Функциональная логическая схема минимизированных функций алгебр логики Y1 и Y2

Рис. 2

Из рис.2 видно, что в схеме содержится 7 элементов 3И-НЕ и 5 элементов 2И-НЕ.

Выбор интегральной микросхемы.

Для реализации логических функций схемы рис.2 используем интегральные микросхемы из 155 серии ТТЛ (SN74): К155ЛА3 (или К155ЛА13), состоящая из четырех логических элементов 2И-НЕ и К155ЛА4 (или К155ЛА10), состоящая из трех логических элементов 3И-НЕ.

Типовые параметры микросхем серии К155:

1. Время задержки распространения – 10нс;

2. Удельная потребляемая мощность – 10мВт/лэ;

3. Работа переключения – 100пДж;

4. Коэффициент разветвления по выходу – 10;

5. Напряжение питания – +5В;

6. Выпускается в пластмассовых корпусах с вертикальным расположением выводов типа DIP;

7. Отклонение напряжения питания от номинального значения: ±5%;

8. Диапазон рабочих температур – -10…+700С;

Предельно допустимые значения параметров и режимов эксплуатации микросхем серии К155 в диапазоне рабочих температур:

1. Кратковременное, в течении 5нс, напряжение питания – 7В;

2. Максимальное постоянное напряжение питания – 5,25В;

3. Минимальное постоянное напряжение питания – 4,75В;

4. Максимальное напряжение между входами – 5,5В;

5. Минимальное отрицательное напряжение на входе – -0,4В;

6. Максимальное напряжение логического «0» на входе – 0,8В;

7. Минимальное напряжение логической «1» на входе – 2,0В;

8. Максимальное напряжение на запертом выходе – 5,25В;

9. Максимальный выходной ток логического «0» – 16мА;

10. Максимальный выходной ток логической «1» – 1-0,4мА;

11. Максимальная емкость нагрузки – 15пФ;

Конструктивные параметры микросхем серии К155 (чертеж в масштабе М1:2)

Рис. 3

Выберем из микросхем К155ЛА4 и К155ЛА10 наиболее оптимальный вариант по их параметрам.

Параметры при +25єС

</td>

К155ЛА4

</td>

К155ЛА10

</td></tr>

Здесь, – ток потребления при низком уровне напряжения;

– ток потребления при высоком уровне напряжения;

– выходной ток низкого уровня;

– входной ток низкого уровня;

– входной ток высокого уровня;

– выходное напряжение низкого уровня;

– выходное напряжение высокого уровня;

– задержка распространения отрицательного выходного сигнала относительно входного .

– задержка распространения положительного выходного сигнала относительно входного;

– потребляемая статическая мощность на один элемент.

Из характеристик интегральных микросхем К155ЛА4 и К155ЛА10 видно, что микросхема К155ЛА4 отличается от К155ЛА10 только параметром. У микросхемы К155ЛА4 он меньше. А если мал, то выходной импульс запоздает мало и среднее время задержки распространения сигнала сократится, что увеличивает эффективность интегральной микросхемы.

Следовательно, выбираем микросхему К155ЛА4 (аналог 7410PC).

Выберем из микросхем К155ЛА3 и К155ЛА13 наиболее оптимальный вариант по их параметрам.

Параметры при +25єС

</td>

К155ЛА3

</td>

К155ЛА13

</td></tr>

Анализируя характеристики интегральных микросхем К155ЛА3 и К155ЛА13 выбираем микросхему К155ЛА3 (аналог 7400PC)., т.к. у нее параметры и меньше чем у К155ЛА13.

Т.о. выбираем микросхемы К155ЛА3 и К155ЛА4:

Рис. 4

№ выв.

</td>

Назначение

</td></tr>

1

</td>

Вход

</td></tr>

2

</td>

Вход

</td></tr>

3

</td>

Выход

</td></tr>

4

</td>

Вход

</td></tr>

5

</td>

Вход

</td></tr>

6

</td>

Выход

</td></tr>

7

</td>

Общий GDN (-5В)

</td></tr>

8

</td>

Выход

</td></tr>

9

</td>

Вход

</td></tr>

10

</td>

Вход

</td></tr>

11

</td>

Выход

</td></tr>

12

</td>

Вход

</td></tr>

13

</td>

Вход

</td></tr>

14

</td>

(+5В)

</td></tr>

Принципиальная схема цифрового автомата.

Для составления принципиальной и монтажной схем, нам необходимо определить количество микросхем, а также, дополнительного оборудования, поэтому составляем спецификации используемых микросхем и оборудования (табл.3, табл.4).

Таблица 3 – Спецификация используемых микросхем

№ п/п

</td>

Тип микросхемы

</td>

Кол-во

</td>

Обозначение в схеме

</td>

Примечание

</td></tr>

1

</td>

К155ЛА4

</td>

3

</td>

D1, D2, D3

</td></tr>

2

</td>

К155ЛА3

</td>

1

</td>

D4

</td></tr>

Таблица – Спецификация дополнительного оборудования

№ п/п

</td>

Тип оборудования

</td>

Кол-во

</td>

Обозначение в схеме

</td>

Примечание

</td></tr>

1

</td>

Коннектор CONN-SIL2

</td>

2

</td>

XS2, XS3

</td></tr>

2

</td>

Коннектор CONN-SIL4

</td>

1

</td>

XS1

</td></tr>

Микросхемы D1, D2 и элемент D3.1 микросхемы D3, работают в режиме 3И-НЕ.

Элемент D3.2 микросхемы D3, работает в режиме 2И-НЕ. Для этого в элементе соединим ножки 4 и 5.

Микросхема D4 работает в режиме 2И-НЕ.

Рис. 5

Монтажная схема представлена в масштабе М1:2.

Тип монтажа и размещения элементов: печатная плата.

Трассировка дорожек печатной платы: двухсторонняя (трассировка дорожек печатной платы выполнена в программном комплексе Proteus v7.7).

Геометрические характеристики монтажа:

толщина платы: 1,25мм;

высота зазора (верх): 10мм;

высота зазора (низ): 1мм;

Схемы RS-триггеров на микросхемах

После знакомства с принципом работы различных триггеров у начинающего радиолюбителя возникает естественное желание опробовать работу этих самых триггеров в “железе”.

На практике изучение работы триггеров гораздо интересней и увлекательней, кроме того происходит знакомство с реальной элементной базой.

Далее будут рассмотрены несколько схем триггеров, выполненных на цифровых микросхемах так называемой жёсткой логики. Сами по себе схемы не являются завершёнными готовыми устройствами и служат лишь для наглядной демонстрации принципов работы RS-триггера.

Итак, начнём.

Для ускорения процесса сборки и тестирования схем применялась беспаечная макетная плата. С её помощью удаётся быстро сконфигурировать и изменить схему в соответствии с потребностями. Пайка, естественно, не применяется.

Схема RS-триггера на микросхеме К155ЛА3.

Данная схема уже приводилась на страницах сайта в статье про RS-триггер. Для её сборки потребуется сама микросхема К155ЛА3, два индикаторных светодиода разного цвета свечения (например, красный и синий), пара резисторов номиналом 330 Ом, а также стабилизированный блок питания с выходным напряжением 5 вольт. В принципе, подойдёт любой маломощный блок питания на 5 вольт.

Для дела сгодится даже 5-ти вольтовый зарядник от сотового телефона. Но стоит понимать, что не каждый зарядник держит стабильное напряжение. Оно может гулять в пределах 4,5 – 6 вольт. Поэтому всё-таки лучше использовать стабилизированный блок питания. При желании можно собрать блок питания своими руками. К выводу 14 микросхемы К155ЛА3 подключается “+” питания, а к 7 выводу “-” питания.

Как видим, схема очень простая и выполнена на логических элементах 2И-НЕ. Собранная схема имеет всего лишь два устойчивых состояния 0 или 1.

После того, как на схему будет подано напряжение питания, загорится один из светодиодов. В данном случае загорался синий светодиод, который подключен к инверсному выходу триггера (Q).

