками решил соорудить в домашних условиях нечто подобное для школьного научного проекта одной из сестёр. Он задумал и реализовал полностью функциональный четырёхбитный калькулятор LOGIC (Logic cardbOard Gates Inpredictable Calculator). Для изготовления этой вычислительной машины не требуется ничего кроме картона и клея, а работает она не на электричестве, а на шариках и земной гравитации. Калькулятор умеет складывать числа от 0 до 15 с максимальной суммой 30.
В отличие от костяшек доминов и кубиков Lego, в производстве этого калькулятора не использовались никакие фабричные компоненты. Все элементы калькулятора склеены из картона с нуля, что хорошо понятно по фотографиям устройства. В этом смысле данное устройство можно считать уникальным.
Цель проекта
Наглядное представление, как складывать бинарные числа. Обучение школьника навыкам перевода из десятичной в двоичную систему счисления и обратно. Изучение битовых логических операций и основных логических схем.
Внешний вид калькулятора
Как можно рассмотреть на фотографии калькулятора, в верхней части располагается зона для ввода данных. После прохождения всех логических операций шарики показывают результат операции внизу.
Ввод данных осуществляется шариками. Шарик есть — 1, шарика нет — 0. Бит справа — это наименьший бит числа. Перед началом работы некоторые части калькулятора следует привести в исходное положение. После указания исходных значений отодвигается полоска картона, которая удерживает шарики в исходном положении — и начинается процесс сложения.
Например, так выглядит исходное положение шариков для операции 7+5 (0111 + 0101).
Устройство калькулятора
Логические операции картонного калькулятора осуществляется схожим образом, как и в вышеупомянутом компьютере из домино.
Схематически логические вентили для всех логических операций показаны на схеме.
То есть логический вентиль «И» (AND) означает, что при поступлении 0 шариков на входе получается 0 на выходе. При поступлении 1 шарика на входе получается 0 на выходе. При поступлении 2 шариков на входе получается 1 на выходе.
1 на входе, 0 на выходе
2 на входе, 1 на выходе
Логический вентиль XOR сделать немного сложнее. В этом случае если поступает один шарик, он должен пройти. А если поступает два шарика, то они должны аннулировать друг друга, то есть на выходе будет 0. Автор показывает, как это делать, через вертикально висящий кусочек картона с узким горлышком. Если два шарика приходят одновременно, то они блокируют друг друга — и таким образом эффективно реализуют логическую операцию XOR.
Логический вентиль XOR
Чтобы оптимизировать систему и не городить массу логических вентилей AND и XOR, автор реализовал полусумматор — комбинационную логическую схему, имеющую два входа и два выхода. Полусумматор позволяет вычислять сумму A + B, при этом результатом будут два бита S и C, где S — это бит суммы по модулю 2, а C — бит переноса. В нашей картонной конструкции это означает, что если на входе у нас 1 шарик, то он попадает на выход C, а если на входе 2 шарика, то 1 шарик попадает на выход S, а второй никуда не попадает.
Программист придумал довольно простую и эффективную схему для полусумматора. В ней 1 шарик на входе спокойно продолжает свой путь, переворачивая барьер, и проходя в отверстие C. Но если поступают два шарика, то второй шарик уже не может пройти через барьер, перевёрнутый первым шариком — и проваливается в отверстие, прибивая новый путь S. Это и есть полусумматор.
Один шарик на входе полусумматора
Два шарика на входе полусумматора
Наконец, настоящим шедевром является сумматор. Обычно его делают из двух полусумматоров и логического вентиля «ИЛИ», но автор реализовал другую конструкцию, которая фактически является небольшой модификацией полусумматора.
Один шарик на входе — один шарик по пути 1
Два шарика на входе — один шарик по пути 2
Три шарика на входе — один шарик по пути 1, а другой по пути 2
Весь калькулятор целиком состоит из одного полусумматора и трёх сумматоров.
Калькулятор выдаёт корректный результат вычислений в случае, если шарики падают с правильной скоростью, не слишком быстро и не слишком медленно, и не отскакивают друг от друга. Сама логика безупречна, но на практике калькулятор иногда глючит.
Источник
