Cip logik. Bahagian 3

Cip logik. Bahagian 1

Cip logik. Bahagian 2 - Gates

Bertemu dengan Chip Digital

Di bahagian kedua artikel itu, kita bercakap tentang jawatan bersyarat grafik unsur-unsur logik dan mengenai fungsi yang dilakukan oleh elemen-elemen ini.

Untuk menerangkan prinsip operasi, litar hubungan yang melaksanakan fungsi logik AND, ATAU, TIDAK dan TIDAK diberikan. Sekarang anda boleh mula berkenalan dengan siri microsircuits K155.

Rupa dan reka bentuk

Unsur asas dari seri 155 ialah cip K155LA3. Ia adalah kes plastik dengan 14 petunjuk, di bahagian atasnya ditandakan dan kunci yang menunjukkan output pertama cip itu.

Kuncinya adalah tanda bulat kecil. Jika anda melihat microcircuit dari atas (dari sisi kes), maka kesimpulan harus dihitung dengan lawan jam, dan jika dari bawah, maka mengikut arah jam.

Lukisan kes mikrosirkuit ditunjukkan dalam Rajah 1. Kes itu dipanggil DIP-14, yang dalam terjemahan dari Bahasa Inggeris bermaksud kes plastik dengan susunan dua baris arahan. Ramai microcircuits mempunyai bilangan pin yang lebih besar, dan oleh itu kes itu boleh DIP-16, DIP-20, DIP-24 dan juga DIP-40.

Rajah 1. Lampiran DIP-14.

Apa yang terkandung dalam kes ini

Dalam pakej DIP-14 daripada microcircuit K155LA3 mengandungi 4 unsur bebas 2I-TIDAK. Satu-satunya perkara yang menyatukan mereka hanyalah kesimpulan kuasa umum: keluaran mikroelektrik ke-14 adalah + sumber kuasa, dan pin 7 adalah tiang negatif sumber.

Untuk tidak mengawal litar dengan unsur-unsur yang tidak perlu, garis kuasa, sebagai peraturan, tidak ditunjukkan. Ini juga tidak dilakukan kerana setiap daripada empat elemen 2I-NOT boleh diletakkan di tempat yang berbeza di dalam litar. Biasanya mereka hanya menulis pada litar: "+ 5V membawa kepada kesimpulan 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V membawa kepada kesimpulan 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Unsur-unsur yang terletak berasingan ditetapkan sebagai DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Rajah 2 menunjukkan bahawa cip K155LA3 terdiri daripada empat elemen 2I-TIDAK. Seperti yang telah disebutkan di bahagian kedua artikel, kesimpulan input terletak di sebelah kiri, dan output di sebelah kanan.

Analog asing K155LA3 adalah cip SN7400 dan ia boleh digunakan dengan selamat untuk semua eksperimen yang diterangkan di bawah. Untuk menjadi lebih tepat, seluruh siri cip K155 adalah analog daripada siri SN74 asing, jadi penjual di pasaran radio hanya menawarkannya.

Rajah 2. Pinout cip K155LA3.

Untuk menjalankan eksperimen dengan microcircuit, anda perlu bekalan kuasa Voltan 5V. Cara paling mudah untuk membuat apa-apa sumber adalah dengan menggunakan microcircuit K142EN5A penstabil atau versi yang diimportnya, yang dipanggil 7805. Pada masa yang sama, tidak perlu angin pengubah, solder jambatan, memasang kapasitor. Lagipun, selalu ada beberapa penyesuai rangkaian Cina dengan voltan 12V, yang cukup untuk menyambung 7805, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3. Sumber kuasa mudah untuk eksperimen.

Untuk melakukan eksperimen dengan microcircuit, anda perlu membuat papan roti ukuran kecil. Ia adalah sejenis getinax, gentian kaca atau bahan penebat yang serupa dengan dimensi 100 * 70 mm. Malah kayu lapis atau kadbod yang tebal sesuai untuk tujuan tersebut.

