קטגוריות: אלקטרוניקה מעשית, חשמלאים מתחילים
מספר צפיות: 100,127
הערות לכתבה: 2
שבבי היגיון. חלק 3
הכירו את הצ'יפ הדיגיטלי
בחלק השני של המאמר דיברנו על ייעודים גרפיים מותנים של אלמנטים לוגיים ועל הפונקציות שמבצעות אלמנטים אלה.
כדי להסביר את עקרון הפעולה ניתנו מעגלי קשר שביצעו את הפונקציות הלוגיות AND, OR, NOT ו- AND-NOT. עכשיו אתה יכול להתחיל להכיר מעשי עם מעגלי המיקרו סדרה K155.
מראה ועיצוב
האלמנט הבסיסי בסדרה 155 הוא שבב K155LA3. זהו מארז פלסטיק עם 14 מובילים, שבצדו העליון מסומן ומפתח המציין את הפלט הראשון של השבב.
המפתח הוא סימן עגול קטן. אם אתה מסתכל על המיקרו-מעגל מלמעלה (מצד התיק), יש למנות את המסקנות נגד כיוון השעון, ואם מלמטה, ואז בכיוון השעון.
רישום של המקרה של המיקרו-מעגל מוצג באיור 1. מקרה כזה נקרא DIP-14, אשר בתרגום מאנגלית פירושו מארז פלסטיק עם סידור שורות של שני לידים. במעגלי מיקרו רבים יש מספר גדול יותר של סיכות, ולכן המקרה יכול להיות DIP-16, DIP-20, DIP-24 ואפילו DIP-40.
איור 1. מארז DIP-14.
מה הכלול במקרה זה
בחבילת DIP-14 של מעגל המיקרו K155LA3 מכילה 4 אלמנטים עצמאיים 2I-NOT. הדבר היחיד שמאחד אותם הוא רק מסקנות הכוח הכלליות: הפלט ה -14 של המיקרו-מעגל הוא + מקור הכוח, וסיכה 7 היא הקוטב השלילי של המקור.
כדי לא לעמוס את המעגל עם אלמנטים מיותרים, קווי חשמל, ככלל, אינם מוצגים. זה גם לא נעשה מכיוון שכל אחד מארבעת האלמנטים 2I-NOT יכול להיות ממוקם במקומות שונים במעגל. בדרך כלל הם פשוט כותבים על המעגלים: "+ 5V מובילים למסקנות 14 DD1, DD2, DD3 ... DDN. -5V מובילים למסקנות 07 DD1, DD2, DD3 ... DDN. ". אלמנטים הממוקמים בנפרד מוגדרים כ- DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. איור 2 מראה שבב K155LA3 מורכב מארבעה אלמנטים 2I-NOT. כפי שכבר הוזכר בחלק השני של המאמר, מסקנות קלט ממוקמות משמאל והתפוקות מימין.
המקביל הזר K155LA3 הוא שבב SN7400 וניתן להשתמש בו בבטחה לכל הניסויים המתוארים להלן. ליתר דיוק, כל סדרת השבבים של K155 היא אנלוגית לסדרת SN74 הזרה, כך שמוכרים בשוקי הרדיו מציעים בדיוק את זה.
איור 2. תרשים 2. הצמד של שבב K155LA3.
כדי לערוך ניסויים במעגל מעגל, תצטרך אספקת חשמל מתח 5 וולט. הדרך הקלה ביותר לייצר מקור כזה היא באמצעות מיקרו מעגל המייצב K142EN5A או הגרסה המיובאת שלו, המכונה 7805. יחד עם זאת, אין צורך לסובב את השנאי, להלחם את הגשר, להתקין קבלים. אחרי הכל, תמיד יהיה איזה מתאם רשת סיני עם מתח של 12 וולט, אליו מספיק לחבר 7805, כמוצג באיור 3.
איור 3. מקור כוח פשוט לניסויים.
כדי לבצע ניסויים עם המיקרו-מעגל, תצטרך להכין קרש לחם בגודל קטן. זה חתיכת גטינקס, פיברגלס או חומר בידוד דומה אחר עם מידות של 100 * 70 מ"מ. אפילו דיקט פשוט או קרטון עבה מתאים למטרות כאלה.
לאורך הצדדים הארוכים של הלוח יש לחזק את המוליכים המשומרים בעובי של כ -1.5 מ"מ, דרכם יועבר כוח למעגלי המיקרו (אוטובוסים חשמליים). מקדחים חורים בקוטר של לא יותר מ -1 מ"מ בין מוליכים על כל שטח הלוח.
בעת ביצוע ניסויים ניתן יהיה להכניס לתוכם חתיכות של חוט משומר, אליו יותחמו קבלים, נגדים ורכיבי רדיו אחרים. בפינות הלוח כדאי ליצור רגליים נמוכות, זה יאפשר למקם את החוטים מלמטה.העיצוב של קרש הלחם מוצג באיור 4.
איור 4. לוח פיתוח.
לאחר שהקרש הגשם מוכן תוכלו להתחיל להתנסות. לשם כך, יש להתקין עליו לפחות שבב K155LA3: סיכות הלחמה 14 ו -7 לאוטובוסי הכוח, וכופפו את הסיכות הנותרות כך שישכבו על הלוח.
לפני שמתחילים את הניסויים, עליך לבדוק את אמינות ההלחמה, את החיבור הנכון של מתח האספקה (חיבור מתח האספקה בקוטביות ההפוכה עלול לגרום נזק למעגל המיקרו), ולבדוק אם יש מעגל קצר בין המסופים הסמוכים. לאחר בדיקה זו תוכלו להפעיל את הכוח ולהתחיל את הניסויים.
הכי מתאים למדידות חיישן מד מתחאשר עכבת הקלט שלה היא לפחות 10K / V. כל בודק, אפילו סיני זול, עומד במלואו בדרישה זו.
מדוע עדיף לעבור? מכיוון, בהתבוננות בתנודות החץ, תוכלו להבחין בפולסי המתח, כמובן בתדר נמוך מספיק. למולטימטר דיגיטלי אין יכולת זו. יש לבצע את כל המדידות ביחס ל"מינוס "של מקור הכוח.
לאחר כיבוי הכוח, מדדו את המתח בכל סיכות המיקרו-מעגל: בסיכות הכניסה 1 ו -2, 4 ו -5, 9 ו -10, 12 ו -13, המתח צריך להיות 1.4 וולט. ובמסופי הפלט 3, 6, 8, 11 בערך 0.3 וולט. אם כל המתחים נמצאים בגבולות שצוינו, מעגל המיקרו פועל.
איור 5. ניסויים פשוטים עם אלמנט לוגי.
ניתן להתחיל בבדיקת פעולת האלמנט הלוגי AND AND, למשל מהרכיב הראשון. סיכות הכניסה 1 ו -2, ופלט 3. בכדי להחיל אות אפס לוגי על הכניסה, די פשוט לחבר קלט זה לחוט השלילי (המשותף) של מקור הכוח. אם נדרשת כניסה של יחידה לוגית, יש לחבר קלט זה לאוטובוס + 5V, אך לא ישירות, אלא דרך נגב מגביל עם התנגדות של 1 ... 1.5 KOhm.
נניח שחיברנו קלט 2 לחוט משותף ובכך סיפקנו לו אפס הגיוני, ולכניסה 1 הזנו יחידה לוגית, כפי שעולה רק דרך הנגמר המסיים R1. חיבור זה מוצג באיור 5 א. אם בחיבור כזה נמדד המתח בפלט האלמנט, אז הוולט-מד יראה 3.5 ... 4.5V, אשר מתאים ליחידה לוגית. היחידה ההגיונית תיתן מדידת מתח בסיכה 1.
זה עולה בקנה אחד עם מה שהוצג בחלק השני של המאמר בדוגמה של מעגל מגע ממסר 2I-NOT. על סמך תוצאות המדידות ניתן להגיע למסקנה הבאה: כאשר אחת מהתשומות של אלמנט 2I-NOT גבוהה והשנייה נמוכה, בטוח שהתפוקה היא בעלת רמה גבוהה.
בשלב הבא נעשה את הניסוי הבא - אנו נספק יחידה לשתי הכניסות בבת אחת, כפי שמצוין באיור 5b, אך נחבר אחת מהכניסות, למשל 2, לחוט משותף באמצעות מגשר תיל. (למטרות כאלה עדיף להשתמש במחט תפירה רגילה המולחמת לחיווט גמיש). אם אנו מודדים כעת את המתח ביציאת האלמנט, אז כמו במקרה הקודם תהיה יחידה הגיונית.
מבלי להפריע למדידות, אנו מסירים את מגשר החוט - מד מתח יראה רמה גבוהה בפלט האלמנט. זה תואם לחלוטין את ההיגיון של האלמנט 2I-NOT, אותו ניתן לאמת על ידי התייחסות לתרשים המגע בחלק השני של המאמר, כמו גם על ידי התבוננות בטבלת האמת המוצגת שם.
אם מגשר זה סגור מעת לעת לחוט המשותף של כל אחת מהכניסות, המדמה אספקה ברמה נמוכה וגבוהה, ואז באמצעות מד מתח יכול הפלט לזהות פולסי מתח - החץ יתנדנד בזמן כשהג'ופר יגע בכניסה של המעגל המיקרו.
ניתן להסיק את המסקנות הבאות מהניסויים: המתח ברמה הנמוכה בפלט יופיע רק כאשר קיימת רמה גבוהה בשתי הכניסות, כלומר, מצב 2I מתקיים בכניסות.אם לפחות אחת מהכניסות מכילה אפס הגיוני, לפלט יש יחידה לוגית, נוכל לחזור על כך שההיגיון של המיקרו-מעגל תואם לחלוטין את ההיגיון של מעגל הקשר 2I-NOT שנחשב ב החלק השני של המאמר.
כאן ראוי לעשות ניסוי נוסף אחד. משמעותו היא לכבות את כל סיכות הכניסה, פשוט השאירו אותם באוויר ומדידו את מתח היציאה של האלמנט. מה יהיה שם? נכון, יהיה מתח אפס הגיוני. זה מצביע על כך שהכניסות הלא מחוברות של אלמנטים לוגיים שקולות לתשומות שהיחידה הלוגית מיושמת עליהן. אל תשכח מתכונה זו, אם כי בדרך כלל מומלץ לחבר איפשהו כניסות שאינן בשימוש.
איור 5 ג מראה כיצד ניתן להפוך אלמנט לוגי 2I-NOT פשוט למהפך. לשם כך, פשוט חבר את שתי התשומות שלו. (גם אם יש ארבע או שמונה כניסות, חיבור כזה מקובל).
כדי לוודא כי לאות בפלט יש ערך הפוך לאות בכניסה, מספיק לחבר את הכניסות עם מגשר תיל לחוט משותף, כלומר להחיל אפס היגיון על הכניסה. במקרה זה, מד מתח המחובר לפלט האלמנט יציג יחידה לוגית. אם תפתח את המגשר, יופיע מתח ברמה נמוכה בפלט, שהוא בדיוק ההפך ממתח הכניסה.
ניסיון זה מצביע על כך שתפעול המהפך שווה לחלוטין להפעלת מעגל הקשר שאינו נחשב בחלק השני של המאמר. כאלה הם המאפיינים הנפלאים של שבב 2I-NOT בדרך כלל. כדי לענות על השאלה כיצד כל זה קורה, עליך לקחת בחשבון את המעגל החשמלי של האלמנט 2I-NOT.
המבנה הפנימי של האלמנט 2 אינו
עד כה שקלנו אלמנט הגיוני ברמה של ייעודו הגרפי, לוקחים אותו, כמו שאומרים במתמטיקה כ"קופסה שחורה ": מבלי להיכנס לפרטי המבנה הפנימי של האלמנט, בחנו את תגובתו לאותות קלט. עכשיו הגיע הזמן ללמוד את המבנה הפנימי של אלמנט ההיגיון שלנו, שמוצג באיור 6.
איור 6. המעגל החשמלי של אלמנט ההיגיון 2I-NOT.
המעגל מכיל ארבעה טרנזיסטורים של מבנה ה- n-p-n, שלושה דיודות וחמישה נגדים. יש קשר ישיר בין טרנזיסטורים (ללא קבלים מבודדים), המאפשר להם לעבוד עם מתחים קבועים. עומס היציאה של השבב מוצג באופן קונבנציונאלי כ- R resistist. למעשה, לרוב זהו הקלט או מספר הכניסות של אותם מעגלים דיגיטליים.
הטרנזיסטור הראשון הוא רב פולט. הוא זה שמבצע את הפעולה הלוגית של הקלט 2I, והטרנזיסטורים הבאים מבצעים את ההגברה וההיפוך של האות. מעגלי מיקרו המיוצרים על פי סכמה דומה נקראים היגיון טרנזיסטור-טרנזיסטור, מקוצר כ- TTL.
קיצור זה משקף את העובדה שפעולות לוגיקת הקלט וההגברה וההיפוך שלאחר מכן מבוצעות על ידי אלמנטים טרנזיסטוריים של המעגל. בנוסף ל- TTL, יש גם לוגיקה של דיודה-טרנזיסטור (DTL), שהשלבים הלוגיים של הקלט בהם מבוצעים על דיודות הממוקמות, כמובן, בתוך המיקרו-מעגל.
איור 7
בכניסות אלמנט ההיגיון 2I-NOT בין פולטות טרנזיסטור הקלט לחוט המשותף מותקנות דיודות VD1 ו- VD2. מטרתם להגן על הכניסה מפני מתח של קוטביות שלילית, שיכולה להתרחש כתוצאה מהשראה עצמית של אלמנטים הרכבה כאשר המעגל פועל בתדרים גבוהים, או פשוט מוגש בטעות ממקורות חיצוניים.
טרנזיסטור הכניסה VT1 מחובר לפי הסכימה עם בסיס משותף, והעומס שלו הוא הטרנזיסטור VT2, שיש לו שני עומסים. בפולט זה הנגד R3, ובאספן R2. כך מתקבל מהפך שלב לשלב הפלט בטרנזיסטורים VT3 ו- VT4, מה שגורם להם לעבוד באנטי פאזה: כאשר VT3 סגור, VT4 פתוח ולהיפך.
נניח ששני התשומות של אלמנט 2 ו- אינן נמוכות. לשם כך, פשוט חבר את הכניסות האלה לחוט משותף.במקרה זה, הטרנזיסטור VT1 יהיה פתוח, מה שיהיה כרוך בסגירת הטרנזיסטורים VT2 ו- VT4. הטרנזיסטור VT3 יהיה במצב הפתוח ודרכו והדיודה VD3, הזרם זורם לעומס - ביציאת האלמנט הוא מצב ברמה גבוהה (יחידה לוגית).
במקרה כזה, אם יחידת ההיגיון מוחלת על שתי הכניסות, הטרנזיסטור VT1 נסגר, מה שיוביל לפתיחת טרנזיסטורים VT2 ו- VT4. עקב פתיחתם הטרנזיסטור VT3 נסגר והזרם דרך העומס נעצר. ביציאת האלמנט נקבע מצב אפס או מתח נמוך.
מפלס המתח הנמוך נובע מצניחת מתח בצומת האספן-פולט של הטרנזיסטור הפתוח VT4 ועל פי המפרט אינו עולה על 0.4V.
מתח הרמה הגבוה ביציאת האלמנט הוא פחות ממתח האספקה בעוצמת ירידת המתח על פני הטרנזיסטור הפתוח VT3 והדיודה VD3 במקרה בו הטרנזיסטור VT4 סגור. מתח הרמה הגבוה ביציאת האלמנט תלוי בעומס, אך לא אמור להיות פחות מ 2.4V.
אם מתח לאט מאוד משתנה, המשתנה מ 0 ... 5V, מוחל על כניסות של אלמנט המחובר זה לזה, ניתן לראות כי המעבר של האלמנט מרמה גבוהה לנמוך מתרחש בצורה צעדית. מעבר זה מתבצע ברגע בו המתח בכניסות מגיע לרמה של כ- 1.2 וולט. מתח כזה לסדרה 155 של מעגלי מיקרו נקרא סף.
זה יכול להיחשב כהיכרות כללית עם האלמנט 2I-NOT שלם. בחלק הבא של המאמר נכיר את המכשיר של מכשירים פשוטים שונים, כמו גנרטורים שונים ומעצבי דופק.
בוריס אלאלדישקין
המשך המאמר: שבבי היגיון. חלק 4
ספר אלקטרוני -מדריך למתחילים לבקרי מיקרו AVR
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: