Studio delle porte logiche

Simulatore digitale
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Il titolo che presenta questo Kit, lo riconosciamo, è
alquanto improprio; non abbiamo infatti alcuna
simulazione, ma la verifica pratica del comportamento
logico (risposta) di una porta logica i cui ingressi
vengano polarizzati volta per volta, con livelli logici
diversi. Il Kit si compone di due parti: una,la principale
(base), uguale in tutte le esperienze, nella quale, vedi
fig.1, trovano posto tutti i componenti del kit ad
eccezzione dell' integrato oggetto dell' esperienza; l'
altra composta da una serie di 6 basette, con ciascuna
serigrafata una diversa porta logica. Le porte logiche
che abbiamo scelto, sono le sei più comunemente usate
ed esattamente: INVERTER (..4069), NOR (..4001),
NAND (..4011), OR (..4071), X-NOR (..4077) e AND
(..4081); pertanto in corrispondenza di ogni basetta
dovrà essere montato i' integrato corrispondente.
Pertanto, stabilito di voler fare esercitazioni su di una
porta logica NOR, basterà prendere la relativa basetta
con montato l' integrato CD4001 e montarla sulla base,
facendo attenzione alla corrispondenza dei piedini dei
due connettori e che i tre diodi led si trovino in
corrispondenza perfetta con i fori che si trovano sulla
basetta "NOR".
Vi ricordiamo che è preferibile cambiare le schede, solo
dopo aver tolto l' alimentazione al circuito, si eviterà di
dover cambiare anche l' integrato, come pure di non superare i 15 volt di alimentazione e di non invertire le
polarità.
Sulla scheda Base sono presenti 5 test-point: due, contrassegnati come "A-B input" servono per collegare il
rispettivo ingresso della porta logica in esame, ad un
segnale che non sia fisso ( Zero o UNO ), gli altri due,
contrassegnati come "A-B out x oscilloscopio" sono
derivazioni degli ingressi della porta logica e possono
servire per controllo o misura dei segnali ad essi
applicati; l' ultimo test-point indicato con "C out" è
derivato dall' uscita della porta logica, pertanto può
servire sia come controllo e misura del segnale
risultato sia come segnale di ingresso di una seconda
porta logica in esperienze che prevedano più kit
interfacciati tra di loro.
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NBkit 228
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-
+
C3
Out
A
C
Out x Oscilloscopio
14
CD4011UBE
B
RCA
1
DS1
H 818
TR3
7
R1
..4011
R2
C1
8
R3
R4
+Led
A
TR1
Input
+Led
B
R5
C2
TR2
R6
R7
R8
A
NAND
DS2
B
Vista Complessiva
Fig. 1 nella fase di montaggio controllate l'
esatta
disposizione dei componenti sul
circuito stampato, come pure le polarità di tutti
quei componenti ( transistor, diodi, led,
cond.elettrolitici) che hanno un loro verso di
montaggio.
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Connettore strip
zoccolo
14
1
CD4011UBE
RCA H 818
8
7
Integrato
Il circuito che vedete qui a fianco è rivolto,
contrariamente alla norma, con il lato rame dalla
parte di chi guarda;
FATE MOLTA ATTENZIONE, il circuito integrato và
montato da questo lato (rame), mentre il
connettore strip a cinque pin dalla parte inversa.
..4011
lato rame
NAND
Fig.2 - Piano di montaggio delle basette
ausiliarie
Tutte e sei le basette vanno montate allo stesso
modo, al contrario ogni circuito integrato ha la
sua corrispondente basetta. Fate riferimento alla
serigrafia riportata su ognuna delle basette.
A B
C
A B
C
A B
C
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
NOR
OR
AND
A B
C
A B
C
A B
C
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
NAND
X-NOR
INVERTER
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Qui sopra riportate, sono le tavole della verità
delle sei più importanti porte logiche usate
nell'elettronica digitale.
A e B, indicano i due ingressi della porta logica,
mentre C l'uscita.
Gli ZERO e gli UNO rappresentano:
sotto le lettere A e B tutte le combinazioni
possibili dei livelli logici degli ingressi, sotto la
lettera C ciò che si otterrà in uscita.
Chiaramente lo ZERO ( o livello logico zero )
equivale a tensione zero, indicata di solito come
livello logico L(Low), come pure l' UNO ( o livello
logico uno ) equivale a tensione positiva, indicata
altrimenti come livello logico H (Hight).
Per quanto riguarda gli integrati TTL , che
debbono essere alimentati con una tensione tra i
4,5 e i 5,5 volt, qualsiasi tensione minore di 0,5
volt è riconosciuta come livello logico 0 e come
livello logico 1 qualsiasi tensione maggiore di 0,5
volt. ( in pratica si fa in modo che il livello logico
1 sia sempre maggiore di 2,5 volt).
Per gli
integrati C/mos invece, le cose sono molto diverse
sopratutto perchè questi integrati possono essere
alimentati con tensioni che vanno da un minimo
di 3 volt ad un massimo di 18 volt.
Per questi
integrati, il livello logico 0 verrà riconosciuto
tale, solo quando la tensione sugli ingressi sarà ad
un valore minore di 1/3 della tensione di
alimentazione, mentre il livello logico 1, quando
la tensione sarà ad un valore maggiore di 2/3
rispetto a quella di alimentazione. Questo significa
che se l'integrato C/Mos viene alimentato con una
tensione di 15 volt, i due livelli logici per essere
riconosciuti
tali
dallo
stesso
dovranno
raggiungere il valore di:
Livello logico 0:
1/3 di 15 = 5
per cui tutti i valori di tensione minori o uguali a
5 volt
saranno considerati come livello logico Low o
ZERO
Livello logico 1:
2/3 di 15 = 10
per cui tutti i valori di tensione maggiori o
uguali a 10
volt saranno considerati come livello logico
UNO.
Qualsiasi valore intermedio tra questi minimi e
massimi, sarebbe causa di instabilità e quindi di
un non corretto funzionamento del circuito da
pilotare.
Per verificare in pratica il comportamento di
ogni porta logica come riportato nelle tabelle
sopra esposte, basterà pertanto intervenire sui
tasti contrassegnati rispettivamente con A e B per
determinare il livello logico da assegnare volta
per volta a ciascuno degli ingressi, controllando
che i led corrispondenti indichino l'esatto valore
che si è voluto loro assegnare. E' scontato che a
led acceso corrisponde il livello logico UNO,
viceversa a led spento il livello logico ZERO. L'
accenzione o meno del led C, indicherà quale
livello logico avrà assunto l'uscita della porta
logica sotto esame.
Oltre che esaminare il comportamento delle varie
porte logiche nei confronti di segnali cosidetti
Digitali, è possibile vedere che cosa succede
quando in un ingresso immettiamo non un
livello logico, ma una serie di impulsi di clock.
L'operazione che in questo caso il dispositivo
digitale esegue viene chiamato "GATING".
Esempio:
0
dati in ingresso
0
Quando il segnale di gating ad un AND gate
è a ZERO logico, i dati di ingresso, quali una
sequenza di impulsi di clock, non possono
passare attraverso il gate.
dati in ingresso
dati di ingresso
immutati
1
Quando invece, il segnale di gating all' AND gate è allo
stato logico UNO, i dati di ingresso sono direttamente
trasmessi all'uscita senza alcuna inversione.