Loģikas mikroshēmas. 3. daļa

Loģikas mikroshēmas. 1. daļa

Loģikas mikroshēmas. 2.daļa - Vārti

Iepazīstieties ar digitālo mikroshēmu

Raksta otrajā daļā mēs runājām par loģisko elementu nosacītajiem grafiskajiem apzīmējumiem un par šo elementu funkcijām.

Lai izskaidrotu darbības principu, tika dotas kontaktu shēmas, kas pilda loģiskās funkcijas AND, OR, NOT un AND-NOT. Tagad jūs varat sākt praktiskas iepazīšanās ar K155 sērijas mikroshēmām.

Izskats un dizains

155. sērijas pamatelements ir K155LA3 mikroshēma. Tas ir plastmasas korpuss ar 14 vadiem, kura augšējā pusē ir marķējums un atslēga, kas norāda mikroshēmas pirmo izvadi.

Galvenais ir maza apaļa atzīme. Ja paskatās uz mikroshēmu no augšas (no lietas puses), tad secinājumi jāatskaita pretēji pulksteņrādītāja virzienam, un, ja no apakšas, tad pulksteņa rādītāja virzienā.

Mikroshēmas korpusa zīmējums parādīts 1. attēlā. Šādu lietu sauc par DIP-14, kas tulkojumā no angļu valodas nozīmē plastmasas korpuss ar divu rindu tapām. Daudzām mikroshēmām ir lielāks spraudīšu skaits, un tāpēc gadījums var būt DIP-16, DIP-20, DIP-24 un pat DIP-40.

1. attēls. DIP-14 korpuss.

Kas ir ietverts šajā gadījumā

K155LA3 mikroshēmas DIP-14 paketē ir 4 neatkarīgi elementi 2I-NOT. Vienīgais, kas viņus vieno, ir tikai vispārīgi secinājumi par jaudu: mikroshēmas 14. izeja ir + barošanas avots, un 7. tapa ir avota negatīvais pols.

Lai nepārblīvētu ķēdi ar nevajadzīgiem elementiem, elektrības līnijas, kā likums, netiek parādītas. Tas arī netiek darīts, jo katrs no četriem 2I-NOT elementiem var atrasties dažādās shēmas vietās. Parasti viņi vienkārši raksta uz shēmām: “+ 5 V noved pie secinājumiem 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5 V noved pie secinājumiem 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. " Atsevišķi izvietoti elementi tiek apzīmēti kā DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. 2. attēlā parādīts, ka K155LA3 mikroshēma sastāv no četriem 2I-NOT elementiem. Kā jau minēts raksta otrajā daļā, ievades secinājumi atrodas kreisajā pusē, bet izejas - labajā pusē.

K155LA3 ārvalstu analogs ir mikroshēma SN7400, un to var droši izmantot visiem turpmāk aprakstītajiem eksperimentiem. Precīzāk sakot, visa K155 mikroshēmu sērija ir ārvalstu SN74 sērijas analogs, tāpēc pārdevēji radio tirgos piedāvā tieši to.

2. attēls. K155LA3 mikroshēmas pinouts.

Lai veiktu eksperimentus ar mikroshēmu, jums būs nepieciešams barošanas avots 5 V spriegums. Vienkāršākais veids, kā iegūt šādu avotu, ir, izmantojot stabilizatora mikroshēmu K142EN5A vai tā importēto versiju, kuru sauc par 7805. Šajā gadījumā nav nepieciešams tinumu nodot transformatoram, lodēt tiltu, uzstādīt kondensatorus. Galu galā vienmēr būs kāds ķīniešu tīkla adapteris ar spriegumu 12V, pie kura pietiek, lai savienotu 7805, kā parādīts 3. attēlā.

3. attēls. Vienkāršs enerģijas avots eksperimentiem.

Lai veiktu eksperimentus ar mikroshēmu, jums būs jāizgatavo maza izmēra maizes dēlis. Tas ir getinax, stiklplasta vai cita līdzīga izolācijas materiāla gabals ar izmēriem 100 * 70 mm. Šādiem nolūkiem ir piemērots pat vienkāršs saplāksnis vai biezs kartons.

Gar paneļa garajām malām ir jāstiprina tinētie vadītāji ar apmēram 1,5 mm biezumu, caur kuriem tiks piegādāta enerģija mikroshēmām (barošanas kopām). Starp vadītājiem visā maizes dēļa platībā urbt caurumus, kuru diametrs nepārsniedz 1 mm.

Veicot eksperimentus, tajos būs iespējams ievietot konservētas stieples gabalus, pie kuriem tiks pielodēti kondensatori, rezistori un citi radio komponenti. Dēļa stūros jums vajadzētu izgatavot zemas kājas, tas ļaus novietot vadus no apakšas.Maizes plāksnes dizains ir parādīts 4. attēlā.

4. attēls. Attīstības panelis.

Kad maizes dēlis ir gatavs, jūs varat sākt eksperimentēt. Lai to izdarītu, uz tā jāuzstāda vismaz viena K155LA3 mikroshēma: lodēšanas tapas 14 un 7 pie barošanas autobusiem un atlikušos tapas salieciet tā, lai tie atrastos uz tāfeles.

Pirms eksperimentu uzsākšanas jums jāpārbauda lodēšanas uzticamība, pareizs barošanas sprieguma savienojums (barošanas sprieguma savienošana apgrieztā polaritātē var sabojāt mikroshēmu), kā arī jāpārbauda, ​​vai starp blakus esošajiem spailēm nav īssavienojuma. Pēc šīs pārbaudes varat ieslēgt strāvu un sākt eksperimentus.

Vislabāk piemērots mērījumiem iezvanes voltmetrskuru ieejas pretestība ir vismaz 10K / V. Jebkurš testētājs, pat lēts ķīnietis, pilnībā atbilst šai prasībai.

Kāpēc labāk mainīt? Jo, vērojot bultiņas svārstības, jūs varat pamanīt sprieguma impulsus, protams, pietiekami zemu frekvenci. Digitālam multimetram šāda spēja nav. Visi mērījumi jāveic attiecībā pret enerģijas avota "mīnusu".

Pēc strāvas ieslēgšanas izmēriet spriegumu visos mikroshēmas tapos: pie ieejas kontaktiem 1 un 2, 4 un 5, 9 un 10, 12 un 13, spriegumam jābūt 1,4 V. Un pie izejas spailēm 3, 6, 8, 11 apmēram 0,3 V. Ja visi spriegumi ir noteiktajās robežās, tad mikroshēma darbojas.

5. attēls. Vienkārši eksperimenti ar loģisko elementu.

Loģiskā elementa 2 UN NOT testa darbību var sākt, piemēram, no pirmā elementa. Tās ieejas tapas 1 un 2 un izeja 3. Lai ievadam piemērotu nulles loģisko signālu, pietiek ar šo ieeju vienkārši savienot ar enerģijas avota negatīvo (parasto) vadu. Ja nepieciešams ievadīt loģisku vienību, tad šī ieeja jāpieslēdz + 5V kopnei, bet ne tieši, bet caur ierobežojošu rezistoru ar pretestību 1 ... 1,5 KOhm.

Pieņemsim, ka mēs savienojām ieeju 2 ar kopēju vadu, tādējādi piegādājot tam loģisko nulli, un 1. ieejai mēs piedevām loģisku vienību, kā tikko tika norādīts caur beigu rezistoru R1. Šis savienojums ir parādīts 5.a attēlā. Ja ar šādu savienojumu tiek izmērīts spriegums pie elementa izejas, voltmetrs parādīs 3,5 ... 4,5 V, kas atbilst loģiskai vienībai. Loģiskā vienība parādīs sprieguma mērījumu 1. tapā.

Tas pilnībā sakrīt ar to, kas parādīts raksta otrajā daļā par releja kontakta shēmas 2I-NOT piemēru. Balstoties uz mērījumu rezultātiem, var izdarīt šādu secinājumu: ja viena no 2I-NOT elementa ieejām ir liela, bet otra ir zema, izejai noteikti ir augsts līmenis.

Tālāk mēs veiksim šādu eksperimentu - mēs piegādāsim vienību abām ieejām vienlaikus, kā norādīts 5.b attēlā, bet mēs savienosim vienu no ieejām, piemēram, 2, kopējam vadam, izmantojot stieples džemperi. (Šādiem nolūkiem vislabāk ir izmantot parasto šūšanas adatu, kas pielodēta līdz elastīgai elektroinstalācijai). Ja tagad mēs izmērīsim spriegumu pie elementa izejas, tad, tāpat kā iepriekšējā gadījumā, būs loģiska vienība.

Nepārtraucot mērījumus, mēs noņemam stieples džemperi - voltmetrs parādīs augstu līmeni elementa izejā. Tas pilnībā atbilst elementa 2I-NOT loģikai, ko var pārbaudīt, atsaucoties uz kontakta diagrammu raksta otrajā daļā, kā arī aplūkojot tur parādīto patiesības tabulu.

Ja tagad šis džemperis ir periodiski noslēgts ar jebkura no ieejas kopējo vadu, imitējot zema un augsta līmeņa padevi, tad, izmantojot voltmetru, izeja var noteikt sprieguma impulsus - bulta ar laiku svārstīsies, ja džemperis pieskaras mikroshēmas ieejai.

No eksperimentiem var izdarīt šādus secinājumus: zema līmeņa spriegums pie izejas parādīsies tikai tad, ja abās ieejās ir augsts līmenis, tas ir, ieejās ir izpildīts 2I nosacījums.Ja vismaz vienā no ieejām ir loģiska nulle, izvadei ir loģiska vienība, mēs varam atkārtot, ka mikroshēmas loģika pilnībā atbilst kontakta shēmas 2I-NOT loģikai, kas nav apskatīta raksta otrā daļa.

Šeit ir lietderīgi veikt vēl vienu eksperimentu. Tās nozīme ir visu ieejas kontaktu izslēgšana, vienkārši atstājiet tos gaisā un izmēriet elementa izejas spriegumu. Kas tur būs? Pareizi, būs loģisks nulles spriegums. Tas liek domāt, ka loģisko elementu nesaistītās ieejas ir līdzvērtīgas ieejām, kurām tiek piemērota loģiskā vienība. Nevajadzētu aizmirst par šo funkciju, lai arī neizmantotās ieejas parasti ieteicams kaut kur savienot.

5.c attēlā parādīts, kā 2I-NOT loģisko elementu var vienkārši pārvērst par invertoru. Lai to izdarītu, vienkārši pievienojiet abas tā ieejas. (Pat ja ir četras vai astoņas ieejas, šāds savienojums ir pieņemams).

Lai pārliecinātos, ka izejas signālam ir vērtība, kas ir pretēja signālam pie ieejas, pietiek ar to, lai ieejas savienotu ar stieples džemperi ar kopēju vadu, tas ir, ieejai piemēro loģisko nulli. Šajā gadījumā voltmetrs, kas savienots ar elementa izvadi, parādīs loģisku vienību. Atverot džemperi, izejā parādīsies zems spriegums, kas ir tieši pretējs ieejas spriegumam.

Šī pieredze liecina, ka invertors ir pilnībā līdzvērtīgs kontakta shēmas darbībai, kas NAV apskatīta raksta otrajā daļā. Tādas parasti ir 2I-NOT mikroshēmas brīnišķīgās īpašības. Lai atbildētu uz jautājumu, kā tas viss notiek, jums jāapsver elementa 2I-NOT elektriskā ķēde.

Elementa 2 iekšējā struktūra NAV

Līdz šim mēs esam uzskatījuši loģisku elementu tā grafiskā apzīmējuma līmenī, uztverot to, kā matemātikā saka kā “melno kasti”: neiedziļinoties elementa iekšējā struktūrā, mēs pārbaudījām tā reakciju uz ieejas signāliem. Tagad ir laiks izpētīt mūsu loģiskā elementa iekšējo struktūru, kas parādīta 6. attēlā.

6. attēls. Loģiskā elementa 2I-NOT elektriskā ķēde.

Ķēdē ir četri n-p-n struktūras tranzistori, trīs diodes un pieci rezistori. Starp tranzistoriem ir tiešs savienojums (bez izolācijas kondensatoriem), kas ļauj tiem strādāt ar nemainīgu spriegumu. Mikroshēmas izejas slodze parasti tiek parādīta kā rezistors Rн. Faktiski tas visbiežāk ir vienas un tās pašas digitālās shēmas ieeja vai vairākas ieejas.

Pirmais tranzistors ir daudz emitētājs. Tas ir viņš, kurš veic ievades loģisko operāciju 2I, un šādi tranzistori veic signāla pastiprināšanu un inversiju. Mikroshēmas, kas izgatavotas pēc līdzīgas shēmas, sauc par tranzistora-tranzistora loģiku, saīsināti kā TTL.

Šis saīsinājums atspoguļo faktu, ka ievades loģiskās operācijas un sekojošo pastiprināšanu un inversiju veic ķēdes tranzistora elementi. Papildus TTL ir arī diožu tranzistora loģika (DTL), kuras ieejas loģikas posmi tiek veikti diodēm, kas, protams, atrodas mikroshēmas iekšpusē.

7. attēls

Loģiskā elementa 2I-NOT ieejās starp ieejas tranzistora emitentiem un parasto vadu ir uzstādītas diodes VD1 un VD2. To mērķis ir aizsargāt ieeju no negatīvas polaritātes sprieguma, kas var rasties montāžas elementu pašinducēšanas rezultātā, kad ķēde darbojas ar augstām frekvencēm, vai vienkārši kļūdas dēļ no ārējiem avotiem.

Ieejas tranzistors VT1 ir savienots saskaņā ar shēmu ar kopēju bāzi, un tā slodze ir tranzistors VT2, kam ir divas slodzes. Izstarotājā tas ir rezistors R3, bet kolektorā R2. Tādējādi tiek iegūts fāzes invertors izejas posmam uz tranzistoriem VT3 un VT4, kas liek tiem darboties antifazēs: kad VT3 ir aizvērts, VT4 ir atvērts un otrādi.

Pieņemsim, ka abas 2. elementa ieejas NAV piegādātas zemā līmenī. Lai to izdarītu, vienkārši pievienojiet šīs ieejas kopējam vadam.Šajā gadījumā tranzistors VT1 būs atvērts, kas nozīmē tranzistoru VT2 un VT4 slēgšanu. Tranzistors VT3 atradīsies atvērtā stāvoklī, un caur to un diodi VD3 strāva plūst slodzē - pie elementa izejas ir augsta līmeņa stāvoklis (loģiskā vienība).

Gadījumā, ja loģiskais tranzistors VT1 ir aizvērts abās ieejās, tas atvērs tranzistorus VT2 un VT4. Sakarā ar to atvēršanu VT3 tranzistors aizveras un strāva caur kravu apstājas. Elementa izejā tiek iestatīts nulles stāvoklis vai zems spriegums.

Zemsprieguma līmenis ir saistīts ar sprieguma kritumu VT4 atvērtā tranzistora kolektora-emitētāja savienojuma vietā un saskaņā ar specifikācijām nepārsniedz 0,4 V.

Augsta līmeņa spriegums pie elementa izejas ir mazāks par barošanas spriegumu pēc sprieguma krituma lieluma pāri atvērtam tranzistoram VT3 un diodei VD3, ja tranzistors VT4 ir aizvērts. Augsta līmeņa spriegums pie elementa izejas ir atkarīgs no slodzes, bet tam nevajadzētu būt mazākam par 2,4 V.

Ja kopā savienotā elementa ieejām tiek pielietots ļoti lēni mainīgs spriegums, kas svārstās no 0 līdz 5v, tad var redzēt, ka elementa pāreja no augsta līmeņa uz zemu notiek pakāpeniski. Šī pāreja tiek veikta brīdī, kad spriegums pie ieejām sasniedz aptuveni 1,2 V līmeni. Šādu spriegumu 155. sērijas mikroshēmām sauc par slieksni.

To var uzskatīt par vispārēju iepazīšanos ar elementu 2I-NOT pabeigtu. Raksta nākamajā daļā mēs iepazīsimies ar dažādu vienkāršu ierīču, piemēram, dažādu ģeneratoru un impulsu veidotāju, ierīci.

Boriss Alaldyshkin

Raksta turpinājums: Loģikas mikroshēmas. 4. daļa

E-grāmata -Iesācēja rokasgrāmata AVR mikrokontrolleriem