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.

Tabuľka, ktorú treba vyplniť

R-S obvod
$Q_{n-1}$	Syntaktická analýza (parsing) neúspešná (MathML s fallbackom na SVG alebo PNG (odporúčané pre moderné prehliadače a nástroje pre zjednodušenie prístupu): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle A}	Syntaktická analýza (parsing) neúspešná (MathML s fallbackom na SVG alebo PNG (odporúčané pre moderné prehliadače a nástroje pre zjednodušenie prístupu): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle B}	Syntaktická analýza (parsing) neúspešná (MathML s fallbackom na SVG alebo PNG (odporúčané pre moderné prehliadače a nástroje pre zjednodušenie prístupu): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle Q_n}	Syntaktická analýza (parsing) neúspešná (MathML s fallbackom na SVG alebo PNG (odporúčané pre moderné prehliadače a nástroje pre zjednodušenie prístupu): Neplatná odpověď („Math extension cannot connect to Restbase.“) od serveru „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \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.

Po zapojení pripojte na vstup tlačidlo P, ktoré generuje jeden impulz. 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.

 
 

Z celého merania je potrebné vypracovať za skupinu jeden referát, s uvedením mien všetkých autorov. Každý študent však odovzdá do Classroomu jednu verziu sám za seba. Ku každej úlohe bude uvedená schéma zapojenia, zoznam použitých súčiastok, zapojenie vývodov a namerané hodnoty - vo forme tabuľky alebo ako časový diagram.