Logické čipy. Část 3

Logické čipy. Část 1

Logické čipy. Část 2 - Brány

Seznamte se s digitálním čipem

Ve druhé části článku jsme hovořili o podmíněných grafických označeních logických prvků ao funkcích, které tyto prvky vykonávají.

Pro vysvětlení principu činnosti byly uvedeny kontaktní obvody vykonávající logické funkce AND, OR, NOT a AND-NOT. Nyní můžete začít s praktickým seznamováním s mikroobvody řady K155.

Vzhled a design

Základním prvkem 155. série je čip K155LA3. Jedná se o plastové pouzdro se 14 vodiči, na jehož horní straně je vyznačeno a klíčem, který označuje první výstup čipu.

Klíčem je malá kulatá značka. Pokud se podíváte na mikroobvod shora (ze strany pouzdra), pak by se závěry měly počítat proti směru hodinových ručiček, a pokud zespodu, pak ve směru hodinových ručiček.

Výkres pouzdra mikroobvodu je znázorněn na obrázku 1. Takový případ se nazývá DIP-14, který je přeložen z angličtiny jako plastové pouzdro se dvěma řadami kolíků. Mnoho mikroobvodů má větší počet kolíků, a proto se může jednat o DIP-16, DIP-20, DIP-24 a dokonce DIP-40.

Obrázek 1. Příloha DIP-14.

Co je v tomto případě obsaženo

V balení DIP-14 mikroobvodu K155LA3 obsahuje 4 nezávislé prvky 2I-NOT. Jediné, co je spojuje, jsou pouze obecné energetické závěry: 14. výstup mikroobvodu je + zdroj energie a pin 7 je záporný pól zdroje.

Aby nedošlo k přetížení obvodu zbytečnými prvky, nejsou elektrická vedení zpravidla zobrazena. To se také neděje, protože každý ze čtyř prvků 2I-NOT může být umístěn na různých místech v obvodu. Obvykle jednoduše zapíší do obvodů: „+ 5V vede k závěrům 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V vede k závěrům 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. “. Samostatně umístěné prvky jsou označeny jako DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Obrázek 2 ukazuje, že čip K155LA3 se skládá ze čtyř prvků 2I-NOT. Jak již bylo zmíněno ve druhé části článku, vstupní závěry jsou umístěny vlevo a výstupy vpravo.

Cizí analog analogu K155LA3 je čip SN7400 a lze jej bezpečně použít pro všechny níže popsané experimenty. Přesněji řečeno, celá řada čipů K155 je analogem zahraniční řady SN74, proto to nabízejí i prodejci na rádiových trzích.

Obrázek 2. Pinout čipu K155LA3.

K provádění experimentů s mikroobvodem budete potřebovat napájení Napětí 5 V. Nejjednodušší způsob, jak vyrobit takový zdroj, je pomocí mikroobvodu stabilizátoru K142EN5A nebo jeho importované verze, která se nazývá 7805. Současně není nutné transformátor transformovat, pájet můstek, instalovat kondenzátory. Koneckonců, vždy existuje nějaký čínský síťový adaptér s napětím 12V, ke kterému stačí připojit 7805, jak je znázorněno na obrázku 3.

Obrázek 3. Jednoduchý zdroj energie pro experimenty.

Chcete-li provádět experimenty s mikroobvodem, budete muset vyrobit malé prkénko. Je to kus getinaxu, laminátu nebo jiného podobného izolačního materiálu o rozměrech 100 x 70 mm. Pro tyto účely je vhodná i jednoduchá překližka nebo silná lepenka.

Po dlouhých stranách desky by měly být pocínované vodiče vyztuženy tloušťkou asi 1,5 mm, skrz kterou bude dodávána energie do mikroobvodů (napájecí sběrnice). Mezi vodiči po celé ploše prkénku vyvrtejte otvory o průměru nejvýše 1 mm.

Při provádění experimentů bude možné do nich vložit kousky pocínovaného drátu, do kterých budou pájeny kondenzátory, rezistory a další rádiové komponenty. V rozích desky byste měli udělat nízké nohy, což umožní umístit dráty zespodu.Konstrukce prkénku je znázorněna na obrázku 4.

Obrázek 4. Vývojová deska.

Poté, co je prkénko připraveno, můžete začít experimentovat. K tomu by měl být nainstalován alespoň jeden čip K155LA3: pájecí kolíky 14 a 7 k napájecím sběrnicím a zbývající kolíky ohněte tak, aby ležely na desce.

Před zahájením experimentů byste měli zkontrolovat spolehlivost pájení, správné připojení napájecího napětí (připojení napájecího napětí v opačné polaritě může poškodit mikroobvod) a také zkontrolovat, zda mezi sousedními svorkami není zkrat. Po této kontrole můžete zapnout napájení a zahájit experimenty.

