proef 8: digitale poorten en toepassingen

PROEF 8: DIGITALE POORTEN EN TOEPASSINGEN.
1. Doelstellingen:
Digitale en analoge signalen onderscheiden.
De regels van de combinatorische logica, de algebra van Boole e de nen-nof logica
inoefenen.
Het dualiteisprincipe van De Morgan kunnen toepassen.
De logische functie van een poort leren neerschrijven, en de waarheidstabel opstellen.
De tekensymbolen van de poorten kennen.
Vertrouwd geraken met digitale I.C.’s en met databoeken.
Enkele technologische parameters begrijpen.
2. Referentie:
Cursus elektronica
3. Benodigdheden:
Breadboard.
DC-voeding en enkele digitale I.C.’s:7400 of 74LS00, 7402 74LS02, 7404 of 74LS04,
7406 of 74LS06, 7408 of 74LS08 …
Meetsnoeren, weerstanden, een lampje van 12V/100mA, transistor en een led.
Multimeter, digitale of analoge oscilloscoop, probes.
4. Opgave:
4.1. Noteer het inwendig schema van deze I.C.’s. Deze I.C.’s behoren tot de TTL-familie.
(Transistor Transistor Logic). Zie bijlagen.
SN74LS00N
SN74LS02N
SN74LS04N
SN74LS08N
4.2 Verklaar in het kort wat volgende aanduidingen betekenen.
DIP: component in DIL-formaat
SSI: server side include
SSI
DIP (Dual in line package )
Operating supply voltage 4,75V-5,25V: De aangelegde spanning aan het IC moet
tussen de 4,75 en de 5,25 V liggen om de normale werking van het IC te verzekeren.
Vccmax = 7V ( maximum supply voltage ). De maximum toegestane
voedingsspanning van het IC is 7V, boven deze spanning zal het IC beschadigd
worden.
Min Logic 1 input: 2V: Er moet minimum 2V aan de ingang liggen om een 1 te
hebben, de maximum stroom zal 0.04 mA zijn.
Max Logic o Input:0,8V: de aangelegde spanning aan de ingang moet onder de 0,8
V blijven om een 0 te krijgen, de stroom zal niet hoger worden dan 1,6 mA.
Min logic 1 output: 2.4V: Om aan de uitgang een 1 te krijgen moet de
ingangsspanning minimum 2,4 V zijn, de stroom kan stijgen tot 0,4 mA
Max Logic 0 output: 0,4V: Om aan de uitgang een 0 te krijgen moet de
uitgangsspanning lager zijn dan 0,4 V. De stroom kan oplopen tot 16 mA.
Max Logic 0 input current: 1,6mA: De stroom zal bij een logische 0 aan de ingang
niet hoger oplopen dan 1,6 mA.
Max logic 1 input current: 40microA: De stroom zal bij een logische 1 aan de
ingang niet hoger oplopen dan 40 microA
Max Logic 0 Input current: 16mA: de stroom zal bij een logische 0 aan de ingang
niet hoger worden dan 16 mA.
Max Logic 1 output current: 400microA de stroom zal bij een logische 1 aan de
uitgang maximum oplopen tot 400 microA.
Max counter frequency: 35 MHz: typische maximum teller frequentie van 35
MHz.
Fan out: 10 Wat betekent fan in en fan out?
Fan-in =
De Fan-in geeft het maximum aantal digitale signalen weer dat een logische
poort kan accepteren. De meeste Transistor-Transistor logic (TTL) poorten
hebben één of twee inputs, al zijn er sommige die er meer hebben dan 2. Een
typische logische poort heeft een Fan-in van 1 of 2.
Fan-out =
De Fan-out duid het maximum aantal digitale inputs aan dat de uitgang van
een logische poort kan voeden. De meeste Transistor-Transistor logic (TTL)
poorten kunnen tot 10 andere digitale poorten voeden. Soms is het nodig om
één TTL logische poort meer dan 10 andere poorten te laten sturen. Als dit het
geval is kan er gebruik gemaakt worden van een buffer tussen de TTL en de
verschillende poorten die gevoed moeten worden. Een buffer van dit type heeft
een Fan-out van 25 tot 30. Een logische invertor (NOT-poort) kan deze functie
hebben in de meeste digitale circuits.
Power dissipation per gate: 10mW: het maximale gedissipeerde vermogen per poort
is 10 mW.
Temperatuurbereik: 0-70°C: De IC zal normaal werken tussen o°C en 70°C.
Deze gegevens gelden voor standaard TTL.
Een niet gebruikte ingang komt overeen met logisch “1”. In praktische schakelingen
laten we een niet gebruikte ingang nooit los in de lucht hangen. We hangen deze
ingangen via een weerstand van 1KΩ aan de voeding.
