Loogiset sirut. Osa 3

Loogiset sirut. Osa 1

Loogiset sirut. Osa 2 - Portit

Tapaa digitaalinen siru

Artikkelin toisessa osassa puhuimme loogisten elementtien ehdollisista graafisista nimityksistä ja näiden elementtien suorittamista toiminnoista.

Toimintaperiaatteen selittämiseksi annettiin kontaktipiirit, jotka suorittavat AND, OR, NOT ja AND-NOT loogisia toimintoja. Nyt voit aloittaa käytännön tutustumisen K155-sarjan mikropiireihin.

Ulkonäkö ja muotoilu

155. sarjan peruselementti on K155LA3-siru. Se on muovikotelo, jossa on 14 johtoa, joiden yläpuolelle on merkitty ja avain, joka osoittaa sirun ensimmäisen ulostulon.

Avain on pieni pyöreä merkki. Jos tarkastellaan mikropiiriä ylhäältä (kotelon sivulta), johtopäätökset tulisi laskea vastapäivään, ja jos alhaalta, niin myötäpäivään.

Piirros mikrosirun kotelosta on esitetty kuvassa 1. Tällaista koteloa kutsutaan DIP-14, joka englanniksi käännettynä tarkoittaa muovikoteloa, jossa on kaksirivinen nastat. Monissa mikropiireissä on suurempi määrä tappeja, ja siksi tapaus voi olla DIP-16, DIP-20, DIP-24 ja jopa DIP-40.

Kuva 1. DIP-14-kotelo.

Mitä tässä tapauksessa sisältyy

K155LA3-mikropiirin DIP-14-paketissa on 4 erillistä elementtiä 2I-NOT. Ainoa asia, joka heitä yhdistää, on vain yleiset tehon johtopäätökset: mikrosirun 14. lähtö on + virtalähde ja nasta 7 on lähteen negatiivinen napa.

Jotta piiri ei häiritsisi tarpeettomilla elementeillä, virtajohtoja ei yleensä esitetä. Tätä ei myöskään tehdä, koska jokainen neljästä 2I-NOT-elementistä voi sijaita piirin eri paikoissa. Yleensä he vain kirjoittavat piireille: “+ 5 V johtaa johtopäätöksiin 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5 V johtaa johtopäätöksiin 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. " Erillisesti sijaitsevat elementit on merkitty DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Kuvio 2 osoittaa, että K155LA3-siru koostuu neljästä 2I-NOT-elementistä. Kuten jo artikkelin toisessa osassa mainittiin, tulon johtopäätökset sijaitsevat vasemmalla ja tuotokset oikealla.

K155LA3: n ulkomainen analogi on SN7400-siru ja sitä voidaan käyttää turvallisesti kaikkiin alla kuvattuihin kokeisiin. Tarkemmin sanottuna koko K155-sirusarja on analoginen ulkomaiselle SN74-sarjalle, joten radiomarkkinoiden myyjät tarjoavat juuri sen.

Kuva 2. K155LA3-sirun pinout.

Tarvitset kokeiden suorittamiseksi mikrosirulla virtalähde 5 V jännite. Helpoin tapa saada tällainen lähde on käyttää stabilointipiiriä K142EN5A tai sen tuontiversiota, jota kutsutaan 7805. Tässä tapauksessa muuntajaa ei tarvitse kääriä, juottaa siltaa, asentaa kondensaattoreita. Loppujen lopuksi on aina jotain kiinalaista verkkosovitinta, jonka jännite on 12 V, johon se riittää kytkemään 7805, kuten kuvassa 3 esitetään.

Kuva 3. Yksinkertainen virtalähde kokeiluille.

Mikropiiriä koskevien kokeiden suorittamiseksi sinun on tehtävä pieni leipälauta. Se on pala getinaxia, lasikuitua tai muuta vastaavaa eristemateriaalia, jonka mitat ovat 100 * 70 mm. Jopa yksinkertainen vaneri tai paksu pahvi sopii näihin tarkoituksiin.

Levyn pitkien sivujen ohessa olevat tinajohtimet tulisi vahvistaa noin 1,5 mm paksuisina, joiden kautta virtaa syötetään mikropiireihin (voimaväylät). Poraa johtimien väliin leipälevyn koko alueelle reikät, joiden halkaisija on enintään 1 mm.