Nejvhodnější pro měření číselník voltmetrjehož vstupní impedance je alespoň 10 K / V. Každý tester, dokonce i levný Číňan, tento požadavek plně vyhovuje.

Proč je lepší přepnout? Protože pozorováním kolísání šipky si můžete všimnout napěťových pulzů, samozřejmě dostatečně nízkou frekvenci. Digitální multimetr tuto schopnost nemá. Všechna měření by měla být prováděna vzhledem k „mínus“ zdroje energie.

Po zapnutí napájení změřte napětí na všech pinech mikroobvodu: na vstupních pinech 1 a 2, 4 a 5, 9 a 10, 12 a 13 by napětí mělo být 1,4 V. A na výstupních svorkách 3, 6, 8, 11 asi 0,3 V. Pokud jsou všechna napětí ve stanovených mezích, je mikroobvod funkční.

Obrázek 5. Jednoduché experimenty s logickým prvkem.

Testování činnosti logického prvku 2 A NENÍ možné zahájit například od prvního prvku. Jeho vstupní piny 1 a 2 a výstup 3. Aby bylo možné na vstup přivést signál logické nuly, stačí tento vstup jednoduše připojit k zápornému (společnému) drátu zdroje energie. Pokud je vyžadována logická jednotka, měl by být tento vstup připojen ke sběrnici + 5 V, ale ne přímo, ale prostřednictvím omezovacího odporu s odporem 1 ... 1,5 KOhm.

Předpokládejme, že jsme připojili vstup 2 ke společnému drátu, čímž jsme mu dodali logickou nulu, a ke vstupu 1 jsme napájeli logickou jednotku, jak bylo právě naznačeno přes zakončovací odpor R1. Toto spojení je znázorněno na obrázku 5a. Pokud se při takovém připojení měří napětí na výstupu prvku, voltmetr ukáže 3,5 ... 4,5 V, což odpovídá logické jednotce. Logická jednotka poskytne měření napětí na pinu 1.

To se zcela shoduje s tím, co bylo ukázáno ve druhé části článku na příkladu reléového kontaktního obvodu 2I-NOT. Na základě výsledků měření lze učinit následující závěr: když je jeden ze vstupů prvku 2I-NOT vysoký a druhý nízký, výstup má jistě vysokou úroveň.

Dále provedeme následující experiment - dodáme jednotku na oba vstupy najednou, jak je znázorněno na obrázku 5b, ale jeden ze vstupů, například 2, připojíme k běžnému drátu pomocí propojky. (Pro tyto účely je nejlepší použít běžnou šicí jehlu připájenou k flexibilnímu zapojení). Pokud nyní změříme napětí na výstupu prvku, pak, stejně jako v předchozím případě, bude existovat logická jednotka.

Bez přerušení měření odstraníme propojku - voltmetr bude na výstupu prvku vykazovat vysokou hladinu. To je plně v souladu s logikou prvku 2I-NOT, který lze ověřit odkazem na kontaktní diagram ve druhé části článku, a také pohledem na tabulku pravdy, která je zde zobrazena.

Pokud je tento propojka nyní periodicky uzavřena ke společnému drátu kteréhokoli ze vstupů, simuluje nízko a vysokonapěťové napájení, pak výstup může detekovat napěťové impulsy - šipka se bude časem kmitat a propojka se bude dotýkat vstupu mikroobvodu.

Z experimentů lze vyvodit následující závěry: nízkoúrovňové napětí na výstupu se objeví, pouze pokud je na obou vstupech přítomna vysoká úroveň, to znamená, že na vstupech je splněna podmínka 2I.Pokud alespoň jeden ze vstupů obsahuje logickou nulu, výstup má logickou jednotku, můžeme opakovat, že logika mikroobvodu je plně v souladu s logikou kontaktního obvodu 2I-NOT, která je uvažována v druhá část článku.

Zde je vhodné provést ještě jeden experiment. Jeho smyslem je vypnout všechny vstupní piny, nechat je ve „vzduchu“ a změřit výstupní napětí prvku. Co tam bude? Správně, bude existovat logické nulové napětí. To naznačuje, že nespojené vstupy logických prvků jsou ekvivalentní vstupům s aplikovanou logickou jednotkou. Na tuto funkci byste neměli zapomenout, i když nepoužívané vstupy se obvykle někde doporučují.

Obrázek 5c ukazuje, jak lze logický prvek 2I-NOT jednoduše proměnit v měnič. K tomu stačí připojit oba jeho vstupy. (I když existují čtyři nebo osm vstupů, takové připojení je přijatelné).

Aby bylo zajištěno, že signál na výstupu má hodnotu opačnou než signál na vstupu, stačí spojit vstupy pomocí propojky s vodičem ke společnému drátu, tj. Použít logickou nulu na vstup. V tomto případě voltmetr připojený k výstupu prvku zobrazí logickou jednotku. Pokud otevřete propojku, na výstupu se objeví nízké napětí, což je přesně opačné než vstupní napětí.

Tato zkušenost naznačuje, že střídač je plně ekvivalentní činnosti kontaktního obvodu, který NENÍ v druhé části článku zvažován. Takové jsou obecně nádherné vlastnosti čipu 2I-NOT. Chcete-li odpovědět na otázku, jak se to všechno děje, měli byste zvážit elektrický obvod prvku 2I-NOT.

Vnitřní struktura prvku 2 NENÍ

Až dosud jsme považovali logický prvek na úrovni jeho grafického označení, přičemž jej považujeme, jak se říká v matematice, za „černou skříňku“: aniž bychom se podrobně zabývali vnitřní strukturou prvku, zkoumali jsme jeho reakci na vstupní signály. Nyní je čas prozkoumat vnitřní strukturu našeho logického prvku, který je zobrazen na obrázku 6.

Obrázek 6. Elektrický obvod logického prvku 2I-NOT.

Obvod obsahuje čtyři tranzistory struktury n-p-n, tři diody a pět rezistorů. Existuje přímé propojení mezi tranzistory (bez izolačních kondenzátorů), což jim umožňuje pracovat s konstantním napětím. Výstupní zatížení čipu je obvykle zobrazeno jako rezistor Rн. Ve skutečnosti je to nejčastěji vstup nebo několik vstupů stejných digitálních obvodů.

První tranzistor je multi-emitor. Je to on, kdo provádí vstupní logickou operaci 2I, a následující tranzistory provádějí zesílení a inverzi signálu. Mikroobvody vyrobené podle podobného schématu se nazývají logika tranzistor-tranzistor, zkráceně TTL.

Tato zkratka odráží skutečnost, že vstupní logické operace a následné zesílení a inverze jsou prováděny tranzistorovými prvky obvodu. Kromě TTL existuje také diodově-tranzistorová logika (DTL), jejíž vstupní logické fáze se provádějí na diodách, které se samozřejmě nacházejí uvnitř mikroobvodu.

Obrázek 7

Na vstupech logického prvku 2I-NOT mezi emitory vstupního tranzistoru a společného vodiče jsou nainstalovány diody VD1 a VD2. Jejich účelem je chránit vstup před napětím se zápornou polaritou, ke kterému může dojít v důsledku samoindukce montážních prvků, když obvod pracuje při vysokých kmitočtech, nebo jednoduše omylem z vnějších zdrojů.

Vstupní tranzistor VT1 je spojen podle schématu se společnou základnou a jeho zátěží je tranzistor VT2, který má dvě zátěže. V emitoru je to rezistor R3 a v kolektoru R2. Tím se získá fázový měnič pro výstupní stupeň na tranzistorech VT3 a VT4, což je činí v antifázi: když je VT3 uzavřen, VT4 je otevřený a obráceně.

Předpokládejme, že oba vstupy prvku 2 NENÍ napájeny nízkou úrovní. Chcete-li to provést, jednoduše připojte tyto vstupy ke společnému vodiči.V tomto případě bude tranzistor VT1 otevřený, což bude mít za následek uzavření tranzistorů VT2 a VT4. Tranzistor VT3 bude v otevřeném stavu a skrze něj a diodu VD3 proud protéká do zátěže - na výstupu prvku je stav na vysoké úrovni (logická jednotka).

V případě, že je logický tranzistor VT1 uzavřen na obou vstupech, otevře tranzistory VT2 a VT4. Díky jejich otevření se tranzistor VT3 uzavře a proud skrz zátěž se zastaví. Na výstupu prvku je nastaven nulový stav nebo nízké napětí.

Nízká úroveň napětí je způsobena poklesem napětí na křižovatce kolektor - emitor otevřeného tranzistoru VT4 a podle specifikace nepřesahuje 0,4V.

Vysoké napětí na výstupu prvku je menší než napájecí napětí o velikost poklesu napětí přes otevřený tranzistor VT3 a diodu VD3 v případě, že je tranzistor VT4 uzavřen. Vysoké napětí na výstupu prvku závisí na zátěži, ale nemělo by být menší než 2,4 V.

Pokud je na vstupy spojeného prvku přivedeno velmi pomalu měnící se napětí, měnící se od 0 ... 5v, je vidět, že k přechodu prvku z vysoké úrovně na nízké dochází postupně. Tento přechod se provádí ve chvíli, kdy napětí na vstupech dosáhne úrovně přibližně 1,2 V. Takové napětí pro 155. řadu mikroobvodů se nazývá práh.

To lze považovat za obecné seznámení s prvkem 2I-NOT Complete. V další části článku se seznámíme se zařízením různých jednoduchých zařízení, jako jsou různé generátory a impulzní formovače.

Boris Alaldyshkin

Pokračování článku: Logické čipy. Část 4

E-kniha -Průvodce pro mikrokontroléry AVR pro začátečníky