Di sepanjang sisi panjang papan, konduktor tin harus diperkuat dengan ketebalan kira-kira 1.5 mm, di mana kuasa akan dibekalkan ke mikrosirkuit (bas kuasa). Di antara konduktor di seluruh kawasan papan roti, lubang gerudi dengan diameter tidak lebih daripada 1 mm.

Apabila menjalankan eksperimen, ia akan mungkin untuk memasukkan keping dawai tin ke dalamnya, yang mana kapasitor, perintang dan komponen radio lain akan dipateri. Di sudut-sudut papan, anda perlu membuat kaki rendah, ini akan memungkinkan untuk meletakkan wayar dari bawah.Reka bentuk papan roti ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4. Lembaga pembangunan.

Setelah papan roti siap, anda boleh mula bereksperimen. Untuk melakukan ini, sekurang-kurangnya satu cip K155LA3 perlu dipasang di atasnya: pin solder 14 dan 7 ke bas kuasa, dan bengkokkan pin yang tersisa supaya mereka terletak di atas papan.

Sebelum memulakan eksperimen, anda perlu menyemak kebolehpercayaan pematerian, sambungan yang betul bagi voltan bekalan (menyambung voltan bekalan dalam polariti terbalik boleh merosakkan mikroelektrik), dan juga memeriksa sama ada terdapat litar pintas di antara terminal bersebelahan. Selepas pemeriksaan ini, anda boleh menghidupkan kuasa dan memulakan eksperimen.

Paling sesuai untuk pengukuran dail voltmeteryang mana impedans inputnya adalah sekurang-kurangnya 10K / V. Mana-mana penguji, walaupun murah Cina, memenuhi keperluan ini sepenuhnya.

Mengapa lebih baik untuk beralih? Kerana, memerhatikan turun naik anak panah, anda dapat melihat denyutan voltan, tentu saja frekuensi yang cukup rendah. Multimeter digital tidak mempunyai keupayaan ini. Semua pengukuran harus dilakukan relatif terhadap "tolak" sumber kuasa.

Selepas kuasa dihidupkan, ukur voltan pada semua pin dari microcircuit: pada input pin 1 dan 2, 4 dan 5, 9 dan 10, 12 dan 13, voltan harus 1.4V. Dan pada terminal output 3, 6, 8, 11 kira-kira 0.3V. Sekiranya semua tegasan berada dalam had yang ditentukan, maka mikrokircuit beroperasi.

Rajah 5. Eksperimen mudah dengan unsur logik.

Menguji operasi elemen logik 2 DAN TIDAK boleh dimulakan, contohnya, dari elemen pertama. Pakej inputnya 1 dan 2, dan output 3. Untuk menggunakan isyarat logik sifar pada input, sudah cukup untuk menyambungkan input ini kepada wayar negatif (biasa) sumber kuasa. Sekiranya unit logik diperlukan untuk dimasukkan, maka input ini harus disambungkan ke bus + 5V, tetapi tidak secara langsung, tetapi melalui perintang yang mengehadkan dengan rintangan 1 ... 1.5 KOhm.

Katakan bahawa kita menyambungkan input 2 ke dawai yang biasa, dengan itu membekalkan logik sifar kepadanya, dan kepada input 1 kita memberi makan kepada unit logik, seperti yang ditunjukkan melalui perintang penghentian R1. Sambungan ini ditunjukkan dalam Rajah 5a. Jika, dengan sambungan sedemikian, voltan pada output unsur diukur, maka voltmeter akan menunjukkan 3.5 ... 4.5V, yang sepadan dengan unit logik. Unit logik akan memberikan pengukuran voltan pada pin 1.

Ini sepenuhnya bersamaan dengan apa yang ditunjukkan di bahagian kedua artikel mengenai contoh litar relay-contact 2I-NOT. Berdasarkan hasil pengukuran, kesimpulan berikut dapat dibuat: apabila salah satu masukan elemen 2I-TID yang tinggi dan yang lain rendah, keluarannya pasti mempunyai tahap yang tinggi.

