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Elettronica Digitale (per principianti) parte terza

sonda ttl

Dopo aver visto diversi esperimenti creati con alcune porte logiche, aver montato la nostra prima Sonda Logica per CMOS e il nostro primo circuito di clock, è arrivato il momento di fare un piccolo passo in avanti, saliamo sul prossimo gradino passando ad esperimenti con circuiti integrati leggermente più complessi tipo Flip-Flop JK e SR (set/reset) ed ancora circuiti multiplexer/demultiplexer, monteremo inoltre una Sonda Logica per circuiti TTL approfondendo ulteriormente la nostra conoscenza nel campo del digitale.

Sperando che la prima e la seconda parte siano state di aiuto a molti, continuo questa serie cercando di fare piccoli passi alla volta per non appesantire troppo la lettura e facilitare gli esperimenti già di per se abbastanza semplici. Senza perdere tempo, tuffiamoci direttamente nel montaggio della nostra seconda Sonda Logica che servirà a controllare i vari segnali dei circuiti integrati TTL che useremo per le nostre prove. Seguendo lo schema elettrico successivo montiamo nella nostra Bread-Board tutti i componenti, l'elenco ci sarà utile per verificare i valori da utilizzare.

Elenco componenti:

  • R 1-2-3  =  330 Ohm;
  • C 1-2  =  100 nF;
  • C 3  =  220 uF 16V;
  • C4  =  1000 uF 16V;
  • D 1  =  1N4148;
  • IC 1  = 78L05;
  • IC 2  = 7400;
  • Led 1  = verde;
  • Led 2  = giallo;
  • Led 3  =  rosso.

Come possiamo notare dallo schema, il cuore della sonda è una quadrupla porta Nand TTL 7400, in questo caso utilizziamo tre led per visualizzare i vari stati logici, avete letto bene i led sono tre perchè leggeremo, oltre ai due stati logici Alto e Basso anche lo stato Three-State (o Tri-State, marchio registrato dalla National) cioè quando l'uscita in questione è, a tutti gli effetti, sconnessa dal resto del circuito e non ha alcuna influenza su di esso. Questo terzo stato lo hanno solo quei dispositivi che possiedono un ingresso addizionale di gate enable/disable. Alcuni componenti Tri-State sono abilitati da un livello logico basso in ingresso al gate, mentre altri sono abilitati da un livello logico alto. Nella figura seguente possiamo notare alcuni simboli di logiche Tri-State:

Il piedino laterale è l'ingresso di gate.

Anche per questa sonda possiamo decidere il metodo di alimentazione, quindi se decidiamo di alimentarla con una batteria da 9V monteremo tutti i componenti visibili nello schema elettrico, se invece decidiamo di alimentarla con due coccodrilli dal circuito in prova, basta eliminare i componenti a destra del tratteggio verticale che non è altro che la parte alimentatrice che abbassa a 5V la tensione di 9V della batteria e il gioco è fatto (ricordate? i TTL lavorano solo a 5V).

Prima di andare avanti con i prossimi esperimenti vorrei far notare un particolare molto importante che non bisogna assolutamente dimenticare: ogni volta che ci apprestiamo a sperimentare con i nostri circuiti, dobbiamo tener sempre presente che ogni porta logica ha il suo Fan-Out.

Vediamo cos'è: se una logica ha un Fan-Out = 10 vuol dire che l'uscita in questione può pilotare fino a 10 ingressi della stessa famiglia; se è uguale a 1 vuol dire che può pilotare un solo ingresso ed ecco che qui subentrano i vari datasheet che dobbiamo rigorosamente leggere con molta attenzione. Così eviteremo di sovraccaricare le uscite dei dispositivi che stiamo utilizzando.

Sulla famiglia TTL è doveroso far notare che esiste anche la versione militare, riconoscibile dal primo numero che diventa 5 (SN54xxx) in pratica è una copia identica della serie 74xxx ma con caratteristiche di temperatura d'esercizio superiori, la serie 74xxx spazia da -40° a 85° mentre la serie 54xxx da -55° a 125°, per questo motivo il contenitore di questi circuiti integrati è in ceramica a differenza della versione normale che è in plastica.

Flip-Flop.

Con i precedenti esperimenti abbiamo visto che i circuiti possiedono la capacità di passare dallo stato logico basso a quello alto e viceversa, solo se vi è un segnale in ingresso. Adesso vedremo come alcuni modelli riescono a mantenere il loro stato anche se in ingresso non vi è più il segnale, in pratica è la forma più comune di memoria elettronica. Questo dispositivo è definito come "bistabile" o Flip-Flop. L'esempio seguente ci farà capire qual'è il suo effettivo funzionamento:

Elenco componenti.

  • R 1-2  =  820 Ohm
  • R 3-5-7-9  =  47 kOhm
  • R 4-6-8-10  =  470 Ohm
  • Q 1-2-3-4  =  BC337;
  • Led 1-2-3-4  = Led rosso;
  • IC1  =  SN 7400;
  • IC2  =  SN 7490;
  • S1 = Pulsante deviatore.

Nell'elenco notiamo l'utilizzo di logiche TTL standard ma nessuno ci vieta di utilizzare le versioni 74Sxx o 74LSxx etc, ho utilizzato le standard solo perchè sono le prime che ho trovato nel mio laboratorio.

Apprestiamoci a montare i componenti dello schema in alto nella nostra Bread-Board, come al solito l'elenco componenti ci dirà i valori, quindi la raccomandazione è sempre la stessa: ricontrollare tutti i collegamenti prima di dare tensione!

Possiamo osservare il funzionamento mandando a massa i due pin 2 e 7 ed infine azionando il pulsante; se poi proviamo a staccare fisicamente il collegamento in ingresso sul pin 14 del 7490, noteremo che i quattro stati logici in uscita rimarranno memorizzati. Leggendo il datasheet del Flip-Flop possiamo controllare la tabella logica e verificare se con il nostro azionamento del pulsante si ottiene effettivamente il risultato atteso.

Multiplexer.

Saliamo un altro gradino e cominciamo a studiare questi dispositivi apparentemente più complessi ma in realtà il loro utilizzo si rivela più che semplice.

Nella prima parte abbiamo visto come pilotare un display a sette segmenti; se abbiamo la necessità di utilizzarne quattro per un orologio, un frequenzimetro oppure per un semplice voltmetro, diventa oltre che dispendioso anche complicato gestire quattro integrati che pilotano i quattro display, in questo caso ci viene in aiuto l' MM74C926 (4-Digit Counters with Multiplexed 7-Segment Output Drivers). Proviamolo montando i componenti dello schema in basso:

 

  • Elenco componenti.
  • R 1-7  = 330 Ohm;
  • R 8-10  =  10 kOhm;
  • T 1-4  = BC337;
  • Display a catodo comune;
  • IC1  = MM74C926.

Come possiamo notare i segmenti dei quattro display sono collegati in parallelo tra loro (segmento "a" con segmento "a", segmento "b" con segmento "b" etc) quindi sarà il multiplexer a gestire l'accensione del display tramite il transistor collegato sul catodo.

In pratica ci sarà uno (ed uno solo) display acceso e gli altri tre spenti, cerchiamo di capire il perchè: se dobbiamo visualizzare 1234 avremo l'accensione del primo display che visualizza il numero 4, successivamente l'accensione del secondo (e spegnimento del primo) che visualizzerà il 3, poi il terzo che visualizzerà il 2 ed infine il quarto che visualizzerà il numero 1. Tutto questo avverrà ad una velocità tale da ingannare il nostro occhio, c'è un solo display acceso ma noi crediamo di vederne quattro.

Per completare questo schema dobbiamo fornirlo di un circuito di clock, uno di reset e uno d'ingresso, infatti notiamo le tre resistenze fluttuanti per ora nei pin 5, 12 e 13. Nel prossimo appuntamento vedremo in che modo completarlo utilizzando il dispositivo 555.

Mario Venoso

AllegatoDimensione
MM74C926.pdf101.04 KB
SN7400.pdf588.65 KB

 

 

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ritratto di Ivan Scordato

Grande Mario, Complimenti! :)

Grande Mario, Complimenti! :)

ritratto di adrirobot

Schemi elettrici

Ciao Mario
Come c'era d'aspettarselo anche quest’articolo è ricco d’informazioni sui circuiti digitale.
Interessante e utile la parte inerente all’integrato multiplexer MM74C926.
Credo che qualche giovane lettore potrebbe riunire alcuni moduli e magari proporre un orologio, anche se penso che l’ultima frase dell’articolo preveda proprio quest’applicazione.
Per quanto riguarda gli schemi, ho notato una cosa, mi sa che alcuni componenti, credo per ragioni grafiche, sono stati disegnati senza utilizzare quelli della libreria.
Penso che sarebbe utile allegare i file completi (mi sembrano realizzato con EAGLE) così da avere già una base per quelli che si volessero cimentare in implementazioni più complesse.
Se vuoi, posso darti una mano nella loro realizzazione.
Un saluto
Adriano

ritratto di Marven

Grazie Ivan, gentilissimo :-)

Grazie Ivan, gentilissimo :-) ma ho visto che anche tu non hai scherzato con le tue proposte interessanti, quindi mi è d'obbligo ricambiare i complimenti :D

@Adriano, si hai dedotto bene, non ho utilizzato i componenti della libreria di Eagle perchè i pin sono impostati diversamente ed avrei dovuto creare troppi incroci che avrebbero ridotto la lettura dello schema mentre così è facilitata, a questo proposito, visto che non conosco bene Eagle, sai se si possono posizionare diversamente i pin nelle varie librerie? è solo per questo motivo che non ho allegato i files dei vari schemi proprio perchè sono inutilizzabili, magari una mano su quelle parti che ho ricostruito farebbe comodo, così chi volesse utilizzarli avrà tutto facilitato. Grazie.
Non so se si possono aggiungere ai 3D già pubblicati, in caso negativo si possono inserire tutti insieme nella quinta parte (appena sarà completata).
Ciao
Mario

ritratto di adrirobot

Modifica componenti

Ciao Mario
Effettivamente a volte i pin come sono posizionati sui componenti non permettono di avere circuiti di facile lettura.
Modificare la posizione di questi pin non è difficile poiché in EAGLE richiamando la libreria oggetto di modifica, è poi possibile modificare editare il solo simbolo spostando a proprio piacere la posizione.
L’unico inconveniente e che richiamando questo simbolo su circuiti già realizzati questi potrebbero “ingarbugliare” lo schema già realizzato.
Per ovviare a questo occorre copiare, prima di tutto, i componenti in una specifica libreria, da creare ad hoc, e su questa eseguire le modifiche, che non si ripercuoteranno su vecchi circuiti.
Visti però i tuoi tempi di pubblicazione :D, non so se avrò il tempo di realizzarli.
Un saluto
Adriano

ritratto di Marven

Grazie Adriano, gentilissimo,

Grazie Adriano, gentilissimo, come al solito le informazioni che fornisci sono utilissime e gradite, :D adesso che so come devo muovermi, dovrò "inventarmi" il tempo per fare qualche prova e poter modificare alcune librerie che trovo "scomode" con i pin impostati in modo differente al mio metodo di disegnare gli schemi elettrici. Costruire il componente come ho fatto in questi schemi che avete visto, non è per me un problema perchè attualmente utilizzo Eagle solo per disegnarli ma, ben presto avrò bisogno anche dello sbroglio per creare i circuiti stampati quindi sarò costretto ad utilizzare i componenti delle librerie incorporate modificandole a mio gradimento.
Grazie ancora.
Ciao
Mario

ritratto di adrirobot

Copy to Library

Ciao Mario
La soluzione è più difficile a dirsi che da realizzare.
Ti sarà sufficiente creare una libreria vuota e poi copiare al suo interno i simboli che ti servono, li puoi scegliere anche in librerie diverse, evidenzi il simbolo che ti serve e poi con il tasto destro del mouse fai “Copy to Library”, quanto i simboli sono copiati nella libreria sono caricati anche i Package e i dati di collegamento dei vari pin.
Una volta preparata la tua speciale libreria, ti sarà sufficiente modificarla secondo le tue esigenze.
Tutte le fasi si riducono come vedi in operazioni di copia e modifica, non devi creare nulla.
Ciao
Adriano

 

 

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