Jetoane logice. Partea a 3-a

Jetoane logice. Partea 1

Jetoane logice. Partea 2 - Porți

Faceți cunoștință cu cipul digital

În a doua parte a articolului, am vorbit despre denumirile grafice condiționate ale elementelor logice și despre funcțiile îndeplinite de aceste elemente.

Pentru a explica principiul de funcționare, s-au dat circuite de contact care îndeplinesc funcțiile logice ale lui AND, SAU, NU și AND-NU. Acum puteți începe să cunoașteți practic microcircuitele din seria K155.

Aspect și design

Elementul de bază al seriei 155 este cipul K155LA3. Este o carcasă din plastic cu 14 cabluri, pe a cărei parte superioară este marcată și o cheie care indică prima ieșire a cipului.

Cheia este un mic semn rotund. Dacă priviți microcircuitul de sus (din partea carcasei), atunci concluziile ar trebui să fie numărate în sensul acelor de ceasornic, iar dacă de jos, apoi în sensul acelor de ceasornic.

Un desen al carcasei microcircuitului este prezentat în figura 1. Un astfel de caz se numește DIP-14, care este tradus din engleză ca o carcasă din plastic cu un aranjament de două rânduri. Multe microcircuite au un număr mai mare de pini și, prin urmare, carcasa poate fi DIP-16, DIP-20, DIP-24 și chiar DIP-40.

Figura 1. Carcasă DIP-14.

Ce este conținut în acest caz

În pachetul DIP-14 al microcircuitului K155LA3 conține 4 elemente independente 2I-NOT. Singurul lucru care le unește este doar concluziile generale ale puterii: a 14-a ieșire a microcircuitului este + sursa de alimentare, iar pinul 7 este polul negativ al sursei.

Pentru a nu aglomera circuitul cu elemente inutile, liniile de alimentare, de regulă, nu sunt afișate. Acest lucru nu se realizează, deoarece fiecare dintre cele patru elemente 2I-NOT pot fi localizate în locuri diferite din circuit. De obicei, ei scriu pur și simplu pe circuite: „+ 5V duc la concluzii 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V duc la concluzii 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. " Elemente localizate separat sunt desemnate ca DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Figura 2 arată că cipul K155LA3 este format din patru elemente 2I-NOT. Așa cum am menționat deja în a doua parte a articolului, concluziile de intrare sunt localizate în stânga, iar rezultatele în dreapta.

Analogul străin al K155LA3 este cipul SN7400 și poate fi utilizat în siguranță pentru toate experimentele descrise mai jos. Pentru a fi mai precis, întreaga serie de jetoane K155 este un analog al seriei străine SN74, astfel încât vânzătorii de pe piețele de radio oferă doar asta.

Figura 2. Pinota cipului K155LA3.

Pentru a efectua experimente cu un microcircuit, va trebui sursa de alimentare 5V tensiune. Cel mai simplu mod de a face o astfel de sursă este folosind microcircuitul stabilizator K142EN5A sau versiunea sa importată, care se numește 7805. În același timp, nu este necesar să înfășurați transformatorul, să lipiți puntea, să instalați condensatoare. La urma urmei, există întotdeauna un adaptor de rețea chinezesc, cu o tensiune de 12 V, la care este suficient să conectați 7805, așa cum se arată în figura 3.

Figura 3. O sursă simplă de energie pentru experimente.

Pentru a efectua experimente cu microcircuitul, va trebui să faceți un panou de dimensiuni mici. Este o bucată de getinax, fibră de sticlă sau alt material izolant similar, cu dimensiunile de 100 * 70 mm. Chiar și placaj simplu sau carton gros este potrivit pentru astfel de scopuri.

De-a lungul laturilor lungi ale plăcii, conductoarele conserve trebuie să fie întărite cu o grosime de aproximativ 1,5 mm, prin intermediul căreia se va alimenta microcircuitul (autobuzele). Între conductoare pe întreaga suprafață a plăcii de panou, găuriți un diametru de cel mult 1 mm.

Atunci când efectuați experimente, va fi posibil să introduceți bucăți de sârmă cosită în ele, la care condensatorii, rezistențele și alte componente radio vor fi lipite. La colțurile plăcii, ar trebui să faceți picioarele joase, acest lucru va face posibil să așezați firele de jos.Designul plăcii de panou este prezentat în figura 4.

Figura 4. Consiliul de dezvoltare.

După ce placa de panou este gata, puteți începe să experimentați. Pentru a face acest lucru, cel puțin un cip K155LA3 ar trebui instalat pe el: pinii de lipit 14 și 7 la autobuzele de alimentare și îndoiți pinii rămași, astfel încât să se așeze pe placă.

Înainte de a începe experimentele, ar trebui să verificați fiabilitatea de lipit, conectarea corectă a tensiunii de alimentare (conectarea tensiunii de alimentare în polaritatea inversă poate deteriora microcircuitul) și, de asemenea, verificați dacă există un scurtcircuit între bornele adiacente. După această verificare, puteți porni alimentarea și începe experimentele.