Seterusnya, kami akan melakukan eksperimen berikut - kami akan membekalkan satu unit kepada kedua-dua input sekaligus, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5b, tetapi kami akan menyambungkan salah satu input, contohnya 2, kepada wayar biasa menggunakan jumper dawai. (Untuk tujuan sedemikian, sebaiknya menggunakan jarum jahitan yang biasa dipateri kepada pendawaian fleksibel). Sekiranya kita kini mengukur voltan pada output elemen, maka, seperti dalam kes sebelumnya, akan ada unit logik.

Tanpa mengganggu pengukuran, kita keluarkan jumper dawai - voltmeter akan menunjukkan paras yang tinggi pada output unsur tersebut. Ini selaras sepenuhnya dengan logik elemen 2I-TIDAK, yang boleh disahkan dengan merujuk kepada gambarajah hubungan di bahagian kedua artikel, serta dengan melihat jadual kebenaran yang ditunjukkan di sana.

Sekiranya jumper ini kini secara berkala ditutup kepada dawai biasa mana-mana input, mensimulasikan bekalan tahap rendah dan tinggi, kemudian menggunakan voltmeter output dapat mengesan denyutan voltan - anak panah akan berayun dalam masa dengan jumper menyentuh input mikrokircuit tersebut.

Kesimpulan berikut boleh diambil dari eksperimen: voltan peringkat rendah pada output akan muncul hanya apabila tahap tinggi hadir pada kedua-dua input, iaitu, keadaan 2I berpuas hati pada input.Jika sekurang-kurangnya satu daripada input mengandungi sifar logik, output mempunyai unit logik, kita boleh mengulangi bahawa logik mikrokircuit sepenuhnya konsisten dengan logik litar kenalan 2I-TIDAK dianggap dalam bahagian kedua artikel itu.

Di sini adalah sesuai untuk melakukan satu lagi eksperimen. Maksudnya adalah untuk mematikan semua pin input, hanya tinggalkannya dalam "udara" dan mengukur voltan keluaran elemen. Apa yang akan berlaku? Betul, akan ada voltan sifar logik. Ini menunjukkan bahawa input tidak berkaitan unsur-unsur logik adalah sama dengan input dengan unit logik yang digunakan untuknya. Anda tidak boleh melupakan ciri ini, walaupun input yang tidak digunakan biasanya disyorkan untuk disambungkan ke suatu tempat.

Rajah 5c menunjukkan bagaimana elemen logik 2I-NOT hanya boleh diubah menjadi penyongsang. Untuk melakukan ini, hanya sambungkan kedua-dua inputnya. (Walaupun terdapat empat atau lapan input, sambungan seperti itu boleh diterima).

Untuk memastikan bahawa isyarat di output mempunyai nilai yang bertentangan dengan isyarat pada input, cukup untuk menyambungkan input dengan jumper dawai ke dawai yang sama, iaitu, menerapkan logik sifar ke input. Dalam kes ini, voltmeter yang disambungkan ke output elemen akan menunjukkan unit logik. Sekiranya anda membuka jumper, voltan tahap rendah akan muncul pada output, yang bertentangan dengan voltan masukan.

Pengalaman ini menunjukkan bahawa penyongsang sepenuhnya bersamaan dengan operasi litar kenalan TIDAK dipertimbangkan di bahagian kedua artikel. Ini adalah sifat-sifat yang paling indah dari cip 2I-NOT. Untuk menjawab soalan bagaimana semua ini berlaku, anda harus mempertimbangkan litar elektrik elemen 2I-TIDAK.

Struktur dalaman elemen 2 TIDAK

Sehingga kini, kami telah menimbangkan unsur logik pada tahap kedudukan grafinya, mengambilnya, sebagaimana yang dikatakan dalam matematik sebagai "kotak hitam": tanpa memasuki butiran struktur dalaman unsur, kami memeriksa responnya terhadap isyarat masukan. Kini sudah tiba masanya untuk mengkaji struktur dalaman elemen logik kami, yang ditunjukkan dalam Rajah 6.

Rajah 6. Litar elektrik elemen logik 2I-TIDAK.

