Meranie s logickými obvodmi

Úlohy

1. Oboznámte sa s princípom zapájania obvodov na bezkontaktnom poli a preštudujte si zapojenie.
2. Zapojte podľa schémy č. 1 logický člen NAND a overte jeho funkciu.
3. Zapojte podľa schémy č. 2 kombinačný logický obvod, overte jeho funkciu a určte, ktorú logickú funkciu realizuje.
4. Navrhnite zapojenie preklápacieho obvodu R-S, zapojte a overte jeho funkciu.
5. Zapojte podľa schémy č. 3 binárne počítadlo a overte jeho funkciu.
6. Zmeňte zapojenie tak, aby ste dostali počítadlo 0-9.

Z celého merania je potrebné vypracovať za skupinu jeden referát. Ku každej úlohe bude uvedená schéma zapojenia, zoznam použitých súčiastok, zapojenie vývodov a namerané hodnoty - tabuľka alebo časový diagram.

1. Pred meraním

1.1. Bezkontaktné prepojovacie pole

Bezkontaktné prepojovacie pole (breadboard) slúži na rýchle zapojenie jednoduchších obvodov bez potreby spájkovania. Vnútri v doštičke sa nachádzajú kontaktné pružinky, ktoré zabezpečia prepojenie medzi jednotlivými vývodmi. Prepojená je vždy jedna pätica kontaktov, okrem toho sú navzájom prepojené dlhé kontakty na okrajoch dosky určené na rozvod napájania (modré a červené). Napätie na tieto kontakty však musíte najprv priviesť!

Kontaktné pole je umiestnené na experimentálnej doske TTLogik (FEI STU), na ktorej je stabilizátor napájania +5V, vstupné obvody (prepínače, tlačidlo Pulz), výstupné (LED diódy, displej). Kompletné zapojenie dosky a popis všetkých vývodov nájdete v užívateľskej príručke.

• TTLogik User Guide

 
 

1.2. Upozornenie

• MicroUSB konektor na doske je citlivý na mechanické namáhanie. Kábel zasuňte do doštičky raz a počas celého cvičenia obvod zapínajte a odpájajte výhradne vyťahovaním druhého konca z USB portu počítača.
• Prvé zapojenie musí vždy skontrolovať cvičiaci pred zasunutím USB napájania do PC.
• Zapájanie:
  • Pred zatlačením obvodu skontrolujte jeho typ (aj tak ho potrebujete zapísať do protokolu) a skontrolujte kde má pin č. 1 (pozri obr.)
  • Pred zatlačením obvodu do doštičky skontrolujte, či sú všetky nožičky rovné a či žiadna nezostala ohnutá pod telom obvodu.
  • Ak je nožička zlomená, požiadajte o výmenu. Používajte priloženú pinzetu/vyťahovač.
  • Odporúčame používať štandardné farby vodičov: červená = napájanie (Vcc), čierna = zem (GND). Farba síce nemá vplyv na funkciu, ale výrazne urýchli kontrolu cvičiacim aj samotným študentom.

2. Logický člen NAND

Na overenie vlastností použijeme dvojstupový logický člen NAND -- jeden zo štyroch, ktorý sa nachádza v obvode 74HCT00 výrobcu Texas Instruments (datasheet). Vyrába sa v rozličných typoch puzdra, my použijeme DIL so 14 vývodmi. Okrem samotného logického člena nesmiete zabudúť na pripojenie napájania Vcc (+5V) a GND (0V).

Po zapojení pripojte na vstupy tlačidlá S1 a S2, na výstup LED diódu D1. Vyskúšajte všetky kombinácie a zapíšte výsledok do tabuľky.

74HCT00
S1	S2	Q1

Ak máte tabuľku vyplnenú, zmerajte multimetrom skutočnú veľkosť napätí v obvode.

• Multimeter nastaviť na rozsah 20V= (jednosmerné).
• Vodič z výstupu hradla (pin 3) odpojte z LED diódy a napätie log. 0 a log. 1 merajte voči zemi priamo na tomto odpojenom vodiči.
• Zmerajte a zapíšte aj reálne napájacie napätie Vcc (medzi pinmi 7 a 14).
• Všetky tri zmerané napätia zapíšte do referátu z merania.
• Po skončení merania multimeter vypnite.

• Obvod SN74HCT00N - datasheet

 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Analýza logického obvodu

Zapojte na skúšobnej doštičke obovod podľa nasledovnej schémy zapojenia. Nezabudúť na pripojenie napájania Vcc (+5V) a GND (0V).

Po zapojení pripojte na vstupy tlačidlá S1, S2 a S4, na výstup LED diódu D1. Vyskúšajte všetky kombinácie a zapíšte výsledok do tabuľky. Napíšte rovnicu realizovanej logickej funkcie pomocou UDNF alebo UKNF.

Tabuľka, ktorú treba vyplniť (premyslite si ako nastaviť vstupy, aby ste nevynechali žiadnu kombináciu):

Funkcia
S1	S2	S4	Q1

• Obvod SN74HCT00N - datasheet

 
 
 
 
 
 

4. Preklápací obvod R-S

Zostavte preklápací obvod R-S z dvoch dvojstupových logických členov NAND v obvode 74HCT00. Nezabudúť na pripojenie napájania Vcc (+5V) a GND (0V).

Po zapojení pripojte na vstupy tlačidlá S1 a S2, na výstupy LED diódy D1 a D2. Vyskúšajte všetky kombinácie a zapíšte výsledok do tabuľky.

Stav $Q_{n-1}$ predstavuje počiatočný stav výstupu. Najprv vhodnou kombináciou vstupov nastavte na výstupe Q požadovanú hodnotu (0 alebo 1), následne nastavte meranú kombináciu vstupov S1, S2 a sledujte nový stav$Q_{n}$.

Zakázaný stav neznamená, že obvod zhorí alebo prestane fungovať, ale že výstupy Q prestanú byť navzájom komplementárne (obe LED svietia, resp. sú v log. 1).

Tabuľka, ktorú treba vyplniť

R-S obvod
$Q_{n-1}$	$S_{1}$	$S_{2}$	$Q_{n}$	${\overline {Q_{n}}}$
0
0
0
0
1
1
1
1

• Obvod SN74HCT00N - datasheet

 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Overenie činnosti binárneho počítadla

Na toto meranie potrebujete iný integrovaný obvod! Vymeňte 7400 za 7493.

Zapojte na skúšobnej doštičke obovod binárneho počítadla ovládaného preklápacím obvodom podľa nasledovnej schémy zapojenia. Nezabudúť na pripojenie napájania Vcc (+5V) a GND (0V), pričom obvod 7493 má napájanie pripojené na iné vývody ako 7400 v predošlom meraní.

Obvod 7493 pozostáva z dvoch deličiek (mod 2 a mod 8). Aby počítal do 16, musí byť pin 12 (Q_A) externe prepojený na pin 1 (CP_1).

Po zapojení pripojte na vstup tlačidlo P, ktoré generuje jeden impulz. Mohli by sme použiť aj jeden z prepínačov S, ale mechanický kontakt pri prepínaní generuje niekoľko zákmitov a tak by sme namiesto jedného impulzu dostali hneď niekoľko (náhodný počet). Preto máme na doske špeciálne tlačidlo, ktoré vygeneruje presne jeden impulz bez zákmitov.

Na výstupy počítadla pripojte štyri LED diódy D1 - D8. Vyskúšajte činnosť obvodu a jeho funkciu popíšte časovým diagramom. Sledujte tiež stav na výstupoch na displeji.

Čo sa stane, ak namiesto tlačidla P použijete prepínač S1?

• Obvod SN74HCT00N - datasheet
• Obvod CD74HCT93E - datasheet (Texas Instruments)
• Obvod 74HCT93 - datasheet (Philips NxP Semiconductor)

 
 
 
 
 
 

6. Dekadické počítadlo (*)

Bonus: Porozmýšľajte, ako by ste upravili predošlé zapojenie tak, aby počitalo desiatkovo, t.j. od 0 po 9. Využiť sa na to dajú dva nulovacie vstupy R1 a R2 (Reset, platí ak R1 & R2 = H). Na oba vstupy privediete niektoré z výstupov, takže po dosiahnutí stavu 10 sa počítadlo vynuluje a začne od 0. Zapojenie aj overte a nakreslite schému upraveného zapojenia. Za správne a overené riešenie môžete získať body naviac.

 
 

Pokyny k referátu

• Meranie robíme po dvojiciach (trojice len výnimočne).
• Z celého merania je potrebné vypracovať za skupinu jeden referát
• Na titulke musia byť uvedené mená všetkých členov skupiny.
• Tento referát však odovzdá do Classroomu každý člen skupiny sám za seba.
• Referát môže byť vypracovaný rukou (čitateľne odfotený) alebo na PC.
• Refrát bude obsahovať ku každej úlohe
  • schému zapojenia,
  • zoznam použitých súčiastok celé typové označenie z puzdra (napr. SN74HCT00N, CD74HCT93E alebo verzie rady 54), nie iba všeobecné „7400“
  • zapojenie vývodov a namerané hodnoty - vo forme tabuľky alebo ako časový diagram.
  • fotografiu aspoň jedného zapojeného obvodu.
• Záver referátu: krátke zhodnotenie - či namerané hodnoty zodpovedali pravdivostným tabuľkám z prednášky, aké napätia boli reálne namerané a aké

prípadné problémy pri meraní nastali. Ak sa namerané hodnoty nezhodujú s tým, čo ste očakávali, neupravujte namerané výsledky, ale pokúste sa to vysvetliť v závere.