Loginiai lustai. 3 dalis

Loginiai lustai. 1 dalis

Loginiai lustai. 2 dalis - vartai

Susipažinkite su skaitmeniniu lustu

Antroje straipsnio dalyje mes kalbėjome apie sąlyginius grafinius loginių elementų žymėjimus ir apie šių elementų atliekamas funkcijas.

Norėdami paaiškinti veikimo principą, buvo suteiktos kontaktinės grandinės, atliekančios logines AND, OR, NOT ir AND-NOT funkcijas. Dabar galite pradėti praktines pažintis su K155 serijos mikroschemomis.

Išvaizda ir dizainas

Pagrindinis 155-osios serijos elementas yra „K155LA3“ lustas. Tai plastikinis dėklas su 14 laidų, kurio viršutinėje pusėje pažymėta ir raktas, nurodantis pirmąjį lusto išėjimą.

Raktas yra mažas apvalus ženklas. Jei pažvelgsite į mikro grandinę iš viršaus (iš bylos pusės), tada išvadas reikia skaičiuoti prieš laikrodžio rodyklę, o jei iš apačios, tada pagal laikrodžio rodyklę.

Mikroschemos korpuso brėžinys parodytas 1 paveiksle. Toks atvejis vadinamas DIP-14, kuris išvertus iš anglų kalbos yra plastikinis dėklas su dviejų eilučių išdėstymo kaiščiais. Daugelyje mikroschemų yra didesnis kaiščių skaičius, todėl korpusas gali būti DIP-16, DIP-20, DIP-24 ir net DIP-40.

1 pav. DIP-14 korpusas.

Kas yra šiuo atveju

DIP-14 pakete „K155LA3“ mikroschema turi 4 nepriklausomus elementus 2I-NOT. Vienintelis dalykas, kuris juos vienija, yra tik bendros išvados apie galią: 14-oji mikroschemos išvestis yra + galios šaltinis, o 7 kaištis yra neigiamas šaltinio polius.

Kad neužstotų grandinė nereikalingais elementais, maitinimo linijos, kaip taisyklė, nėra parodytos. Tai taip pat nėra daroma, nes kiekvienas iš keturių 2I-NOT elementų gali būti išdėstytas skirtingose ​​grandinės vietose. Paprastai jie tiesiog rašo ant grandinių: „+ 5 V leidžia daryti išvadas 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5 V lemia išvadas 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. “. Atskirai išdėstyti elementai žymimi kaip DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. 2 paveiksle parodyta, kad K155LA3 lustą sudaro keturi 2I-NOT elementai. Kaip jau buvo minėta antroje straipsnio dalyje, įvesties išvados pateikiamos kairėje, o išvestys - dešinėje.

Užsienio K155LA3 analogas yra SN7400 mikroschema, kurią galima saugiai naudoti atliekant visus toliau aprašytus eksperimentus. Tiksliau tariant, visa „K155“ lustų serija yra užsienio SN74 serijos analogas, todėl radijo rinkose pardavėjai siūlo būtent tai.

2 pav. K155LA3 lusto paleidimas.

Norėdami atlikti eksperimentus su mikro grandine, jums reikės maitinimo šaltinis 5 V įtampa. Paprasčiausias būdas padaryti tokį šaltinį yra naudojant K142EN5A stabilizatoriaus mikroschemą arba jos importuotą versiją, kuri vadinama 7805. Tuo pačiu metu nereikia apvijos transformatoriaus, lituoti tilto, montuoti kondensatorių. Galų gale visada bus koks nors Kinijos tinklo adapteris, kurio įtampa yra 12 V, prie kurio pakanka prijungti 7805, kaip parodyta 3 paveiksle.

3 pav. Paprastas energijos šaltinis eksperimentams.

Norėdami atlikti eksperimentus su mikro grandine, turėsite pagaminti nedidelio dydžio lentą. Tai yra getinakso, stiklo pluošto ar kitos panašios izoliacinės medžiagos gabalas, kurio matmenys yra 100 * 70 mm. Tokiems tikslams tinka net paprasta fanera arba storas kartonas.

Išilginiuose plokštės šonuose turėtų būti sutvirtinti maždaug 1,5 mm storio konservuoti laidininkai, per kuriuos energija bus tiekiama į mikro grandines (maitinimo magistralės). Tarp laidininkų visame duonos lentos plote gręžkite skylutes, kurių skersmuo ne didesnis kaip 1 mm.

Atliekant eksperimentus, į juos bus galima įkišti konservuotos vielos gabalus, į kuriuos bus lituojami kondensatoriai, rezistoriai ir kiti radijo komponentai. Lentos kampuose turėtumėte padaryti žemas kojas, tai leis įstatyti laidus iš apačios.Duonos lentos dizainas parodytas 4 paveiksle.

4 pav. Plėtros lenta.

Kai duonkepė bus paruošta, galėsite pradėti eksperimentuoti. Norėdami tai padaryti, ant jo turėtų būti įdiegta bent viena K155LA3 mikroschema: litavimo kaiščiai 14 ir 7 prie maitinimo magistralių, o likusius kaiščius sulenkite taip, kad jie atsidurtų ant lentos.

Prieš pradėdami eksperimentus, turėtumėte patikrinti litavimo patikimumą, teisingą maitinimo įtampos prijungimą (maitinimo įtampos prijungimas atvirkštiniu poliškumu gali sugadinti mikroschemą), taip pat patikrinkite, ar tarp gretimų gnybtų nėra trumpojo jungimo. Po šio patikrinimo galite įjungti maitinimą ir pradėti eksperimentus.

Geriausiai tinka matavimams skaitiklio voltmetraskurių įėjimo varža ne mažesnė kaip 10K / V. Bet kuris testeris, net ir pigūs kinai, visiškai atitinka šį reikalavimą.

Kodėl geriau perjungti? Nes stebėdami rodyklės svyravimus galite pastebėti įtampos impulsus, žinoma, pakankamai žemą dažnį. Skaitmeninis multimetras šios galimybės neturi. Visi matavimai turėtų būti atliekami atsižvelgiant į energijos šaltinio „minusą“.

Įjungę energiją, išmatuokite įtampą visuose mikroschemų kaiščiuose: 1 ir 2, 4 ir 5, 9 ir 10, 12 ir 13 įvesties kaiščiuose įtampa turėtų būti 1,4 V. O išėjimo gnybtuose 3, 6, 8, 11 apie 0,3 V. Jei visos įtampos yra nurodytose ribose, tada mikro grandinė veikia.

5 pav. Paprasti eksperimentai su loginiu elementu.

2 loginio elemento IR NE išbandyti veikimą galima pradėti, pavyzdžiui, nuo pirmojo elemento. Jo įvesties kaiščiai 1 ir 2 bei išėjimas 3. Norint įvesti įvestį loginiu nuliniu signalu, pakanka paprasčiausiai prijungti šį įėjimą prie neigiamo (įprasto) maitinimo šaltinio laido. Jei reikia įvesti loginį vienetą, tada šis įėjimas turėtų būti prijungtas prie + 5 V magistralės, bet ne tiesiogiai, bet per ribojamąjį varžą, kurio varža 1 ... 1,5 KOhm.

Tarkime, kad 2 įvestį prijungėme prie bendro laido, tokiu būdu pateikdami jai loginį nulį, o prie 1 įvesties mes tiekėme loginį mazgą, kaip ką tik nurodėme per galinį varžą R1. Šis ryšys parodytas 5a paveiksle. Jei naudojant tokį ryšį matuojama įtampa elemento išvestyje, voltmetras parodys 3,5 ... 4,5 V, o tai atitinka loginį vienetą. Loginis vienetas parodys įtampą 1 kaištyje.

Tai visiškai sutampa su tuo, kas buvo parodyta antroje straipsnio dalyje relės-kontaktinės grandinės 2I-NOT pavyzdyje. Remiantis matavimų rezultatais, galima padaryti tokią išvadą: kai vienas iš 2I-NOT elemento įėjimų yra didelis, o kitas yra žemas, išėjimas tikrai turi aukštą lygį.

Toliau atliksime šį eksperimentą - tieksime įrenginį į abi įvestis iš karto, kaip parodyta 5b paveiksle, tačiau vieną iš įėjimų, pvz., 2, mes sujungsime į bendrą laidą, naudodami vielos trumpiklį. (Tokiems tikslams geriausia naudoti įprastą siuvimo adatą, išlydytą prie lanksčios vielos). Jei dabar išmatuosime įtampą elemento išvestyje, tada, kaip ir ankstesniu atveju, bus loginis vienetas.

Nenutraukdami matavimų, mes pašaliname laido trumpiklį - voltmetras parodys aukštą lygį elemento išvestyje. Tai visiškai atitinka elemento 2I-NOT logiką, kurią galima patikrinti remiantis kontaktine schema antroje straipsnio dalyje, taip pat pažvelgus į ten pateiktą tiesos lentelę.

Jei šis trumpiklis dabar yra periodiškai uždaromas į bet kurio iš įėjimų bendrą laidą, imituojant žemo ir aukšto lygio tiekimą, tada, naudodamas voltmetrą, išėjimas gali aptikti įtampos impulsus - rodyklė laiku svyruos, kai megztinis palies mikrotraukio įvestį.

Iš eksperimentų galima padaryti šias išvadas: žemo lygio įtampa išvestyje atsiranda tik tada, kai abu įėjimai yra aukšto lygio, tai yra, jei įėjimuose yra įvykdyta 2I sąlyga.Jei bent viename iš įėjimų yra loginis nulis, išvestyje yra loginis vienetas, galime pakartoti, kad mikroschemos logika visiškai atitinka kontaktinės grandinės 2I-NOT logiką, neatsižvelgta į antra straipsnio dalis.

Čia tikslinga atlikti dar vieną eksperimentą. Tai reiškia, kad reikia išjungti visus įvesties kaiščius, tiesiog palikite juos „ore“ ir išmatuokite elemento išėjimo įtampą. Kas ten bus? Teisingai, bus logiška nulinė įtampa. Tai rodo, kad nesusiję loginių elementų įėjimai yra lygiaverčiai įėjimams su jiems pritaikytu loginiu vienetu. Jūs neturėtumėte pamiršti apie šią funkciją, nors nenaudojamus įėjimus dažniausiai rekomenduojama kažkur prijungti.

5c paveiksle parodyta, kaip 2I-NOT loginį elementą galima paprasčiausiai paversti keitikliu. Norėdami tai padaryti, tiesiog prijunkite abu jo įėjimus. (Net jei yra keturi ar aštuoni įėjimai, toks ryšys yra priimtinas).

Norėdami įsitikinti, kad išvesties signalo vertė yra priešinga įvesties signalui, pakanka įvadus sujungti su vieliniu džemperiu į bendrą laidą, tai yra, įvesties loginei vertei taikyti nulinę loginę vertę. Tokiu atveju voltmetras, prijungtas prie elemento išvesties, parodys loginį vienetą. Jei atidarysite trumpiklį, išvestyje pasirodys žemo lygio įtampa, kuri yra visiškai priešinga įėjimo įtampai.

Ši patirtis rodo, kad keitiklis yra visiškai lygus kontaktinės grandinės veikimui, NEMOKAMAI antroje straipsnio dalyje. Tai paprastai yra puikios 2I-NOT lusto savybės. Norėdami atsakyti į klausimą, kaip visa tai vyksta, turėtumėte atsižvelgti į elemento 2I-NOT elektros grandinę.

2 elemento vidinė struktūra NĖRA

Iki šiol mes svarstėme loginį elementą jo grafinio žymėjimo lygmeniu, laikydami jį, kaip sakoma matematikoje, kaip „juodąją dėžę“: nesigilindami į elemento vidinę struktūrą, mes nagrinėjome jo reakciją į įvesties signalus. Dabar atėjo laikas ištirti mūsų loginio elemento vidinę struktūrą, kuri parodyta 6 paveiksle.

6 pav. Loginio elemento 2I-NE elektrinė grandinė.

Grandinėje yra keturi n-p-n struktūros tranzistoriai, trys diodai ir penki rezistoriai. Tarp tranzistorių yra tiesioginis ryšys (be izoliacinių kondensatorių), kuris leidžia jiems dirbti su pastovia įtampa. Lusto išėjimo apkrova paprastai parodoma kaip rezistorius Rн. Iš tikrųjų tai dažniausiai yra tų pačių skaitmeninių grandinių įėjimas arba keli įėjimai.

