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基本门功能

第7章 - 数字集成电路

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零件和材料

  • 4011四门NAND门(Radio Shack catalog # 276-2411)
  • 八个位置DIP开关(无线电小屋目录#275-1301)
  • 十段条形图LED (Radio Shack catalog # 276-081)
  • 一台6伏电池
  • 两个10kΩ电阻
  • 3个470 Ω电阻

警告!4011 IC是CMOS,因此对静电敏感!

进一步阅读

电路课程第4卷第3章:“逻辑门

学习目标

  • “下拉”电阻的用途
  • 如何通过实验确定真理表的门
  • 如何将逻辑门连接在一起
  • 如何使用与非门创建不同的逻辑功能

基本门功能示意图

基本门功能说明

实验说明

首先,连接单个与非门如图所示,到两个输入开关和一个LED。首先,使用8 - 位置开关和10段LED条形图可以过多,因为只需要两个开关和一个LED来显示单个NAND门的操作。然而,额外的开关和LED的存在使得扩展电路非常方便,并帮助使电路布局清洁和紧凑。

强烈建议您有一个数据表4011构建电路时芯片可用。不要只是遵循上面所示的插图!重要的是,在将IC端子连接到其他电路元件时,您会培养阅读数据表的技能,尤其是“引脚”图。raybet开户数据表的连接图是具有的重要信息。这里显示的是我自己的选择4011数据表显示:

在面包板插图中,我已经显示了使用左下方NAND门的电路:引脚#的1和2是输入,并且引脚#3是输出。PIN#的14和7对IC芯片内的所有四个栅极电路进行DC电源,“VDD“代表电源(+ V)的正侧,以及表示电源(-V)或地面的负侧的”GND“。有时负电源终端将被标记为“V”党卫军“而不是在数据表上的”GND“,但它意味着同样的事情。

数字逻辑电路不使用拆分电源运算放大器做。但是,像Op-AMP电路一样,地面仍然是所有电压测量的隐式参考点。如果我要谈论芯片的某个引脚上存在的“高”信号,那么我将在该引脚和电源的负侧之间存在全电压(接地)。

注意未使用的盖茨的所有输入如何输入4011芯片连接到vDD或地面。这不是一个错误,而是故意设计的行为。自从此以来4011是CMOS集成电路,CMOS电路输入未连接(漂浮的)可以假定任何电压水平仅仅是通过拦截一个附近物体的静电电荷,使输入浮动意味着这些未使用的门可以接收任意“高”和“低”信号的随机组合。

如果我们不用那些门,为什么会这样?如果我们对他们的输出不做任何事,谁会在乎他们收到什么信号?问题是,如果栅极输入端出现的静态电压信号不是完全“高”或完全“低”,栅极内部的晶体管可能会开始打开,从而产生过多的电流。在最坏的情况下,这可能会导致芯片损坏。

尽可能意味着过度的功耗。如果我们选择连接这些未使用的门输入“高”,它很重要(vDD)或“低”(地面),只要我们把它们连接到这两个地方之一。在breadboard插图中,我展示了连接到V的所有顶部输入DD,连接到地面的所有底部输入(未使用的闸阀)。这只是因为这些电源轨道孔更接近并且不需要长跳线!

请注意没有未使用的门输出已经连接到VDD或者地面,理由很充分!如果我这样做,我可能会迫使一个门,假设它想要达到的输出状态相反,这是一种复杂的方式来说明,我可能已经造成了一个短路。想象一个输出“高”逻辑电平的门(对于NAND门来说,如果它的任何输入都是“低”的,这就成立了)。

如果这样的栅极的输出端直接连接到地,它永远不能达到“高”状态(通过跳线连接使之与地在电上共同)。相反,它的上部(p通道)输出晶体管将被徒劳地打开,为不存在的负载提供最大电流。这很可能会损坏大门!门输出端子,由于其本质,产生自己的逻辑电平,永远不会“浮动”的方式,以相同的CMOS门输入。

两个10kΩ电阻放置在电路中,以避免使用的栅极上的浮动输入条件。通过开关关闭,相应的输入将直接连接到vDD因此是“高”的。打开开关,10 kΩ”下拉“电阻提供与地的电阻连接,确保在门的输入端子处安全”低“状态。这样,输入不会易于杂散静态电压。

使用连接到两个交换机的NAND门和如图所示的一个LED,您可以为NAND门开发一个“真理表”。即使你已经知道NAND门真相看起来像什么,这是一个很好的实验练习:通过诱导发现电路的行为原则。在这样的一张纸上画一个真相表:

“一种”“b”列分别代表两个输入开关。当开关打开时,其状态为“high”或1。当开关断开时,它的状态是“低”,或0,由其下拉电阻保证。当然,门的输出由LED表示:无论它是亮的(1)还是不亮的(0)。将开关置于每种可能的状态组合并记录LED的状态后,将结果的真值表与与非门的真值表进行比较。

正如你可以想象的那样,这个实验板电路并不局限于测试与非门。任何栅极类型都可以用两个开关、两个下拉电阻和一个指示输出状态的LED进行测试。在用针对针替换芯片之前,一定要仔细检查芯片的“针出”图4011。不是所有的“四”门芯片都有相同的引脚分配!

额外的改进

您可能想要对这个电路做的一个改进是分配一对LED来指示输入状态,除了分配一个LED来指示输出。这使得操作观察起来更有趣一些,并且还有进一步的好处:通过显示真的门的输入信号,而不是强迫你从开关位置推断输入状态:

相关工作表: