Logički čipovi. 3. dio

Logički čipovi. 1. dio

Logički čipovi. 2. dio - Kapije

Upoznajte digitalni čip

U drugom smo dijelu članka govorili o uvjetnim grafičkim oznakama logičkih elemenata i o funkcijama koje ti elementi obavljaju.

Da bi se objasnio princip rada, dani su kontaktni krugovi koji izvršavaju logičke funkcije AND, ILI, NOT i AND-NOT. Sada možete početi praktično upoznavanje s mikrovezama serije K155.

Izgled i dizajn

Osnovni element 155. serije je čip K155LA3. Radi se o plastičnom kućištu s 14 vodiča na čijoj je gornjoj strani označen i tipkom koja označava prvi izlaz čipa.

Ključ je mali okrugli trag. Ako mikro krug gledate odozgo (sa strane kućišta), zaključke treba računati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, a ako odozdo, onda u smjeru kazaljke na satu.

Na slici 1. prikazan je crtež slučaja mikro kruga koji se naziva DIP-14, što se s engleskog prevodi kao plastični slučaj s dvorednim rasporedom igle. Mnoge mikrovezi imaju veći broj pinova, pa slučaj može biti DIP-16, DIP-20, DIP-24, pa čak i DIP-40.

Slika 1. Prilog DIP-14.

Što je sadržano u ovom slučaju

U DIP-14 paketu K155LA3 mikro krug sadrži 4 neovisna elementa 2I-NOT. Jedino što ih ujedinjuje jesu samo opći zaključci napajanja: 14. izlaz mikro kruga je + izvor napajanja, a pin 7 negativni pol izvora.

Da se krug ne bi zatrpao nepotrebnim elementima, naponski vodovi, u pravilu, nisu prikazani. To se također ne radi, jer se svaki od četiri elementa 2I-NOT može nalaziti na različitim mjestima u krugu. Obično na krugovima jednostavno napišu: "+ 5V dovodi do zaključaka 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V dovesti do zaključaka 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Zasebno smješteni elementi označeni su kao DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Na slici 2 prikazano je da se K155LA3 čip sastoji od četiri elementa 2I-NOT. Kao što je već spomenuto u drugom dijelu članka, ulazni zaključci nalaze se na lijevoj strani, a izlazi na desnoj strani.

Strani analog K155LA3 je čip SN7400 i može se sigurno koristiti za sve dolje opisane eksperimente. Da budemo precizniji, čitava serija čipova K155 analogna je stranoj seriji SN74, pa prodavači na radijskim tržištima nude upravo to.

Slika 2. Otvor čipa K155LA3.

Za provođenje eksperimenata s mikro krugom, trebat će vam izvor napajanja 5V napon. Najlakši način za izradu takvog izvora je korištenjem stabilizacijskog čipa K142EN5A ili njegove uvezene verzije, koja se zove 7805. U ovom slučaju nije potrebno navijati transformator, lemiti most, instalirati kondenzatore. Uostalom, uvijek će postojati neki kineski mrežni adapter s naponom od 12 V, na koji je dovoljno spojiti 7805, kao što je prikazano na slici 3.

Slika 3. Jednostavan izvor napajanja za eksperimente.

Za provođenje eksperimenata s mikro krugom, morat ćete napraviti ploču male veličine. To je komad getinaksa, stakloplastike ili drugog sličnog izolacijskog materijala dimenzija 100 * 70 mm. Čak je i jednostavna šperploča ili debeli karton prikladan za takve svrhe.

Uzduž dugih strana ploče treba ojačati konzervirane vodiče debljine oko 1,5 mm, kroz koje će se napajati mikro krugovi (magistrali). Između vodiča na cijelom području ploče izbušite rupe promjera ne više od 1 mm.

Tijekom provođenja pokusa, u njih će biti moguće umetnuti komade limene žice na koje će se lemiti kondenzatori, otpornici i druge radio komponente. Na uglovima ploče trebali biste napraviti niske noge, to će omogućiti postavljanje žica odozdo.Dizajn ploče prikazan je na slici 4.

Slika 4. Razvojna ploča.

Nakon što je daska spremna, možete početi eksperimentirati. Da biste to učinili, na njega treba instalirati najmanje jedan čip K155LA3: vijke za lemljenje 14 i 7 spojite na magistrale, a preostale igle savijte tako da leže na ploči.

Prije početka eksperimenata trebali biste provjeriti pouzdanost lemljenja, pravilan spoj napona napajanja (spajanje naponskog napona u obrnutoj polarnosti može oštetiti mikro krug), a također provjeriti postoji li kratki spoj između susjednih terminala. Nakon ove provjere možete uključiti napajanje i započeti eksperimente.

Najprikladnije za mjerenja birajte voltmetarčija je ulazna impedansa najmanje 10K / V. Svaki ispitivač, čak i jeftini kineski, u potpunosti zadovoljava ovaj zahtjev.

Zašto je bolje prebaciti se? Jer, promatrajući fluktuaciju strelice, možete primijetiti impulse napona, naravno dovoljno niske frekvencije. Digitalni multimetar nema tu mogućnost. Sva mjerenja treba obaviti u odnosu na "minus" izvora energije.

Nakon uključivanja napajanja, izmjerite napon na svim pinovima mikro kruga: na ulaznim pinovima 1 i 2, 4 i 5, 9 i 10, 12 i 13 napon bi trebao biti 1,4 V. A na izlaznim stezaljkama 3, 6, 8, 11 oko 0,3 V. Ako su svi naponi unutar zadanih granica, tada je mikrostrujni krug operativan.

Slika 5. Jednostavni eksperimenti s logičkim elementom.

Ispitivanje rada logičkog elementa 2 I NE može se pokrenuti, na primjer, od prvog elementa. Njegovi ulazni pinovi 1 i 2, a izlaz 3. Da biste na ulaz primijenili logički nulti signal, dovoljno je da ovaj ulaz jednostavno povežete s negativnom (uobičajenom) žicom izvora napajanja. Ako je potrebna logička jedinica za unos, tada bi taj ulaz trebao biti spojen na + 5V sabirnicu, ali ne izravno, već kroz ograničavajući otpornik s otporom od 1 ... 1,5 KOhm.

Pretpostavimo da smo priključili ulaz 2 na zajedničku žicu i na taj način napajali logičku nulu, a na ulaz 1 napajali smo logičku jedinicu, kako je upravo naznačeno kroz krajnji otpornik R1. Ta je veza prikazana na slici 5a. Ako se takvom vezom mjeri napon na izlazu elementa, tada će voltmetar pokazati 3,5 ... 4,5 V, što odgovara logičkoj jedinici. Logička jedinica dat će mjerenje napona na pin 1.

To se u potpunosti podudara s onim što je prikazano u drugom dijelu članka na primjeru relejno-kontaktnog kruga 2I-NOT. Na temelju rezultata mjerenja može se zaključiti slijedeći zaključak: kada je jedan od ulaza elementa 2I-NOT visok, a drugi nizak, izlaz će sigurno imati visoku razinu.

Zatim ćemo napraviti sljedeći eksperiment - opskrbit ćemo jedinicu na oba ulaza istovremeno, kao što je prikazano na slici 5b, ali jedan od ulaza, primjerice 2, spojit ćemo u zajedničku žicu pomoću žičane skakačice. (U takve je svrhe najbolje koristiti običnu šivaću iglu zalemljenu za fleksibilno ožičenje). Ako sada izmjerimo napon na izlazu elementa, tada će, kao u prethodnom slučaju, postojati logična jedinica.

Bez ometanja mjerenja uklanjamo žičani skakač - voltmetar će na izlazu elementa pokazati visoku razinu. To je u potpunosti u skladu s logikom elementa 2I-NOT, što se može provjeriti pozivanjem na dijagram kontakta u drugom dijelu članka, kao i gledanjem tablice istine koja je tamo prikazana.

Ako je ovaj skakač periodično kratko spojen na zajedničku žicu bilo kojeg od ulaza, simulirajući napajanje niske i visoke razine, tada se uz pomoć voltmetra mogu otkriti impulsni naponi na izlazu - strelica će oscilirati s vremenom kad skakač dodiruje ulaz mikrokontrole.

Iz eksperimenata se mogu izvući sljedeći zaključci: napon niske razine na izlazu pojavit će se samo kad je na oba ulaza prisutna visoka razina, to jest, uvjet 2I je zadovoljen na ulazima.Ako barem jedan od ulaza sadrži logičku nulu, izlaz ima logičku jedinicu, možemo ponoviti da je logika mikrocirke u potpunosti u skladu s logikom kontaktnog kruga 2I-NOT razmatrane u drugi dio članka.

Ovdje je prikladno napraviti još jedan eksperiment. Njegovo značenje je isključiti sve ulazne pinove, samo ih ostavite u "zraku" i izmjerite izlazni napon elementa. Što će tamo biti? Tako je, bit će logičan nulta napon. Ovo upućuje na to da su nepovezani ulazi logičkih elemenata jednaki ulazima s logičkom jedinicom koja je primijenjena na njih. Ne biste trebali zaboraviti na ovu značajku, iako se neiskorišteni ulazi obično preporučuju negdje priključiti.

Na slici 5c prikazano je kako se 2I-NOT logički element može jednostavno pretvoriti u pretvarač. Da biste to učinili, samo povežite oba njegova ulaza. (Čak i ako postoje četiri ili osam ulaza, takva je veza prihvatljiva).

Da biste bili sigurni da signal na izlazu ima vrijednost suprotnu signalu na ulazu, dovoljno je da ulaze povežete žicama za spajanje na zajedničku žicu, tj. Primijenite logičku nulu na ulaz. U ovom slučaju će voltmetar spojen na izlaz elementa pokazati logičku jedinicu. Ako otvorite skakač, na izlazu će se pojaviti napon niske razine, što je upravo suprotno ulaznom naponu.

Ovo iskustvo sugerira da je pretvarač potpuno jednak radu kontaktnog kruga koji NIJE razmatran u drugom dijelu članka. Takva su općenito divna svojstva 2I-NOT čipa. Da biste odgovorili na pitanje kako se sve to događa, razmislite o električnom krugu elementa 2I-NOT.

Unutarnja struktura elementa 2 NIJE

Do sada smo smatrali logički element na razini njegove grafičke oznake, uzevši to, kako kažu u matematici kao „crnu kutiju“: ne ulazeći u pojedinosti o unutarnjoj strukturi elementa, ispitali smo njegov odgovor na ulazne signale. Sada je vrijeme za proučavanje unutarnje strukture našeg logičkog elementa, što je prikazano na slici 6.

Slika 6. Električni krug logičkog elementa 2I-NOT.

Krug sadrži četiri tranzistora n-p-n strukture, tri diode i pet otpornika. Izravna je veza između tranzistora (bez izolacijskih kondenzatora), što im omogućuje rad s konstantnim naponima. Izlazno opterećenje čipa je uobičajeno prikazano kao otpornik Rn. U stvari, to je najčešće ulaz ili nekoliko ulaza istih digitalnih krugova.

Prvi tranzistor je više-odašiljač. To je onaj koji vrši ulaznu logičku operaciju 2I, a sljedeći tranzistori izvode pojačanje i inverziju signala. Mikrokrugovi izrađeni po sličnoj shemi nazivaju se tranzistor-tranzistorska logika, skraćeno TTL.

Ova skraćenica odražava činjenicu da ulazne logičke operacije i naknadno pojačanje i inverziju izvode tranzistorski elementi kruga. Osim TTL-a, postoji i diod-tranzistorska logika (DTL), čiji se ulazni logički stadiji izvode na diodama koje se nalaze, naravno, unutar mikro-sklopa.

Slika 7

Na ulaze logičkog elementa 2I-NOT između odašiljača ulaznog tranzistora i zajedničke žice ugrađuju se diode VD1 i VD2. Njihova je svrha zaštititi ulaz od napona negativne polarnosti, koji se mogu dogoditi kao rezultat samoindukcije montažnih elemenata kada krug djeluje na visokim frekvencijama ili ih jednostavno greškom predaju iz vanjskih izvora.

Ulazni tranzistor VT1 spojen je prema shemi zajedničkom bazom, a njegovo opterećenje je tranzistor VT2, koji ima dva opterećenja. U emiteru je to otpornik R3, a u kolektoru R2. Tako se dobiva fazni pretvarač za izlazni stupanj na tranzistorima VT3 i VT4, zbog čega oni djeluju u antifazi: kada je VT3 zatvoren, VT4 je otvoren i obrnuto.

Pretpostavimo da oba ulaza elementa 2 NISU s niskom razinom napajanja. Da biste to učinili, jednostavno povežite ove ulaze na zajedničku žicu.U tom će slučaju tranzistor VT1 biti otvoren, što će podrazumijevati zatvaranje tranzistora VT2 i VT4. Tranzistor VT3 bit će u otvorenom stanju, a kroz njega i VD3 dioda struja teče u opterećenje - na izlazu elementa je stanje visoke razine (logička jedinica).

U tom slučaju, ako se logička jedinica primijeni na oba ulaza, tranzistor VT1 se zatvara, što će dovesti do otvaranja tranzistora VT2 i VT4. Zbog njihovog otvaranja, VT3 tranzistor se zatvara, a struja kroz opterećenje prestaje. Na izlazu elementa postavlja se nulte stanje ili nizak napon.

Razina niskog napona nastaje zbog pada napona na spoju kolektor-emiter otvorenog tranzistora VT4 i, prema specifikacijama, ne prelazi 0,4 V.

Napon visoke razine na izlazu elementa je manji od napona napajanja za veličinu pada napona preko otvorenog tranzistora VT3 i diode VD3 u slučaju kada je tranzistor VT4 zatvoren. Napon visoke razine na izlazu elementa ovisi o opterećenju, ali ne smije biti manji od 2,4 V.

Ako se na ulaze spojenog elementa spoji vrlo sporo mijenjajući napon, varirajući od 0 ... 5 V, tada se vidi da se prijelaz elementa s visoke razine na niži događa korak u korak. Taj se prijelaz izvodi u trenutku kada napon na ulazima dosegne razinu od približno 1,2 V. Takav se napon za 155. seriju mikro krugova naziva pragom.

To se može smatrati općim poznavanjem elementa 2I-NOT kompletan. U sljedećem dijelu članka upoznat ćemo se s uređajem različitih jednostavnih uređaja, poput raznih generatora i oblikovača impulsa.

Boris Alaldyshkin

Nastavak članka: Logički čipovi. 4. dio

E-knjiga -Vodič za početnike AVR mikrokontrolera