Pirmasis tranzistorius yra daugialypis. Būtent jis atlieka įvesties loginę operaciją 2I, o šie tranzistoriai atlieka signalo stiprinimą ir inversiją. Mikroschemos, pagamintos pagal panašią schemą, vadinamos tranzistoriaus-tranzistoriaus logika, sutrumpintai vadinama TTL.

Ši santrumpa atspindi faktą, kad įvesties logines operacijas ir po to sekančią amplifikaciją bei inversiją atlieka grandinės tranzistoriniai elementai. Be TTL, taip pat yra diodo-tranzistoriaus logika (DTL), kurios įvesties loginiai etapai atliekami diodams, kurie, žinoma, yra mikroschemos viduje.

7 pav

Loginio elemento 2I-NOT įėjimuose tarp įvesties tranzistoriaus emiterių ir bendrosios laido yra sumontuoti diodai VD1 ir VD2. Jų paskirtis yra apsaugoti įvestį nuo neigiamo poliškumo įtampos, kuri gali atsirasti dėl savaiminio tvirtinimo elementų indukcijos, kai grandinė veikia aukštais dažniais, arba tiesiog per klaidą perduodama iš išorinių šaltinių.

Įvesties tranzistorius VT1 yra sujungtas pagal schemą su bendra baze, o jo apkrova yra tranzistorius VT2, kuris turi dvi apkrovas. Spindulyje tai rezistorius R3, o kolektoriuje R2. Taigi gaunamas tranzistorių VT3 ir VT4 išėjimo pakopų fazinis keitiklis, verčiantis juos dirbti antifazėse: uždarius VT3, VT4 yra atviras ir atvirkščiai.

Tarkime, kad abu 2 elemento įėjimai NEMOKAMAI tiekiami žemu lygiu. Norėdami tai padaryti, tiesiog prijunkite šiuos įėjimus prie bendro laido.Tokiu atveju tranzistorius VT1 bus atidarytas, o tai reiškia, kad tranzistoriai VT2 ir VT4 bus uždaryti. Tranzistorius VT3 bus atviroje būsenoje ir per jį bei VD3 diodą srovė teka į apkrovą - elemento išvestyje yra aukšto lygio būsena (loginis vienetas).

Tokiu atveju, jei loginis mazgas pritaikomas abiem įvestims, tranzistorius VT1 užsidaro, o tai lems tranzistorių VT2 ir VT4 atidarymą. Dėl jų atidarymo VT3 tranzistorius užsidaro, o srovė per apkrovą sustoja. Elemento išvestyje nustatoma nulinė būsena arba žemoji įtampa.

Žemas įtampos lygis atsiranda dėl įtampos kritimo atvirojo tranzistoriaus VT4 kolektoriaus - emiterio jungtyje ir pagal specifikacijas neviršija 0,4 V.

Aukšto lygio įtampa elemento išvestyje yra mažesnė nei maitinimo įtampa pagal įtampos kritimo dydį per atvirą tranzistorių VT3 ir diodą VD3 tuo atveju, kai tranzistorius VT4 yra uždarytas. Aukšto lygio įtampa elemento išvestyje priklauso nuo apkrovos, tačiau ji neturėtų būti mažesnė kaip 2,4 V.

Jei kartu sujungto elemento įėjimuose yra naudojama labai lėtai kintanti įtampa, nuo 0 iki 5 V, tada galima pastebėti, kad elemento perėjimas nuo aukšto lygio prie žemo vyksta palaipsniui. Šis perėjimas atliekamas tuo metu, kai įėjimų įtampa pasiekia maždaug 1,2 V lygį. Tokia įtampa 155-osios serijos mikroschemose vadinama slenksčiu.

Tai gali būti laikoma bendra susipažinimu su elementu 2I-NOT. Kitoje straipsnio dalyje mes susipažinsime su įvairių paprastų prietaisų, tokių kaip įvairūs generatoriai ir impulsų formuotojai, įtaisu.

Borisas Alaldyškinas

Straipsnio tęsinys: Loginiai lustai. 4 dalis

El. Knyga -AVR mikrovaldiklio vadovas pradedantiesiems