Litar ini mengandungi empat transistor struktur n-p-n, tiga diod dan lima perintang. Terdapat sambungan langsung antara transistor (tanpa kapasitor pengasingan), yang membolehkan mereka bekerja dengan voltan malar. Beban output cip secara konvensional ditunjukkan sebagai resistor Rn. Malah, ini paling sering input atau beberapa input litar digital yang sama.

Transistor pertama adalah multi-emitter. Dia yang melakukan operasi logik input 2I, dan transistor berikut melakukan amplifikasi dan penyongsangan isyarat. Microcircuits dibuat mengikut skema yang sama dipanggil logika transistor-transistor, disingkat sebagai TTL.

Singkatan ini mencerminkan hakikat bahawa operasi logik input dan penguatan dan penyongsangan berikutnya dilakukan oleh unsur-unsur transistor litar. Sebagai tambahan kepada TTL, terdapat juga logika diod-transistor (DTL), tahap logik masukan yang dilakukan pada dioda yang terletak, tentu saja, di dalam mikrokircuit.

Rajah 7

Pada input unsur logik 2I-TIDAK antara pemancar transistor masukan dan dawai biasa, diod VD1 dan VD2 dipasang. Tujuan mereka adalah untuk melindungi input dari voltan polariti negatif, yang boleh berlaku akibat induksi kendiri elemen pelekap apabila litar beroperasi pada frekuensi tinggi, atau hanya difailkan oleh kesilapan dari sumber luaran.

Transistor input VT1 disambungkan mengikut skema dengan pangkalan yang sama, dan bebannya adalah transistor VT2, yang mempunyai dua beban. Dalam pemancar, ini adalah resistor R3, dan di pemungut R2. Oleh itu, penyongsang fasa untuk peringkat keluaran pada transistor VT3 dan VT4 diperoleh, yang menjadikannya berfungsi dalam antiphase: apabila VT3 ditutup, VT4 terbuka dan sebaliknya.

Katakan bahawa kedua-dua input unsur 2 TIDAK diberi makan tahap yang rendah. Untuk melakukan ini, hanya sambungkan input ini ke wayar biasa.Dalam kes ini, transistor VT1 akan terbuka, yang akan melibatkan penutupan transistor VT2 dan VT4. Transistor VT3 akan berada di dalam keadaan terbuka dan melalui dan diod VD3, arus mengalir ke beban - pada output unsur adalah keadaan peringkat tinggi (unit logik).

Dalam kes itu, jika unit logik digunakan untuk kedua-dua input, transistor VT1 ditutup, yang akan membawa kepada pembukaan transistor VT2 dan VT4. Oleh kerana pembukaan mereka, transistor VT3 ditutup dan semasa melalui beban berhenti. Pada output elemen, keadaan sifar atau voltan rendah ditetapkan.

Tahap voltan rendah adalah disebabkan oleh penurunan voltan pada persimpangan pemancar - pemancar transistor terbuka VT4 dan, mengikut spesifikasi, tidak melebihi 0.4V.

Voltan tahap tinggi pada output elemen kurang daripada voltan bekalan oleh magnitud penurunan voltan merentasi transistor terbuka VT3 dan diode VD3 dalam kes apabila transistor VT4 ditutup. Voltan tahap tinggi pada output elemen bergantung kepada beban, tetapi tidak kurang daripada 2.4V.

Sekiranya voltan yang sangat perlahan, berbeza dari 0 ... 5V, digunakan pada input elemen yang disambungkan bersama, maka dapat dilihat bahwa peralihan unsur dari tahap tinggi ke tahap yang rendah terjadi langkah demi langkah. Peralihan ini dilakukan pada masa ini apabila voltan pada input mencapai tahap kira-kira 1.2V. Voltan sedemikian untuk rangkaian microcircuits ke-155 dipanggil ambang.

Ini boleh dianggap sebagai kenalan umum dengan elemen 2I-TIDAK lengkap. Di bahagian seterusnya artikel ini kita akan mengenali peranti pelbagai alat mudah, seperti pelbagai penjana dan pembentuk nadi.

Boris Alaldyshkin

Penerusan artikel: Cip logik. Bahagian 4

E-book -Panduan mikropengawal AVR untuk pemula