Kokeita suoritettaessa on mahdollista lisätä niihin tinalankapalasia, joihin kondensaattorit, vastukset ja muut radiokomponentit juotetaan. Lautasen kulmista sinun tulee tehdä matalat jalat, tämä mahdollistaa johtojen sijoittamisen alhaalta.Leipälevyn muotoilu on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Kehityskortti.

Kun leipälauta on valmis, voit aloittaa kokeilun. Tätä varten siihen tulisi asentaa ainakin yksi K155LA3-siru: juotostapit 14 ja 7 virtalähteisiin ja taivuta loput tapit siten, että ne mahtuvat levylle.

Ennen kokeiden aloittamista sinun tulee tarkistaa juottamisen luotettavuus, syöttöjännitteen oikea kytkentä (syöttöjännitteen kytkeminen käänteiseen napaisuuteen voi vahingoittaa mikropiiriä) ja tarkista myös, onko vierekkäisten napojen välillä oikosulku. Tämän tarkistuksen jälkeen voit kytkeä virran päälle ja aloittaa kokeet.

Soveltuu parhaiten mittauksiin valinta voltimetrijoiden tuloimpedanssi on vähintään 10K / V. Jokainen testaaja, jopa halpa kiinalainen, täyttää tämän vaatimuksen täysin.

Miksi on parempi vaihtaa? Koska tarkkailemalla nuolen heilahteluita, voit havaita jännitepulssit, tietysti riittävän alhaisella taajuudella. Digitaalisella yleismittarilla ei ole tätä kykyä. Kaikki mittaukset tulisi suorittaa suhteessa virtalähteen "miinus".

Kun virta on kytketty päälle, mittaa jännite kaikissa piirissä olevissa piireissä: tulotapeissa 1 ja 2, 4 ja 5, 9 ja 10, 12 ja 13, jännitteen tulee olla 1,4 V. Ja lähtöliittimissä 3, 6, 8, 11 noin 0,3 V. Jos kaikki jännitteet ovat määriteltyjen rajojen sisällä, mikrosiru on toiminnassa.

Kuva 5. Yksinkertaiset kokeet logiikkaelementillä.

Loogisen elementin 2 JA EI testaus voidaan käynnistää esimerkiksi ensimmäisestä elementistä. Sen sisääntulonastat 1 ja 2 ja lähtö 3. Jotta voidaan käyttää loogista nollasignaalia tuloon, riittää, kun yksinkertaisesti kytketään tämä tulo virtalähteen negatiiviseen (yleiseen) johtoon. Jos sisäänmenoon vaaditaan looginen yksikkö, tämä tulo tulee kytkeä + 5V-väylään, mutta ei suoraan, mutta rajoittavan vastuksen kautta, jonka vastus on 1 ... 1,5 KOhm.

Oletetaan, että yhdistimme tulon 2 yhteiseen johtimeen, toimittamalla sille loogisen nollan, ja tuloon 1 syötimme loogisen yksikön, kuten juuri osoitettiin päätevastuksen R1 kautta. Tämä yhteys on esitetty kuvassa 5a. Jos sellaisella liitännällä mitataan jännite elementin ulostulossa, volttimittari näyttää 3,5 ... 4,5 V, mikä vastaa loogista yksikköä. Looginen yksikkö antaa jännitteen mittauksen tapissa 1.

Tämä vastaa täysin sitä, mitä artikkelin toisessa osassa on esitetty relekosketuspiirin 2I-NOT esimerkissä. Mittaustulosten perusteella voidaan tehdä seuraava johtopäätös: kun toinen 2AND-elementin tuloista EI ole korkea, ja toinen on alhainen, lähtö on välttämättä korkealla tasolla.

Seuraavaksi teemme seuraavan kokeen - toimitamme yksikön molemmille sisääntuloille kerralla, kuten kuvassa 5b on osoitettu, mutta yhdistämme yhden tuloista, esimerkiksi 2, yhteiseen johtoon lankahyppylaitteen avulla. (Tällaisia ​​tarkoituksia varten on parasta käyttää tavallista ommelneulaa, joka on juotettu joustavaan johdotukseen). Jos nyt mitataan jännite elementin ulostulossa, niin tulee, kuten edellisessä tapauksessa, looginen yksikkö.

Keskeyttämättä mittauksia, poistamme johdinhyppy - volttimittari näyttää korkean tason elementin ulostulossa. Tämä on täysin yhdenmukaista 2I-NOT-elementin logiikan kanssa, joka voidaan tarkistaa viittaamalla artikkelin toisessa osassa olevaan kosketuskaavioon sekä tarkastelemalla siinä esitettyä totuustaulukkoa.

Jos tämä hyppääjä on nyt suljettu määräajoin minkä tahansa tulon yhteiselle johdolle, simuloimalla matalaa ja korkeaa tasoa, syöttö voi volttimittaria käyttämällä havaita jännitepulssit - nuoli värähtelee ajoissa, kun hyppääjä koskettaa mikropiirin tuloa.

Kokeista voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset: matalan tason jännite ulostulossa näkyy vain, kun molemmilla tuloilla on korkea taso, eli ehto 2I täyttyy tuloissa.Jos ainakin yksi tuloista sisältää loogisen nollan, ulostulolla on looginen yksikkö, voimme toistaa, että mikrosirun logiikka vastaa täysin kontaktipiirin 2I-EI logiikkaa, jota ei ole otettu huomioon artikkelin toinen osa.

Tässä on aiheellista tehdä vielä yksi koe. Sen tarkoitus on sammuttaa kaikki tulotapit, jätä ne vain "ilmaan" ja mitata elementin lähtöjännite. Mitä siellä tulee olemaan? Aivan totta, siellä tulee looginen nollajännite. Tämä viittaa siihen, että loogisten elementtien kytkemättömät tulot vastaavat sisääntuloja niihin sovelletun loogisen yksikön kanssa. Sinun ei pidä unohtaa tätä ominaisuutta, vaikka käyttämättömiä tuloja suositellaan yleensä liitettäväksi jonnekin.

Kuvio 5c osoittaa, kuinka 2I-EI looginen elementti voidaan yksinkertaisesti muuttaa invertteriksi. Kytke tämä vain liittämällä molemmat sen tulot. (Vaikka tuloja on neljä tai kahdeksan, tällainen yhteys on hyväksyttävä).

Jotta voidaan varmistaa, että ulostulon signaalilla on vastakkainen arvo kuin tulon signaalilla, riittää, kun kytket tulot lankahyppylaitteella yhteiseen johtoon, toisin sanoen, asetetaan tuloon looginen nolla. Tässä tapauksessa elementin ulostuloon kytkettynä voltimetri näyttää loogisen yksikön. Jos avaat hyppyjohtimen, ulostulossa näkyy matala jännite, joka on täysin vastakohta tulojännitteelle.

Tämä kokemus viittaa siihen, että invertteri vastaa täysin kosketuspiirin toimintaa, jota EI käsitellä artikkelin toisessa osassa. Sellaiset ovat 2I-NOT-sirun yleensä upeat ominaisuudet. Jotta vastataan kysymykseen, kuinka tämä kaikki tapahtuu, sinun tulee harkita 2I-NOT-elementin sähköpiiriä.

Elementin 2 sisäinen rakenne EI OLE

Tähän saakka olemme pitäneet loogista elementtiä sen graafisen nimityksen tasolla ottaen sitä, kuten matematiikassa sanotaan "mustana laatikkona": Tutkimatta elementin sisäisen rakenteen yksityiskohtia, tutkimme sen vastausta tulosignaaleihin. Nyt on aika tutkia logiikkaelementtimme sisäistä rakennetta, joka on esitetty kuvassa 6.

Kuva 6. Loogisen elementin 2I-EI sähköpiiri.

Piiri sisältää neljä n-p-n-rakenteen transistoria, kolme diodia ja viisi vastuksia. Transistorien välillä on suora yhteys (ilman eristyskondensaattoreita), jonka avulla ne voivat toimia vakiojännitteillä. Sirun lähtökuorma esitetään tavanomaisesti vastuksena Rн. Itse asiassa tämä on useimmiten saman digitaalipiirin tulo tai useita tuloja.

Ensimmäinen transistori on monisäteinen. Se on hän, joka suorittaa tuloloogisen operaation 2I, ja seuraavat transistorit suorittavat signaalin vahvistuksen ja käännöksen. Mikropiirejä, jotka on valmistettu samanlaisen kaavion mukaan, kutsutaan transistori-transistorilogiksi, lyhennettynä TTL.

Tämä lyhenne kuvastaa sitä tosiasiaa, että piirin transistorielementit suorittavat tuloloogiset operaatiot ja sitä seuraavan vahvistuksen ja inversion. TTL: n lisäksi on olemassa myös dioditransistorilogiikka (DTL), jonka sisääntulogoogiset vaiheet suoritetaan diodeille, jotka sijaitsevat tietysti mikropiirin sisällä.

Kuvio 7

Loogisen elementin 2I-NOT sisääntuloihin sisääntulotransistorin emitterien ja yhteisen johtimen välillä diodit VD1 ja VD2 asennetaan. Niiden tarkoituksena on suojata tuloa negatiivisen napaisuuden jännitteeltä, joka voi tapahtua kiinnityselementtien itseinduktion seurauksena, kun piiri toimii korkeilla taajuuksilla tai yksinkertaisesti vahingossa arkistoida ulkoisista lähteistä.

Tulotransistori VT1 on kytketty kaavion mukaisesti yhdellä pohjalla ja sen kuormitus on transistori VT2, jolla on kaksi kuormaa. Emitterissä tämä on vastus R3 ja kollektorissa R2. Täten saadaan transistorien VT3 ja VT4 lähtövaiheen vaiheinvertteri, joka saa ne toimimaan vastafaasissa: kun VT3 on kiinni, VT4 on auki ja päinvastoin.

Oletetaan, että elementin 2 molempia tuloja EI syötetä alhaisella tasolla. Liitä nämä tulot yksinkertaisesti yhteiseen johtoon, jotta voit tehdä tämän.Tässä tapauksessa transistori VT1 on auki, mikä merkitsee transistorien VT2 ja VT4 sulkemista. Transistori VT3 on avoimessa tilassa ja sen ja VD3-diodin läpi virta virtaa kuormaan - elementin ulostulossa on korkean tason tila (looginen yksikkö).

Jos loginen transistori VT1 on kiinni molemmissa tuloissa, se avaa transistorit VT2 ja VT4. Niiden avautumisen takia VT3-transistori sulkeutuu ja kuorman läpi kulkeva virta pysähtyy. Elementin ulostulossa asetetaan nollatila tai matala jännite.

Alhainen jännitetaso johtuu jännitteen pudotuksesta avoimen VT4-transistorin kollektorin ja emitterin liitoskohdassa, ja se ei eritelmien mukaan ylitä 0,4 V.

Korkean tason jännite elementin ulostulossa on pienempi kuin syöttöjännite jännitteen pudotuksen suuruudella avoimen transistorin VT3 ja diodin VD3 yli siinä tapauksessa, että transistori VT4 on suljettu. Elementin lähdön korkea jännite riippuu kuormasta, mutta sen ei tulisi olla pienempi kuin 2,4 V.

Jos toisiinsa kytkettyjen elementtien tuloihin johdetaan hyvin hitaasti vaihtelevaa jännitettä, joka vaihtelee välillä 0 ... 5v, voidaan nähdä, että elementin siirtyminen korkealta tasolta matalaan tapahtuu vaiheittain. Tämä siirtymä suoritetaan sillä hetkellä, kun tulojen jännite saavuttaa noin 1,2 V: n tason. Tällaista jännitettä mikropiirien 155. sarjassa kutsutaan kynnysarvoksi.

Tätä voidaan pitää elementin 2I-EI täydellisenä tutuna. Artikkelin seuraavassa osassa tutustutaan useiden yksinkertaisten laitteiden, kuten erilaisten generaattoreiden ja pulssimuokkaimien, laitteisiin.

Boris Alaldyshkin

Artikkelin jatko: Loogiset sirut. Osa 4

E-kirja -Aloittelijan opas AVR-mikrokontrollereihin