Логички чипови. Део 3

Логички чипови. Део 1

Логички чипови. Део 2 - Капије

Упознајте дигитални чип

У другом делу чланка говорили смо о условно графичким ознакама логичких елемената и о функцијама које ови елементи обављају.

Да би се објаснио принцип рада, дати су контактни кругови који обављају логичке функције АНД, ИЛИ, НОТ и АНД-НОТ. Сада можете да почнете са практичним упознавањем микро кругова серије К155.

Изглед и дизајн

Основни елемент 155. серије је чип К155ЛА3. Ради се о пластичном кућишту са 14 водича, на чијој је горњој страни означен и тастер који означава први излаз чипа.

Кључ је мали округли траг. Ако микро круг гледате одозго (са стране кућишта), закључке треба рачунати у смеру супротном од казаљке на сату, а ако одоздо, онда у смеру казаљке на сату.

На слици 1. приказан је цртеж кућишта микро круга. Такав случај се назива ДИП-14, што у преводу са енглеског значи пластични случај са дворедним распоредом игле. Много микроциркула има већи број пинова, па случај може бити ДИП-16, ДИП-20, ДИП-24, па чак и ДИП-40.

Слика 1. ДИП-14 кућиште.

Шта је садржано у овом случају

У ДИП-14 пакету микро-склопа К155ЛА3 садржи 4 независна елемента 2И-НОТ. Једино што их уједињује су само општи закључци о напајању: 14. излаз микроциркула је + извор напајања, а пин 7 негативни пол извора.

Да се ​​круг не би затрпао непотребним елементима, далеководи се по правилу не приказују. Ово се такође не ради јер се сваки од четири елемента 2И-НОТ може налазити на различитим местима у кругу. Обично на круговима једноставно напишу: „+ 5В доводи до закључака 14 ДД1, ДД2, ДД3 ... ДДН. -5В довести до закључака 07 ДД1, ДД2, ДД3 ... ДДН. ". Засебно лоцирани елементи означени су као ДД1.1, ДД1.2, ДД1.3, ДД1.4. Слика 2 показује да се К155ЛА3 чип састоји од четири 2И-НОТ елемента. Као што је већ споменуто у другом делу чланка, закључци улаза налазе се на левој страни, а излазни са десне стране.

Страни аналог К155ЛА3 је чип СН7400 и може се сигурно користити за све доле описане експерименте. Да будемо прецизнији, читава серија чипова К155 аналогна је страној серији СН74, па продавци на радио маркетима нуде управо то.

Слика 2. Излазни чип К155ЛА3.

За спровођење експеримената са микро кругом, требаће вам извор напајања 5В напон. Најлакши начин за стварање таквог извора је коришћење чипа стабилизатора К142ЕН5А или његове увезене верзије, која се зове 7805. У овом случају, није потребно навијање трансформатора, лемљење моста, постављање кондензатора. Уосталом, увек ће постојати неки кинески мрежни адаптер напона 12 В, на који је довољно спојити 7805, као што је приказано на слици 3.

Слика 3. Једноставан извор напајања за експерименте.

Да бисте спровели експерименте са микро кругом, мораћете да направите плочу мале величине. То је комад гетинакса, стаклопластике или другог сличног изолационог материјала димензија 100 * 70 мм. Чак је и једноставна шперплоча или дебели картон погодни за такве сврхе.

Дуж бочне стране плоче треба ојачати калајисане проводнике дебљине око 1,5 мм, кроз које ће се напајати микроелектронска кола (енергетски сабирници). Између проводника по целој површини плоче, избушите рупе пречника не више од 1 мм.

Током извођења експеримената, у њих ће бити могуће уметнути комаде конзервиране жице на које ће се лемити кондензатори, отпорници и друге радио компоненте. На угловима плоче треба да направите ниске ноге, то ће омогућити постављање жица одоздо.Дизајн плоче је приказан на слици 4.

Слика 4. Развојна табла.

Након што је даска спремна, можете почети експериментирати. Да бисте то учинили, на њему треба да буде инсталиран најмање један чип К155ЛА3: игле за лемљење 14 и 7 за напајање, а преостале игле савијте тако да леже на плочи.

Пре него што започнете експерименте, требало би да проверите поузданост лемљења, правилан прикључак напајања (повезивање напајања напоном у обрнутој поларности може оштетити микро круг), а такође проверити да ли постоји кратки спој између суседних терминала. Након ове провере, можете укључити напајање и започети експерименте.

Најприкладније за мерења бирање волтметрачија је улазна импеданса најмање 10К / В. Сваки испитивач, чак и јефтини кинески, у потпуности испуњава овај захтев.

Зашто је боље пребацити се? Јер, посматрајући колебање стрелице, можете приметити напонске импулсе, наравно довољно ниске фреквенције. Дигитални мултиметар нема ту могућност. Сва мерења треба да буду изведена у односу на "минус" извора напајања.

Након укључивања напајања, измерите напон на свим пиновима микро круга: на улазним пиновима 1 и 2, 4 и 5, 9 и 10, 12 и 13, напон треба да буде 1,4 В. А на излазним терминалима 3, 6, 8, 11 око 0,3 В. Ако су сви напони унутар задатих граница, микроциркула је у функцији.

Слика 5. Једноставни експерименти са логичким елементом.

Тестирање рада логичког елемента 2 И НЕ може се покренути, на пример, из првог елемента. Њени улазни игле 1 и 2, а излаз 3. Да бисте на улаз пријавили логички нулти сигнал, довољно је да га једноставно повежете на негативну (уобичајену) жицу извора напајања. Ако је за унос потребна логичка јединица, онда овај улаз треба повезати са + 5В сабирницом, али не директно, већ преко ограничавајућег отпорника са отпором од 1 ... 1,5 КОхм.

Претпоставимо да смо прикључили улаз 2 на заједничку жицу и на тај начин напајали логичку нулу, а на улаз 1 напајали смо логичку јединицу, како је управо назначено преко крајњег отпорника Р1. Ова веза је приказана на слици 5а. Ако се таквом везом измери напон на излазу елемента, тада ће волтметар показати 3,5 ... 4,5 В, што одговара логичкој јединици. Логичка јединица ће дати мерење напона на пин 1.

То се у потпуности подудара са оним што је приказано у другом делу чланка на примеру релејно-контактног круга 2И-НОТ. Према резултатима мерења може се донети следећи закључак: када један од улаза 2АНД елемента НИЈЕ висок, а други низак, излаз је нужно присутан на високом нивоу.

Затим ћемо урадити следећи експеримент - напајаћемо јединицу на оба улаза одједном, као што је приказано на слици 5б, али један од улаза, на пример 2, повежемо у заједничку жицу помоћу жичане скакачице. (У такве сврхе, најбоље је користити обичну иглу за шивање, лемљену на флексибилно ожичење). Ако сада измеримо напон на излазу елемента, тада ће, као и у претходном случају, постојати логичка јединица.

Без ометања мерења уклањамо жичани скакач - волтметар ће на излазу елемента показати висок ниво. То је у потпуности у складу са логиком елемента 2И-НОТ, што се може проверити упућивањем на контактни дијаграм у другом делу чланка, као и гледањем у тамо приказану табелу истине.

Ако је овај скакач периодично затворен за заједничку жицу било ког од улаза, симулирајући напајање ниског и високог нивоа, тада помоћу волтметра излаз може открити импулсне импулсе - стрелица ће временски осцилирати са скакачем који додирује улаз микро круга.

Из експеримената се могу извући следећи закључци: напон ниског нивоа на излазу појављује се само када оба улаза имају висок ниво, односно услов 2И је задовољен на улазима.Ако бар један од улаза садржи логичку нулу, излаз има логичку јединицу, можемо поновити да је логика микроцирке у потпуности у складу са логиком контактног круга 2И-НОТ разматране у други део чланка.

Овде је прикладно урадити још један експеримент. Његово значење је искључити све улазне пинове, само их оставите у „ваздуху“ и измерите излазни напон елемента. Шта ће бити тамо? Тако је, постојаће логички нулта напон. Ово сугерише да су неповезани улази логичких елемената еквивалентни улазима с логичком јединицом која је на њих примењена. Не бисте требали заборавити на ову функцију, мада се неискоришћени улази обично препоручују да се негде повежу.

Слика 5ц приказује како се 2И-НОТ логички елемент може једноставно претворити у претварач. Да бисте то учинили, само повежите оба његова улаза. (Чак и ако постоје четири или осам улаза, таква веза је прихватљива).

Да бисте били сигурни да сигнал на излазу има вредност супротну сигналу на улазу, довољно је да улазе повежете жицастим скакачем на заједничку жицу, тј. Примените логичку нулу на улаз. У овом случају ће волтметар прикључен на излаз елемента показати логичку јединицу. Ако отворите скакач, на излазу ће се појавити напон ниског нивоа, што је потпуно супротно улазном напону.

Ово искуство сугерира да је претварач потпуно једнак раду контактног круга који НИЈЕ разматран у другом дијелу чланка. Таква су углавном чудесна својства 2И-НОТ чипа. Да бисте одговорили на питање како се све ово дешава, размислите о електричном кругу елемента 2И-НОТ.

Унутрашња структура елемента 2 НИЈЕ

До сада смо сматрали логички елемент на нивоу његове графичке ознаке, узевши то, како кажу у математици као „црну кутију“: не упуштајући се у детаље о унутрашњој структури елемента, испитали смо његов одговор на улазне сигнале. Сада је време да проучимо унутрашњу структуру нашег логичког елемента, што је приказано на слици 6.

Слика 6. Електрични круг логичког елемента 2И-НОТ.

Круг садржи четири транзистора н-п-н структуре, три диоде и пет отпорника. Постоји директна веза између транзистора (без изолационих кондензатора), што им омогућава рад са константним напонима. Излазно оптерећење чипа је уобичајено приказано као отпорник Рн. У ствари, то је најчешће улаз или неколико улаза истих дигиталних кола.

Први транзистор је мулти-емитер. То је он који врши улазну логичку операцију 2И, а следећи транзистори извршавају појачање и инверзију сигнала. Микроцирке направљене по сличној шеми називају се транзистор-транзисторска логика, скраћено као ТТЛ.

Ова скраћеница одражава чињеницу да улазне логичке операције и накнадно појачање и инверзија изводе транзисторски елементи кола. Поред ТТЛ-а, постоји и диод-транзисторска логика (ДТЛ), чији се улазни логички стадији изводе на диодама које су, наравно, унутар микро-склопа.

Слика 7

На улазе логичког елемента 2И-НОТ између емитера улазног транзистора и заједничке жице уграђују се диоде ВД1 и ВД2. Њихова је сврха заштитити улаз од напона негативне поларности, који се могу догодити као резултат самоиндукције монтажних елемената када струјни круг ради на високим фреквенцијама или их једноставно грешком поднесу из спољних извора.

Улазни транзистор ВТ1 повезан је према шеми са заједничком базом, а његово оптерећење је транзистор ВТ2 који има два оптерећења. У емитеру је то отпорник Р3, а у колектору Р2. Тако се добија фазни претварач за излазни степен на транзисторима ВТ3 и ВТ4, због чега они раде у антифази: када је ВТ3 затворен, ВТ4 је отворен и обрнуто.

Претпоставимо да оба улаза елемента 2 НИСУ на ниском нивоу. Да бисте то учинили, једноставно повежите ове улазе на заједничку жицу.У том случају ће транзистор ВТ1 бити отворен, што ће подразумевати затварање транзистора ВТ2 и ВТ4. Транзистор ВТ3 ће бити у отвореном стању, а кроз њега и ВД3 диода струја се улива у оптерећење - на излазу елемента је стање на високом нивоу (логичка јединица).

У случају да је логички транзистор ВТ1 затворен на оба улаза, отворит ће транзисторе ВТ2 и ВТ4. Због њиховог отварања, ВТ3 транзистор се затвара, а струја кроз оптерећење престаје. На излазу елемента поставља се нулте стање или низак напон.

Низак ниво напона настаје због пада напона на споју колектор-емитер отвореног транзистора ВТ4 и према спецификацијама не прелази 0,4 В.

Напон високог нивоа на излазу елемента је мањи од напона напајања за величину пада напона преко отвореног транзистора ВТ3 и диоде ВД3 у случају када је транзистор ВТ4 затворен. Напон високог нивоа на излазу елемента зависи од оптерећења, али не сме да буде мањи од 2,4 В.

Ако се на улазе елемента спојеног заједно примењује врло споро променљив напон, који варира од 0 ... 5в, тада се може видети да се прелазак елемента са високог на нижи одвија корак у степену. Овај прелаз се врши у тренутку када напон на улазима достигне ниво од приближно 1,2 В. Такав напон за 155. серију микро кругова назива се прагом.

Ово се може сматрати општим упознавањем елемента 2И-НОТ комплетан. У следећем делу чланка упознаћемо се са уређајима различитих једноставних уређаја, попут различитих генератора и обликовача импулса.

Борис Алалдисхкин

Наставак чланка: Логички чипови. Део 4

Е-књига -Водич за почетнике за АВР микроконтролере