Cel mai potrivit pentru măsurători voltmetru cadrana cărei impedanță de intrare este de cel puțin 10K / V. Orice tester, chiar chinezesc ieftin, satisface pe deplin această cerință.

De ce este mai bine să comutați? Deoarece, observând fluctuațiile săgeții, puteți observa impulsuri de tensiune, desigur cu o frecvență destul de mică. Un multimetru digital nu are această capacitate. Toate măsurătorile trebuie efectuate în raport cu „minusul” sursei de alimentare.

După pornirea alimentării, măsurați tensiunea la toți pinii microcircuitului: la pinii de intrare 1 și 2, 4 și 5, 9 și 10, 12 și 13, tensiunea trebuie să fie de 1,4 V. Și la terminalele de ieșire 3, 6, 8, 11 aproximativ 0,3V. Dacă toate tensiunile sunt în limitele specificate, atunci microcircuitul este funcțional.

Figura 5. Experimente simple cu un element logic.

Testarea funcționării elementului logic 2 ȘI NU poate fi pornită, de exemplu, de la primul element. Pinii de intrare 1 și 2, și ieșirea 3. Pentru a aplica un semnal logic zero la intrare, este suficient să conectați pur și simplu această intrare la firul negativ (comun) al sursei de alimentare. Dacă este necesară introducerea unei unități logice, atunci această intrare trebuie conectată la magistrala + 5V, dar nu direct, ci printr-o rezistență limitantă cu o rezistență de 1 ... 1,5 KOhm.

Să presupunem că am conectat intrarea 2 la un fir comun, furnizându-i astfel un zero logic, iar la intrarea 1 am alimentat o unitate logică, așa cum tocmai a fost indicat prin rezistența de terminare R1. Această conexiune este prezentată în figura 5a. Dacă, cu o astfel de conexiune, se măsoară tensiunea la ieșirea elementului, atunci voltmetrul va afișa 3,5 ... 4,5V, ceea ce corespunde unei unități logice. Unitatea logică va măsura tensiunea la pinul 1.

Acest lucru coincide complet cu ceea ce a fost arătat în a doua parte a articolului pe exemplul circuitului de contact releu 2I-NOT. Pe baza rezultatelor măsurătorilor, se poate face următoarea concluzie: când una dintre intrările elementului 2I-NOT este mare, iar cealaltă este scăzută, randamentul este sigur că are un nivel ridicat.

În continuare, vom face următorul experiment - vom furniza o unitate ambelor intrări simultan, așa cum este indicat în figura 5b, dar vom conecta una dintre intrări, de exemplu 2, la un fir comun folosind un jumper de sârmă. (Pentru astfel de scopuri, este mai bine să folosiți un ac de cusut obișnuit, lipit la cablaje flexibile). Dacă acum măsurăm tensiunea la ieșirea elementului, atunci, ca în cazul precedent, va exista o unitate logică.

Fără a întrerupe măsurătorile, scoatem jumperul de sârmă - voltmetrul va afișa un nivel ridicat la ieșirea elementului. Acest lucru este complet în concordanță cu logica elementului 2I-NOT, care poate fi verificat prin raportarea la diagrama de contact din a doua parte a articolului, precum și prin analizarea tabelului de adevăr prezentat acolo.

Dacă acest jumper este acum închis periodic la cablul comun al oricăreia dintre intrări, simulând o alimentare de nivel scăzut și înalt, atunci folosind un voltmetru, ieșirea poate detecta impulsuri de tensiune - săgeata va oscila în timp, cu jumperul atingând intrarea microcircuitului.

Din experimente se pot trage următoarele concluzii: tensiunea la nivel scăzut la ieșire va apărea doar atunci când este prezent un nivel ridicat la ambele intrări, adică condiția 2I este satisfăcută la intrări.Dacă cel puțin una dintre intrări conține un zero logic, ieșirea are o unitate logică, putem repeta faptul că logica microcircuitului este complet în concordanță cu logica circuitului de contact 2I-NU considerat în a doua parte a articolului.

Aici este indicat să mai facem un experiment. Sensul său este de a opri toți pinii de intrare, trebuie doar să îi lăsați în „aer” și să măsurați tensiunea de ieșire a elementului. Ce va fi acolo? Așa este, va exista o tensiune zero logică. Acest lucru sugerează că intrările neconectate ale elementelor logice sunt echivalente cu intrările cu unitatea logică aplicată acestora. Nu trebuie să uitați de această caracteristică, deși intrările neutilizate sunt de obicei recomandate pentru a fi conectate undeva.

Figura 5c arată cum un element logic 2I-NU poate fi transformat pur și simplu într-un invertor. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să conectați ambele intrări ale acestuia. (Chiar dacă există patru sau opt intrări, o astfel de conexiune este acceptabilă).

Pentru a vă asigura că semnalul de la ieșire are o valoare opusă semnalului de la intrare, este suficient să conectați intrările cu un jumper de sârmă la un fir comun, adică aplicați o logică zero la intrare. În acest caz, un voltmetru conectat la ieșirea elementului va arăta o unitate logică. Dacă deschideți jumperul, la ieșire va apărea o tensiune de nivel scăzut, care este exact opusul tensiunii de intrare.

Această experiență sugerează că invertorul este complet echivalent cu funcționarea circuitului de contact NU considerat în a doua parte a articolului. Acestea sunt proprietățile în general minunate ale cipului 2I-NU. Pentru a răspunde la întrebarea cum se întâmplă toate acestea, ar trebui să luați în considerare circuitul electric al elementului 2I-NU.

Structura internă a elementului 2 NU este

Până acum, am considerat un element logic la nivelul desemnării sale grafice, luându-l, așa cum se spune în matematică, ca o „cutie neagră”: fără a intra în detalii despre structura internă a elementului, am examinat răspunsul la semnale de intrare. Acum este timpul să studiem structura internă a elementului nostru logic, care este prezentat în figura 6.

Figura 6. Circuitul electric al elementului logic 2I-NOT.

Circuitul conține patru tranzistoare ale structurii n-p-n, trei diode și cinci rezistențe. Există o legătură directă între tranzistoare (fără condensatoare de izolare), ceea ce le permite să lucreze cu tensiuni constante. Sarcina de ieșire a cipului este convențional prezentată ca o rezistență Rн. De fapt, aceasta este cel mai adesea intrarea sau mai multe intrări ale acelorași circuite digitale.

Primul tranzistor este multi-emițător. El este cel care efectuează operația logică de intrare 2I, iar următoarele tranzistoare efectuează amplificarea și inversarea semnalului. Microcircuitele realizate conform unei scheme similare se numesc logică tranzistor-tranzistor, prescurtată ca TTL.

Această abreviere reflectă faptul că operațiunile logicii de intrare și amplificarea și inversarea ulterioară sunt realizate de elemente tranzistorii ale circuitului. În plus față de TTL, există și logica diode-tranzistor (DTL), ale cărei etape logice de intrare sunt efectuate pe diode localizate, desigur, în interiorul microcircuitului.

Figura 7

La intrările elementului logic 2I-NOT între emițătorii tranzistorului de intrare și cablul comun, sunt instalate diodele VD1 și VD2. Scopul lor este de a proteja intrarea de tensiunea de polaritate negativă, care poate apărea ca urmare a auto-inducerii elementelor de montare atunci când circuitul funcționează la frecvențe înalte sau pur și simplu depus din greșeală din surse externe.

Tranzistorul de intrare VT1 este conectat conform schemei cu o bază comună, iar sarcina sa este tranzistorul VT2, care are două sarcini. În emițător, acesta este rezistorul R3, iar în colector R2. Astfel, se obține un invertor de fază pentru etapa de ieșire pe tranzistoarele VT3 și VT4, ceea ce le face să funcționeze în antifază: când VT3 este închis, VT4 este deschis și invers.

Să presupunem că ambele intrări ale elementului 2 ȘI NU sunt scăzute. Pentru a face acest lucru, pur și simplu conectați aceste intrări la un fir comun.În acest caz, tranzistorul VT1 va fi deschis, ceea ce presupune închiderea tranzistoarelor VT2 și VT4. Tranzistorul VT3 va fi în stare deschisă și prin el și prin dioda VD3, curentul curge în sarcină - la ieșirea elementului se află o stare de nivel înalt (unitate logică).

În cazul în care tranzistorul logic VT1 este închis la ambele intrări, acesta va deschide tranzistoarele VT2 și VT4. Datorită deschiderii lor, tranzistorul VT3 se închide și curentul prin încărcare se oprește. La ieșirea elementului, este setată o stare zero sau o tensiune joasă.

Nivelul scăzut de tensiune se datorează unei căderi de tensiune la joncțiunea colector-emițător a tranzistorului deschis VT4 și, conform specificațiilor, nu depășește 0,4V.

Tensiunea la nivel înalt la ieșirea elementului este mai mică decât tensiunea de alimentare prin mărimea căderii de tensiune pe tranzistorul deschis VT3 și dioda VD3 în cazul în care tranzistorul VT4 este închis. Tensiunea la nivel înalt la ieșirea elementului depinde de sarcină, dar nu trebuie să fie mai mică de 2.4V.

Dacă la intrările elementului conectat se aplică o tensiune care variază foarte lent, care variază de la 0 ... 5v, atunci se poate observa că tranziția elementului de la un nivel înalt la unul scăzut are loc treptat. Această tranziție se efectuează în momentul în care tensiunea la intrări atinge un nivel de aproximativ 1,2V. O astfel de tensiune pentru a 155-a serie de microcircuite se numește prag.

Aceasta poate fi considerată o cunoștință generală cu elementul 2I-NOT complet. În următoarea parte a articolului vom face cunoștință cu dispozitivul diferitelor dispozitive simple, cum ar fi diferite generatoare și formatoare de impulsuri.

Boris Alaldyshkin

Continuarea articolului: Jetoane logice. Partea 4

Carte electronică -Ghid pentru începători pentru microcontrolere AVR