Elettronica Digitale (per principianti) parte seconda

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Come abbiamo accennato nella prima parte, oggi monteremo la nostra Sonda Logica che ci permetterà di controllare i vari segnali tra i CMOS in prova, vedremo alcuni esercizi che ci permetteranno di continuare gli esperimenti utilizzando modelli di IC logici diversi da quelli visti fino ad ora ed, infine, vedremo come interfacciare dei circuiti integrati TTL con i CMOS e viceversa. Prepariamo la nostra bread board e tuffiamoci in questo mondo Digitale.

Prima di iniziare il montaggio della Sonda Logica vorrei dare un'ultima informazione sulle porte: abbiamo visto come costruire una porta NOT utilizzando una NAND ed abbiamo parlato di NAND a più ingressi, osserviamo nelle figure 1 e 2 come costruire porte NAND a 4 e 8 ingressi, utilizzando lo stesso criterio possiamo costruire anche le altre porte tipo NOR, OR, XOR etc (se ci saranno consensi approfondiremo nei prossimi capitoli).

Montaggio Sonda Logica per CMOS.
Per montare la nostra Sonda Logica utilizzeremo un 4011, un display a 7 segmenti a catodo comune, due transistor e sei resistenze. Lo schema elettrico seguente ci indica i collegamenti:

Come display possiamo utilizzare qualsiasi modello a catodo comune mentre per l'alimentazione possiamo scegliere tra due cavetti con due pinze a coccodrillo e prelevarla direttamente dal circuito in prova oppure utilizzare una batteria: io ho optato per la prima soluzione. Il display ci indicherà lo stato alto con una "H" e lo stato basso con una "L". Questa sonda può essere utilizzata solo con i circuiti CMOS e non può funzionare con circuiti TTL perchè le due famiglie hanno livelli di stato differenti. Vedremo più avanti come montare una Sonda Logica per i circuiti TTL.
Nella foto seguente possiamo notare la sonda completa, assemblata moltissimi anni fa: si notano infatti i due transistor metallici più che datati e devo dire che il suo lavoro lo ha sempre svolto egregiamente, anche se adesso è in "pensione" perchè al suo posto viene utilizzata sia una PenScope (un mini oscilloscopio tascabile) e sia l'oscilloscopio classico.

Una raccomandazione doverosa è quella di ricontrollare con molta calma i collegamenti effettuati prima di dare tensione, la distrazione è sempre in agguato.
Utilizziamo un display a 7 segmenti.
Abbiamo utilizzato un componente nuovo: il display a 7 segmenti a catodo comune, impariamo a pilotarlo in modo semplice, aggiungendo ancora un CMOS 4511, si tratta di una decodifica da BCD a 7 segmenti. Montiamo sulla bread board i componenti del seguente schema:
Tramite S1 inseriamo i codici sotto elencati, il display visualizzerà il numero decimale corrispondente.
  •   A      B     C     D      Display
  •  off   off   off   off         0
  •  off   off   off   on         1
  •  off   off   on   off         2
  •  off   off   on   on         3
  •  off   on   off   off         4
  •  off   on   off   on         5
  •  off   on   on   off         6
  •  off   on   on   on         7
  •  on   off   off   off         8
  •  on   off   off   on         9
Tutte le altre combinazioni lasceranno il display spento. Esistono altri metodi per pilotare i display (leggi multiplexer) e, anche su questo torno a garantirvi che, se ci saranno consensi e richieste, approfondiremo il tema nelle prossime puntate.
Contatore decadico.
Passiamo velocemente al prossimo esperimento utilizzando una decade di conteggio CMOS 4017 ed assembliamo anche il pulsante antirimbalzo e i visualizzatori a led che abbiamo visto nella parte prima.
In base allo schema seguente assembliamo i vari componenti nella nostra bread board.
Elenco componenti.
  • R 1-2  = 2,2 kOhm
  • R 4-6-8-10-12-14-16-18-20-22  = 1 kOhm
  • R 3-5-7-9-11-13-15-17-19-21  = 47 kOhm
  • Q 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 = BC337
  • IC3 = 4011
  • IC2 = 4017
Notiamo che in uscita (a destra dello schema) per semplicità ho disegnato solo due visualizzatori a led ma in realtà vanno replicati per ogni uscita del 4017 (pallini verdi), quindi un totale di 10 led con relativi transistor e resistenze. 
Del pulser stiamo utilizzando solo l'uscita "normalmente a zero logico", l'altra non viene utilizzata in questo contesto.
Ogni volta che premiamo il pulsante vedremo che il led acceso si spegne mentre si accende quello successivo.
 
Automatizziamo la sequenza di accensione led.
Utilizzando il clock visto nella prima parte, al posto del pulsante antirimbalzo, vedremo accendersi in successione tutti i led: per fare ciò basta togliere i componenti del pulsante antirimbalzo e inserire, al loro posto, i componenti del clock, prima di effettuare questa sostituzione proviamo singolarmente il nostro clock osservandone il comportamento in base all'accensione e spegnimento di un led, montiamolo seguendo lo schema in basso:
Osserviamo che il led alterna l' accensione/spegnimento ogni secondo circa. Per chi è alle prime armi consiglierei di effettuare prove variando i valori di C1, R1 ed R2 osservando la differenza nella durata d'accensione con quella di spegnimento del led.
Adesso possiamo togliere i componenti all'interno della zona tratteggiata e collegare il pin 3 del 555 con il pin 14 del 4017. Inserendo l'alimentazione noteremo che la sequenza di accensione dei led sarà automatica e continua fino allo spegnimento. Quasi quasi direi che è un'ottimo gadget per questo periodo natalizio.
Interfacciamento tra CMOS e TTL.
Per interfacciare un circuito CMOS ad uno TTL dobbiamo usare un qualche accorgimento che ci permetta di non sovraccaricare l'uscita CMOS e, contemporaneamente poter pilotare il TTL con una corrente di sink sufficente. Per fare ciò possiamo utilizzare dei convertitori tipo 4049 (invertente) o 4050 (non invertente). I buffer 4049 e 4050 sono progettati con circuiti di protezione degli ingressi che permettono di avere tensioni in ingresso superiori alla loro tensione di alimentazione. Con questo adattamento si possono pilotare un massimo di due carichi TTL standard. E' da notare che un dispositivo CMOS è in grado di pilotare direttamente un dispositivo 74Sxx o 74LSxx. Al contario, per pilotare un CMOS con un dispositivo low-power Schottky si usa il metodo a resistenza di pull-up, la resistenza è tipicamente compresa tra 820 Ohm e 10 Ohm.
Esistono altri interfacciamenti tipo CMOS-NMOS o CMOS-PMOS che, eventualmente vedremo in seguito se ci sarà richiesta.
Spero, con questi semplici esempi, di essere riuscito a dare il "LA" a chi si appresta ad avvicinarsi a questo meraviglioso mondo digitale.

 

Mario Venoso

12 Comments

  1. Marven 27 dicembre 2013
  2. Tiziano.Pigliacelli 28 dicembre 2013
  3. Marven 28 dicembre 2013
  4. adrirobot 28 dicembre 2013
  5. Piero Boccadoro 29 dicembre 2013
  6. Marven 29 dicembre 2013
  7. Tiziano.Pigliacelli 29 dicembre 2013
  8. delfino_curioso 29 dicembre 2013
  9. Marven 30 dicembre 2013
  10. Gianluca Angelone 30 dicembre 2013
  11. Marven 30 dicembre 2013
  12. MarciTy 27 dicembre 2013

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