Uitgangen van poorten mogen niet parallel geschakeld worden.
Stel de verschillende IC’s op het breadboard op en bepaal de waarheidstabel. Sluit aan de
ingangen alle mogelijke combinaties aan en meet telkens de uitgangsspanning.
SN74LS00N
A
0
1
0
1
B
0
0
1
1
X
1
1
1
0
Spanning
4,43V
4,43V
4,43V
0,154V
Uit de waarheidstabel kunnen we afleiden dat we hier te maken hebben met NAND’s.
SN74LS02N
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
X
1
0
0
0
Spanning
4,42V
0,1V
0,1V
0,08V
Uit deze waarheidstabel kunnen we afleiden dat we hier te maken hebben met NOF’s.
SN74LS04N
A
0
1
X
1
0
Spanning
4,41V
0,16V
Uit deze waarheidstabel kunnen we afleiden dat we hier te maken hebben met invertors.
SN74LS08N
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
X
0
0
0
1
Spanning
0,08V
0,08V
0,08V
4,38V
Uit deze waarheidstabel kunnen we afleiden dat we hier te maken hebben met AND-poorten.
Stel de transfertkarakteristiek op van de 7400 of van de 74LS00. dit is de karakteristiek Uout
= f ( Uin ).
Leg de twee ingangen van de poort aan elkaar. De tweede poort is enkel een belasting
voor de eerste poort.
Laat de ingangsspanning stijgen in stappen van 0,1 à 0,2V gaande van 0V tot 5V.
Meet telkens de bijbehorende uitgangsspanning. Plaats de resultaten in een tabel.
Leid de grafiek Uout = f (Uin) af. Teken deze grafiek. Geef een aantal besluiten.
Uin
0,2V
0,4V
0,6V
0,8V
1,0V
1,2V
1,4V
1,6V
1,8V
2,0V
2,2V
2,4V
2,6V
2,8V
3,0V
3,2V
3,4V
3,6V
3,8V
4,0V
4,2V
4,4V
4,6V
4,8V
5,0V
Uout
4,27V
4,12V
3,99V
3,89V
0,51V
0,49V
0,45V
0,43V
0,41V
0,39V
0,36V
0,33V
0,30V
0,29V
0,27V
0,27V
0,26V
0,26V
0,25V
0,25V
0,24V
0,24V
0,23V
0,23V
0,23V
4.5.
ontwerp met behulp van NEN-poorten:
een invertor
een OF-poort
een exclusieve OF poort
Gebruik hiervoor de stelling van De Morgan en voer dit praktisch uit.
Invertor
OF – poort
EXOR – poort
4.6
ontwerp een wisselschakeling met nands. Dit is een schakeling om een led vanop twee
plaatsen te bedienen met twee schakelaars. Laat dit praktisch controleren.
4.7
Ontwerp een schakeling die twee ingangen vergelijkt. Indien beide ingangen 0 of 1
zijn moet de uitgang 1 worden, zoniet 0. Laat dit praktisch controleren.
4.8
Ontwerp een schakeling om een led te sturen met behulp van een TTL – IC. Indien 3
detektiesignalen 1 zijn moet de led branden. Laat controleren.
4.9 Pas deze schakeling aan zodanig dat je een gloeilampje van 12V kunt laten branden.
(Interfacing). Gebruik hiervoor een transistor.
Hierbij gaan we versterken met een Darlington-schakeling.
Berekening
I c = 100mA
hfe min = 40.40 = 1600
Ib = Ic / hfe min = 100mA / 1600
Ib = 62,5 A
URB = 4,4V – 1,4V = 3V
RB = UB / IB = 3V / 62,5A = 48K
Max = 0,4mA  IB = 0,4mA RB = 3V / 0,4mA = 7,5K
Voor de basisweerstand hebben we een weerstand van 10 K genomen.
We hebben voor deze schakeling de SN74LS08N gebruikt.( AND – poorten )
Gemeten waardes:
-Uce = 0,73V
-Ube = 1,37V
-Ic = 94,4 mA
-Ib = 0,21 mA
Besluiten
• We kunnen al een redelijk grote versterking krijgen door de schakeling met een
Darlington toe te passen.
• Het laten loshangen van een ingang van het I.C. komt overeen met een logische 1 aan de
ingang.
• Men moet ervoor zorgen dat het I.C. met de juiste spanning gevoed wordt anders zal
deze verkeerde spanningen aan de uitgang leveren en zal het I.C. niet correct werken.
• Bij het aansluiten of veranderen van draadjes en dergelijke. steeds de voeding afzetten. Een
klein contact kan immers al een kortsluiting veroorzaken