При однократном нажатии на кнопку Set (установка), RS-триггер устанавливается в единичное состояние. При этом должен засветиться тот светодиод, который подключен к так называемому прямому выходу Q. В данном случае это красный светодиод.

Это свидетельствует о том, что триггер «запомнил» 1 и выдал сигнал об этом на прямой выход Q.

Светодиод (синий), который же подключен к инверсному выходу Q, должен погаснуть. Инверсный – это значит обратный прямому. Если на прямом выходе 1, то на инверсном 0. При повторном нажатии на кнопку Set, состояние триггера не изменится – реагировать на нажатия кнопки он не будет. В этом и заключается основное свойство любого триггера – способность длительное время сохранять одно из двух состояний. По сути, это простейший элемент памяти.

Чтобы сбросить RS-триггер в нуль (т.е. записать в триггер логический 0) нужно один раз нажать на кнопку Reset (сброс). При этом красный светодиод погаснет, а синий загорится. Повторные нажатия на кнопку Reset состояние триггера не изменят.

Показанную схему можно считать примитивной, так как собранный RS-триггер не имеет никакой защиты от помех, а сам триггер является одноступенчатым. Но зато в схеме применяется микросхема К155ЛА3, которая очень часто встречается в электронной аппаратуре и поэтому она легкодоступна.

Также стоит отметить, что на этой схеме выводы установки S, сброса R, прямого Q и инверсного выхода Q показаны условно – их можно поменять местами и суть работы схемы не изменится. Это всё потому, что схема выполнена на неспециализированной микросхеме.

Видео работы RS-триггера на микросхеме К155ЛА3.

Далее же мы разберём пример реализации RS-триггера на специализированной микросхеме-триггере.

Схема RS-триггера на микросхеме КМ555ТМ2.

В данной схеме используется специализированная микросхема КМ555ТМ2, в составе которой 2 D-триггера. Эта микросхема выполнена в керамическом корпусе, поэтому в названии присутствует сокращение КМ. Также можно применить микросхемы К555ТМ2 и К155ТМ2. Они имеют пластмассовый корпус.

Как мы знаем, D-триггер несколько отличается от RS-триггера, но у него также присутствуют входы для установки (S) и сброса (R). Если не использовать вход данных (D) и тактирования (C), то на базе микросхемы КМ555ТМ2 легко собрать RS-триггер. Вот схема.

В схеме применён только один из двух D-триггеров микросхемы КМ555ТМ2. Второй D-триггер не используется. Его выводы никуда не подключаются.

Так как входы S и R микросхемы КМ555ТМ2 являются инверсными (отмечены кружком), то переключение триггера из одного устойчивого состояния в другое происходит при подаче на входы S и R логического 0.

Чтобы подать на входы 0, нужно просто соединить эти входы с минусовым проводом питания (с минусом «-»). Сделать это можно как с помощью специальных кнопок, например, тактовых, как на схеме, так и с помощью обычного проводника. Кнопками, конечно, это делать гораздо удобнее.

Жмём кнопку SB1 (Set) и устанавливаем RS-триггер в единицу. Засветится красный светодиод.

А теперь жмём кнопку SB2 (Reset) и сбрасываем триггер в нуль. Засветится синий светодиод, который подключен к инверсному выходу триггера (Q).

Стоит отметить, что входы S и R у микросхемы КМ555ТМ2 являются приоритетными. Это значит, что сигналы на этих входах для триггера являются главными. Поэтому если на входе R нулевое состояние, то при любых сигналах на входах C и D состояние триггера не изменится. Это утверждение относится к работе D-триггера.

Видео работы RS-триггера на микросхеме КМ555ТМ2.

Если найти микросхемы К155ЛА3, КМ155ЛА3, КМ155ТМ2, К155ТМ2, К555ТМ2 и КМ555ТМ2 не удастся, то можно использовать зарубежные аналоги этих микросхем стандартной транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ): 74LS74 (аналог К555ТМ2), SN7474N и SN7474J (аналоги К155ТМ2), SN7400N и SN7400J (аналоги К155ЛА3).

Главная &raquo Цифровая электроника &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

  • Основы цифровой электроники.

  • Базовые логические элементы.

  • Что такое регистр? Регистр сдвига.

  • JK-триггер.

Содержание

Сотворим вместе

Задание 2. Простые схемы на мс К155ЛА3.

Задание 2. Простые схемы на мс К155ЛА3.

Краткий порядок задания :

2-1. Справка о мс К155ЛА3.

На правом изображении «живая» микросхема К155ЛА3 в корпусе DIP14 (14 выводов):

На изображении микросхема установлена в макетку и к её выводам (N7, 14) подведено питание.

Re: Задание 2

2-2. Сборка генератора (схема 4 и 4k) :

Генератор импульсов (схема 4) собирается на двух элементах микросхемы К155ЛА3, включённых инверторами. Частота мигания (количество импульсов в секунду) зависит от величины сопротивления R1 и конденсатора C1. К выводу 6 (выход второго элемента микросхемы, он же и выход генератора ) через токоограничивающее сопротивление R2 подключён светодиод VD1. Если он замигает после подачи питания на макетку, то схема собрана правильно.

DD1 – К155ЛА3, R1 – 330 Ом, R2 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.

На изображении собранный генератор :

В сборке элементом R1 является соединение из трёх сопротивлений с номиналом 1 кОм, а не одно сопротивление с номиналом 330 Ом.

2-3. Общие рекомендации по сборке :

2-4. Этапная сборка схемы 4 (с проверкой этапов) :

2-5. Схема 4k и выполнение задания :

На следующем изображении 4-я схема с небольшим изменением (светодиод включён катодом к земле – Схема 4k ).

DD1 – К155ЛА3, R1 – 330 Ом, R2 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.

Задание по схеме 4k :

При сборке схемы 4k генератора участвуют два логических элемента микросхемы (1,2-3; 4,5-6), а два элемента остались не задействованными (13,12-11; 10,9-8). Необходимо собрать второй генератор на свободных элементах микросхемы.

— В тетрадке начертите схему 4k генератора без обозначения номеров выводов (1,2-3; 4,5-6) микросхемы К155ЛА3.

При правильной сборке два светодиода (от двух генераторов) должны мигать.

2-6. Сборка генератора (схема 5) :

READ  Как подключить кассетную магнитолу jvc

DD1 – К155ЛА3, R1-R3 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.

2-7. Сборка генератора (схема 7) :

DD1 – К155ЛА3, R1-R4 – 1 кОм, С1 – 470,0 мкФ.

2-8. Сборка генератора (схема 6) :

DD1 – К155ЛА3, R1-R3 – 1 кОм, R4-330 Ом, С1 – 470,0 мкФ, C2 – 47,0 мкФ.

2-9. Период, скважность, частота :

Если схема генератора собрана правильно, то светодиод, подключенный к выходу генератора, должен мигать (при соответствующих параметрах RC элементов). Или, светодиод периодически светится и не светится.

— в большинстве схем генераторов, построенных на элементах 155 серии, номинал сопротивления должен быть менее 500 Ом (только тогда генератор будет работать).

— временные отрезки импульса и паузы будут почти равными при R1 =100 Ом, а при увеличении сопротивления R1 длительности импульса и паузы начинают отличаться друг от друга и даже в несколько раз при максимальной величине сопротивления.

Если время периода T поделить на время длительности импульса (высокий уровень напряжения), то получим величину Скважности ( S ). При меандре S = 2, а если длительность импульса меньше длительности паузы, то величина S > 2.

Например, при T = 0.5 сек (полсекунды), f = 1 / 0.5 c = 2 Гц (за секунду можно заметить две вспышки светодиода).

Но, чем частота ближе к значению 25 Гц, тем хуже человеческий глаз будет различать световые вспышки светодиода и паузы между ними. Свечение светодиода постепенно сливается, и при частоте более 25 Гц он будет как бы постоянно светиться. Для этого попробуйте изменять номиналы элементов.

2-10. Задание по схеме 6 :

Схема 6 состоит из двух генераторов.

Re: Задание 2

2-11. Сборка RS-триггера :

Сборка схемы RS-триггера выполняется на элементах мс К155ЛА3 (логика 2И-НЕ).

Соберите схему, поочерёдно нажимайте на кнопки KN1 и KN2 :

При изготовлении триггеров преимущественно используются транзисторы. В настоящее время триггеры используются в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.

2.12. Задание с использованием RS-триггеров.

Источник

Одновибратор на логических элементах К155ЛА3

Одновибратором именуют генератор, вырабатывающий одиночные электрические импульсы. Алгоритм работы одновибратора таков: при поступлении на вход одновибратора электрического сигнала, схема выдает на выходе короткий импульс, продолжительность которого определяется номиналами RC цепи.

После окончания формирования выходного импульса, одновибратор вновь возвращается в свое первоначальное состояние, и процесс повторяется при поступлении нового сигнала на его входе. Поэтому данный одновибратор еще именуют ждущим мультивибратором.

На практике применяется множество разновидностей одновибраторов, таких как одновибратор на транзисторах, операционных усилителях и одновибратор на логических элементах.

Описание работы одновибратора на логических элементах

Одновибратор состоит из двух логических элементов микросхемы К155ЛА3: первый из них применен в роли 2И-НЕ элемента, второй подключен как инвертор. Подача входного сигнала осуществляется посредством кнопки SA1. Кнопка в данной схеме применяется только в качестве имитации входного сигнала. В действующих же устройствах на данный вход обычно поступает сигнал с каких-либо узлов схемы.

READ  Как подключить видеокамеру к авто аккумулятору

Для наглядности работы одновибратора, к его выходу можно подключить светодиод через токоограничивающий резистор. Чтобы видеть свечение светодиода, нужно чтобы выходной импульс был достаточно продолжительный, поэтому выберем конденсатор емкостью 500 мкф.

Подадим питание и замерим стрелочным вольтметром напряжение на выводах логических элементов DD1.1 и DD1.2 микросхемы К155ЛА3. На выходе логического элемента DD1.1 микросхемы К155ЛА3 должен быть логический ноль (не более 0,4 вольта) и единица (более 2,4 вольта) на его входе 2. Так же на выходе 6 логического элемента DD1.2 будет единица и соответственно единица на выводе 1 на DD1.1.

Одновременно с этим процессом загорится и светодиод, подсказывая нам, что на выходе одновибратора появился одиночный импульс высокого уровня. Если параллельно конденсатору С1 подключить конденсатор такой же емкости, то мы заметим, что продолжительность импульса возросла вдвое. Так же изменяя сопротивление резистора R1 можно добиться изменения длительности импульса.

Подведем итог: Чем выше емкость конденсатора C1 и сопротивление R1, тем продолжительнее выходной импульс вырабатываемый одновибратором на К155ЛА3.

В данной схеме одновибратора сопротивление R1 и емкость Cl представляют собой времязадающую RC цепь. При малых значениях C1 и R1 длительность импульса будет настолько короткой, что визуально обнаружить его с помощью вольтметра или светодиода не реально. В этом случае наличие импульса можно зафиксировать с помощью осциллографа или логического пробника.

В ждущем состоянии вывод 2 микросхемы К155ЛА3 никуда не подсоединен, поскольку контакты SA1 еще незамкнуты. По сути, на входе находится единица. Зачастую вход в таком случае соединяют с плюсом питания через сопротивление 1 кОм.

Из-за подключенного сопротивления R1, на входе логического элемента DD1.2 находится лог. 0, а на его выходе лог. 1. Поскольку на обоих выводах конденсатора лог. 0, он полностью разряжен.

В момент нажатия SA1, на вход 2 логического элемента DD1.1 поступает электрический сигнал низкого уровня. Поэтому на выводе 3 логического элемента DD1.1 единица. Положительный фронт через C1 подается на вход DD1.2. Соответственно с выхода его логический 0 поступит на вход DD1.1 и он будет присутствовать там даже после отпускания кнопки.

Одновременно через резистор происходит заряд конденсатора. И по окончании заряда напряжение на резисторе упадет и это переведет выход элемента DD1.2 в лог. 1. Одновибратор вернется в исходное состояние — в ждущий режим.

Следует заметить, то входной сигнал (нажатие кнопки) должен быть меньше по продолжительности, чем выходной иначе выходных импульсов не будет.

Источник: «Энциклопедия начинающего радиолюбителя», Никулин С.А.

Источник

Описание микросхемы К155ЛА3

Микросхема К155ЛА3 является, по сути, базовым элементом 155-ой серии интегральных микросхем. Внешне по исполнению она выполнена в 14 выводном DIP корпусе, на внешней стороне которого выполнена маркировка и ключ, позволяющий определить начало нумерации выводов (при виде сверху — от точки и против часовой стрелки).

READ  Как подключить два компьютера между собой через hdmi

В функциональной структуре микросхемы К155ЛА3 имеется 4 самостоятельных логических элементов 2И-НЕ. Одно лишь их объединяет, а это линии питания (общий вывод — 7, вывод 14 – положительный полюс питания) Как правило, контакты питания микросхем не изображаются на принципиальных схемах.

Каждый отдельный 2И-НЕ элемент микросхемы К155ЛА3 на схеме обозначают DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4. По правую сторону элементов находятся выходы, по левую сторону входы. Аналогом отечественной микросхемы К155ЛА3 является зарубежная микросхема SN7400, а все серия К155 аналогична зарубежной SN74.

Таблица истинности микросхемы К155ЛА3

Опыты с микросхемой К155ЛА3

На макетную плату установите микросхему К155ЛА3 к выводам подсоедините питание (7 вывод минус, 14 вывод плюс 5 вольт). Для выполнения замеров лучше применить стрелочный вольтметр, имеющий сопротивление более 10 кОм на вольт. Спросите, почему нужно использовать стрелочный? Потому, что, по движению стрелки, можно определить наличие низкочастотных импульсов.

После подачи напряжения, измерьте напряжение на всех ножках К155ЛА3. При исправной микросхеме напряжение на выходных ножках (3, 6, 8 и 11) должно быть около 0,3 вольт, а на выводах (1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, и 13) в районе 1,4 В.

Для исследования функционирования логического элемента 2И-НЕ микросхемы К155ЛА3 возьмем первый элемент. Как было сказано выше, его входом служат выводы 1 и 2, а выходом является 3. Сигналом логической 1 будет служить плюс источника питания через токоограничивающий резистор 1,5 кОм, а логическим 0 будем брать с минуса питания.

Опыт первый (рис.1): Подадим на ножку 2 логический 0 (соединим ее с минусом питания), а на ножку 1 логическую единицу (плюс питания через резистор 1,5 кОм). Замерим напряжение на выходе 3, оно должно быть около 3,5 В (напряжение лог. 1)

Вывод первый : Если на одном из входов лог.0, а на другом лог.1, то на выходе К155ЛА3 обязательно будет лог.1

Опыт второй (рис.2): Теперь подадим лог.1 на оба входа 1 и 2 и дополнительно к одному из входов (пусть будет 2) подключим перемычку, второй конец которой будет соединен с минусом питания. Подадим питание на схему и замерим напряжение на выходе.

Оно должно быть равно лог.1. Теперь уберем перемычку, и стрелка вольтметра укажет напряжение не более 0,4 вольта, что соответствует уровню лог. 0. Устанавливая и убирая перемычку можно наблюдать как «прыгает» стрелка вольтметра указывая на изменения сигнала на выходе микросхемы К155ЛА3.

Вывод второй: Сигнал лог. 0 на выходе элемента 2И-НЕ будет только в том случае, если на обоих его входах будет уровень лог.1

Следует отметить, что неподключенные входы элемента 2И-НЕ («висят в воздухе»), приводит к появлению низкого логического уровня на входе К155ЛА3.

Опыт третий (рис.3): Если соединить оба входа 1 и 2, то из элемента 2И-НЕ получится логический элемент НЕ (инвертор). Подавая на вход лог.0 на выходе будет лог.1 и наоборот.

Источник: «Энциклопедия начинающего радиолюбителя», Никулин С.А

Источник

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий