Логически чипове. Част 3

Логически чипове. Част 1

Логически чипове. Част 2 - Порти

Запознайте се с цифровия чип

Във втората част на статията говорихме за условните графични обозначения на логически елементи и за функциите, изпълнявани от тези елементи.

За да се обясни принципа на работа, бяха дадени контактни вериги, изпълняващи логическите функции на AND, OR, NOT и AND-NOT. Сега можете да започнете практическо запознаване с микросхемите от серията K155.

Външен вид и дизайн

Основният елемент на 155-та серия е чипът K155LA3. Това е пластмасов калъф с 14 извода, на горната страна на който е маркиран и ключ, който показва първия изход на чипа.

Ключът е малък кръгъл знак. Ако погледнете микросхемата отгоре (от страната на кутията), тогава изводите трябва да се броят обратно на часовниковата стрелка, а ако отдолу - след това по посока на часовниковата стрелка.

Чертеж на корпуса на микросхемата е показан на фигура 1. Такъв случай се нарича DIP-14, което в превод от английски означава пластмасов калъф с двуредов подредба на щифтове. Много микросхеми имат по-голям брой пинове и следователно случаят може да бъде DIP-16, DIP-20, DIP-24 и дори DIP-40.

Фигура 1. Приложение DIP-14.

Какво се съдържа в случая

В пакета DIP-14 на микросхемата K155LA3 съдържа 4 независими елемента 2I-NOT. Единственото нещо, което ги обединява, са само общите изводи за захранването: 14-ият изход на микросхемата е + източникът на захранване, а пин 7 е отрицателният полюс на източника.

За да не се претрупва веригата с ненужни елементи, електропроводи, като правило, не са показани. Това също не е направено, защото всеки от четирите елемента 2I-NOT може да бъде разположен на различни места във веригата. Обикновено те просто пишат на схемите: „+ 5V водят до изводи 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V водят до изводи 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". Отделно разположени елементи са означени като DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. Фигура 2 показва, че чипът K155LA3 се състои от четири 2I-NOT елемента. Както вече беше споменато във втората част на статията, изводите за въвеждане са разположени отляво, а изходите отдясно.

Чуждият аналог на K155LA3 е чипът SN7400 и може безопасно да се използва за всички описани по-долу експерименти. По-точно, цялата серия чипове K155 е аналог на чуждестранната серия SN74, така че продавачите на радиопазарите предлагат точно това.

Фигура 2. Фиксирането на чипа K155LA3.

За да проведете експерименти с микросхема, ще ви трябва захранване 5V напрежение. Най-лесният начин да направите такъв източник е като използвате чипа за стабилизатор K142EN5A или неговата внесена версия, която се нарича 7805. В този случай не е необходимо да навивате трансформатора, да споявате моста, да инсталирате кондензатори. В края на краищата винаги ще има някакъв китайски мрежов адаптер с напрежение 12V, към който е достатъчно да свържете 7805, както е показано на фигура 3.

Фигура 3. Прост източник на енергия за експерименти.

За да проведете експерименти с микросхемата, ще трябва да направите дъска с малки размери. Това е парче гетинакс, фибростъкло или друг подобен изолационен материал с размери 100 * 70 мм. Дори прост шперплат или дебел картон е подходящ за такива цели.

По протежение на дългите страни на дъската калайдисаните проводници трябва да бъдат укрепени с дебелина около 1,5 мм, чрез които ще се подава мощност към микросхемите (силови шини). Между проводниците по цялата площ на дъската пробийте дупки с диаметър не по-голям от 1 мм.

При провеждането на експерименти ще бъде възможно да се вмъкнат парчета калайдисана тел в тях, към които ще бъдат запоени кондензатори, резистори и други радио компоненти. В ъглите на дъската трябва да направите ниски крака, това ще направи възможно поставянето на проводниците отдолу.Дизайнът на дъската е показан на фигура 4.

Фигура 4. Съвет за развитие.

След като готовата дъска е готова, можете да започнете да експериментирате. За целта трябва да се инсталира най-малко един чип K155LA3: запояващи щифтове 14 и 7 към захранващите шини и огъвайте останалите щифтове, така че да лежат на дъската.

Преди да започнете експериментите, трябва да проверите надеждността на запояване, правилното свързване на захранващото напрежение (свързването на захранващото напрежение в обратна полярност може да повреди микросхемата), а също и да проверите дали има късо съединение между съседните клеми. След тази проверка можете да включите захранването и да започнете експериментите.

Най-подходящ за измервания циферблатен волтметърчийто входен импеданс е най-малко 10K / V. Всеки тестер, дори евтин китайски, напълно отговаря на това изискване.

Защо е по-добре да превключвате? Защото, наблюдавайки колебанията на стрелката, можете да забележите импулсите на напрежението, разбира се достатъчно ниска честота. Цифровият мултицет няма тази възможност. Всички измервания трябва да се извършват по отношение на "минуса" на източника на захранване.

След включване на захранването измерете напрежението на всички щифтове на микросхемата: на входните щифтове 1 и 2, 4 и 5, 9 и 10, 12 и 13, напрежението трябва да бъде 1.4V. А на изходните клеми 3, 6, 8, 11 около 0,3V. Ако всички напрежения са в определените граници, тогава микросхемата работи.

Фигура 5. Прости експерименти с логически елемент.

Тестване на работата на логическия елемент 2 И НЕ може да започне, например, от първия елемент. Входните му пинове 1 и 2 и изход 3. За да се приложи логически нулев сигнал към входа, достатъчно е просто да свържете този вход към отрицателния (общ) проводник на източника на захранване. Ако е необходима логическа единица за въвеждане, тогава този вход трябва да бъде свързан към шината + 5V, но не директно, а чрез ограничаващ резистор със съпротивление от 1 ... 1,5 KOhm.

Да предположим, че свързахме вход 2 към общ проводник, като по този начин подавахме логическа нула към него, а към входа 1 захранвахме логическа единица, както беше точно посочено през крайния резистор R1. Тази връзка е показана на фигура 5а. Ако с такава връзка се измерва напрежението на изхода на елемента, тогава волтметърът ще покаже 3,5 ... 4,5 V, което съответства на логическа единица. Логическата единица ще даде измерване на напрежението на щифт 1.

Това напълно съвпада с показаното във втората част на статията в примера на релейно-контактната верига 2I-NOT. Въз основа на резултатите от измерванията може да се направи следното заключение: когато един от входовете на елемента 2I-NOT е висок, а другият е нисък, изходът със сигурност има високо ниво.

След това ще направим следния експеримент - ще доставим единица и на двата входа едновременно, както е показано на фигура 5б, но ще свържем един от входовете, например 2, към общ проводник, използвайки телесен джъмпер. (За такива цели е най-добре да използвате обикновена игла за шиене, споена за гъвкаво окабеляване). Ако сега измерим напрежението на изхода на елемента, тогава, както в предишния случай, ще има логическа единица.

Без да прекъсваме измерванията, премахваме жичния джъмпер - волтметърът ще покаже високо ниво на изхода на елемента. Това е напълно съвместимо с логиката на елемента 2I-NOT, което може да бъде проверено чрез позоваване на контактната диаграма във втората част на статията, както и чрез разглеждане на таблицата за истинност, показана там.

Ако този джъмпер периодично се затваря към общия проводник на някой от входовете, симулирайки захранване на ниско и високо ниво, тогава с помощта на волтметър изходът може да открие импулси на напрежението - стрелката ще се колебае във времето, когато джъмперът докосне входа на микросхемата.

Следните изводи могат да бъдат направени от експериментите: напрежението на ниско ниво на изхода ще се появи само когато има високо ниво и на двата входа, тоест условие 2I е изпълнено на входовете.Ако поне един от входовете съдържа логическа нула, изходът има логическа единица, можем да повторим, че логиката на микросхемата е напълно съвместима с логиката на контактната верига 2I-НЕ, разгледана в втора част на статията.

Тук е подходящо да се направи още един експеримент. Смисълът му е да изключите всички входни щифтове, просто ги оставете във „въздуха“ и измерете изходното напрежение на елемента. Какво ще има там? Точно така, ще има логично нулево напрежение. Това предполага, че несвързаните входове на логическите елементи са еквивалентни на входовете с прилаганата към тях логическа единица. Не трябва да забравяте за тази функция, въпреки че неизползваните входове обикновено се препоръчват да бъдат свързани някъде.

Фигура 5в показва как 2I-NOT логически елемент може просто да бъде превърнат в инвертор. За да направите това, просто свържете двата му входа. (Дори да има четири или осем входа, такава връзка е приемлива).

За да сте сигурни, че сигналът на изхода има стойност, противоположна на сигнала на входа, достатъчно е да свържете входовете с жичен джъмпер към общ проводник, тоест да приложите логическа нула към входа. В този случай волтметър, свързан към изхода на елемента, ще покаже логическа единица. Ако отворите джъмпера, на изхода ще се появи ниско напрежение, което е точно обратното на входното напрежение.

Този опит предполага, че инверторът е напълно еквивалентен на работата на контактната верига, която НЕ е разгледана във втората част на статията. Такива са като цяло прекрасните свойства на чипа 2I-NOT. За да отговорите на въпроса как се случва всичко това, трябва да помислите за електрическата верига на елемента 2I-NOT.

Вътрешната структура на елемента 2 НЕ е

Досега ние считахме логически елемент на нивото на неговото графично обозначение, приемайки го, както се казва в математиката, като „черна кутия“: без да навлизаме в подробности за вътрешната структура на елемента, проучихме неговия отговор на входните сигнали. Сега е време да проучим вътрешната структура на нашия логически елемент, която е показана на фигура 6.

Фигура 6. Електрическата верига на логическия елемент 2I-NOT.

Веригата съдържа четири транзистора от структурата n-p-n, три диода и пет резистора. Има директна връзка между транзисторите (без изолационни кондензатори), което им позволява да работят с постоянни напрежения. Изходното натоварване на чипа е показано условно като резистор Rн. Всъщност това най-често е входът или няколко входа на едни и същи цифрови схеми.

Първият транзистор е многоизлъчващ. Именно той изпълнява входната логическа операция 2I, а следващите транзистори извършват усилването и инверсията на сигнала. Микросхемите, направени по подобна схема, се наричат ​​транзисторно-транзисторна логика, съкратено като TTL.

Това съкращение отразява факта, че входните логически операции и последващото усилване и инверсия се извършват от транзисторни елементи на веригата. В допълнение към TTL има и диодно-транзисторна логика (DTL), чиито етапи на входната логика се изпълняват на диоди, разположени, разбира се, вътре в микросхемата.

Фигура 7

На входовете на логическия елемент 2I-NOT между излъчвателите на входния транзистор и общия проводник са инсталирани диоди VD1 и VD2. Целта им е да защитят входа от напрежение с отрицателна полярност, което може да възникне в резултат на самоиндукция на монтажни елементи, когато веригата работи на високи честоти или просто подадена по грешка от външни източници.

Входният транзистор VT1 е свързан по схемата с обща база, а натоварването му е транзисторът VT2, който има два товара. В излъчвателя това е резисторът R3, а в колектора R2. Така се получава фазов инвертор за изходния етап на транзисторите VT3 и VT4, което ги кара да работят в антифаза: когато VT3 е затворен, VT4 е отворен и обратно.

Да предположим, че и двата входа на елемент 2 НЕ се подават на ниско ниво. За да направите това, просто свържете тези входове към общ проводник.В този случай транзисторът VT1 ще бъде отворен, което ще доведе до затваряне на транзисторите VT2 и VT4. Транзисторът VT3 ще бъде в отворено състояние и през него и диода VD3, токът се влива в товара - на изхода на елемента е състояние на високо ниво (логическа единица).

В този случай, ако логическата единица бъде приложена и към двата входа, транзисторът VT1 се затваря, което ще доведе до отваряне на транзистори VT2 и VT4. Поради отварянето си, транзисторът VT3 се затваря и токът през товара спира. На изхода на елемента се задава нулево състояние или ниско напрежение.

Нивото на нивото на напрежение се дължи на спад на напрежението в съединението колектор - емитер на отворения транзистор VT4 и според спецификациите не надвишава 0,4V.

Високото напрежение на изхода на елемента е по-малко от захранващото напрежение от величината на спада на напрежението през отворения транзистор VT3 и диода VD3 в случай, че транзисторът VT4 е затворен. Високото напрежение на изхода на елемента зависи от натоварването, но не трябва да бъде по-малко от 2,4 V.

Ако към входовете на свързания заедно елемент се прилага много бавно променящо се напрежение, вариращо от 0 ... 5v, тогава може да се види, че преходът на елемента от високо ниво към ниско се осъществява поетапно. Този преход се извършва в момента, когато напрежението на входовете достигне ниво от приблизително 1,2 V. Такова напрежение за 155-та серия от микросхеми се нарича праг.

Това може да се счита за общо запознаване с елемента 2I-НЕ завършен. В следващата част на статията ще се запознаем с устройството на различни прости устройства, например различни генератори и импулсни оформящи.

Борис Алалдишкин

Продължение на статията: Логически чипове. Част 4

Електронна книга -Ръководство за начинаещи за AVR микроконтролери