Автор в затруднении. Начиная с 70-х годов радиолюбительская литература переполнена объяснениями принципов работы цифровых микросхем. В то же время читатели канала, ориентирующиеся только на школьную программу по физике, могут не иметь об этом ясного представления. Выход вижу в том, чтобы рассказать наиболее доходчиво и по минимуму, применительно именно к тем микросхемам, которые мы будем использовать.
В мире цифровых микросхем нет плавно изменяемых уровней сигналов, частотных характеристик и тому подобных вещей. Они имеют дело только с двумя жестко определенными уровнями "0" и "1" на нескольких входах и выходах в той или иной комбинации. Поэтому в справочных данных к цифровым микросхемам обычно нет типовых схем включения. Есть только их обозначения, где какой вход или выход. А какие именно уровни куда подавать и что откуда снимать - это уже вы сами комбинируйте по своим надобностям. Есть только словесное или графическое описание работы микросхемы типа: "Если на первом входе 1, а на втором - 0, то на выходе будет 1 и т.п."
СТАНДАРТЫ
Уровни сигналов и напряжения питания стандартизированы. Мы с вами будем работать с микросхемами типа ТТЛ, задавшими самый популярный стандарт и для сегодняшних, более совершенных и экономичных микросхем. Суть в следующем: напряжение питания - 5 вольт с минусом на земле. Логический 0 - напряжение ниже 0,6 В, логическая единица - выше 2,4 В.
Сигнал на вход подается либо с другой микросхемы, либо следующим образом: логический 0 - заземлением входа. А если мы вход не подключим? - Тогда, померяв на нем напряжение, мы обнаружим промежуточный "серый" уровень около 1,5 В. Микросхема будет воспринимать его, как логическую единицу, но может легко переключиться от какой-нибудь помехи. Поэтому для надежной подачи логической единицы вход соединяют с питанием +5 В через резистор в 1-2 кОм.
Напоминаем, что выводы микросхем нумеруются от ключа - углубления в корпусе по часовой стрелке, если смотреть снизу со стороны печатных дорожек. И против часовой, если смотреть сверху. Входы питания на обозначении самой микросхемы на схеме устройства обычно не показываются. Для микросхем с 14-ю выводами чаще всего они такие: общий провод (минус питания) - 7-й вывод, + питания - 14-й. Но не всегда! (мы с этим столкнемся)
Автор уже упоминал, что усилительные каскады на лампах, обычных и полевых транзисторах обычно дают тем большее усиление, чем больше открыт усилительный элемент. Подобное имеет место и в цифровых микросхемах ТТЛ. Выпускают разные их серии. В одних сопротивления меньше, транзисторы больше открыты. Такие микросхемы обладают большим быстродействием, но весьма прожорливы. Есть, наоборот, более экономичные серии, но и более медленные. Есть более современные серии ТТЛШ - с транзисторами не на обычных переходах между полупроводниками p и n типа, а на барьерах Шоттки между полупроводником и специально подобранным металлом. При равном быстродействии они экономичнее.
Еще одно обстоятельство, чтобы у вас было полное понимание работы этих микросхем. Зануляя вход старой ТТЛ-микросхемы советской 155-й серии, мы должны спустить на землю вытекающий из него ток около 1,6 мА. Эти микросхемы обычно проектируются так, чтобы один выход мог потянуть 10 подключенных к нему входов микросхем той же серии. Так что выход микросхемы 155-й серии может выдать до 15 мА. На светодиод хватит, если что. Микросхемы ТТЛШ-серии 555 вдвое экономичнее, но и вдвое слабее. Так что ее выход надежно потянет до 5 навешенных на него входов ТТЛ. Еще более современная 1533 ТТЛШ-серия еще экономичнее.
Вот теперь мы уже можем знакомиться с конкретными микросхемами. Сразу же скажем, что они делятся на две группы. У одних состояние выходов однозначно определяется комбинацией уровней на входах. Вторые микросхемы содержат триггеры, обладающие свойством памяти. Так что их состояние зависит еще и от того, какие сигналы на микросхему подавали перед этим. Начнем с первых.
МИКРОСХЕМА К555ЛН1. Или К1533ЛН1 - к счастью, их логика работы и цоколевка совершенно одинаковы. Содержит инверторы, переворачивающие логические уровни. Подаем на вход инвертора 0 - на выходе получаем 1, подаем 1 - получаем 0. Чтобы выводы микросхемы и место на кристалле не пропадали впустую, в нее помещено сразу 6 инверторов, работающих совершенно независимо друг от друга с раздельными входами и выходами. Только питание общее. Вот вам ее цоколевка:
Входы всегда показывают слева, выходы - справа. Кружок у основания выхода - символ инверсии.
МИКРОСХЕМА К555ЛА3 или К1533ЛА3.
Есть более сложные логические элементы с несколькими входами. Например, микросхемы типа И. Например, логический элемент 3И имеет три входа и один выход. Логическая единица на выходе появится, только если 1 будет И на первом, И на втором, И на третьем входе. При любых других комбинациях входных уровней на выходе будет 0.
Однако наибольшую популярность завоевали микросхемы типа И-НЕ, с инверсией выходного сигнала. Математически доказано, что на одних только элементах И-НЕ можно реализовать любую логику работы устройства.
Микросхема К555ЛА3 представляет собой сборку из четырех независимых друг от друга логических элементов 2И-НЕ. Вот ее цоколевка и таблица состояний одного ее элемента.
Нетрудно сообразить, что если соединить между собой оба входа одного логического элемента, то он превратится в обычный инвертор.
(говорят, что создали даже микросхемы с элементами женской логики: НИ ДА - НИ НЕТ, а также НЕТ - И НЕ ПРОСИТЕ)))
Теперь перейдем к микросхемам с триггерами - счетчикам. Простейший счетный триггер имеет два входа - счета и сброса. Логика работы такова: при поступлении на вход счета среза импульса - то есть перехода от 1 к 0 (обратный переход называется фронтом импульса), он переключается в противоположное состояние. Но так счетный триггер работает пока на входе сброса присутствует 0. При подаче на него 1 на выходе триггера устанавливается 0 независимо от того, что подается на счетный вход.
Легко заметить, что при работе счетчика частота импульсов на его выходе вдвое меньше, чем на входе. Счетчик исполняет роль делителя частоты.
МИКРОСХЕМА К155ИЕ5 или К555ИЕ5 (к сожалению, в 1533-й серии таких счетчиков не делают)
Представляет собой четырехразрядный двоичный счетчик из четырех последовательно соединенных счетных триггеров. Легко сообразить, что такая микросхема может поделить частоту входного сигнала на 16.
Однако следует отметить следующие особенности этих микросхем.
- Нестандартное подключение питания: 5 выв. - питание + 5 В, 10 вывод - общий провод.
- Выход первого счетного триггера не соединен внутри микросхемы со входом второго. Так что для использования микросхемы в качестве четырехразрядного счетчика их (ножки 12 и 1) нужно соединить перемычкой. Сделано это для расширения возможностей разнообразного использования микросхемы, и мы этим воспользуемся!
- На входе сброса стоит логический элемент 2И. То есть, входов сброса два - ножки микросхемы 2 и 3. Счетчик сбрасывает в 0 все четыре своих выхода только когда на оба этих входа поступит логическая 1. Во всех остальных случаях он просто считает. Или, при отсутствии импульсов, хранит то, что насчитал раньше.
Число насчитанных импульсов нетрудно определить, сложив указанные у выходов микросхемы "веса" двоичных разрядов тех выходов, на которых есть логическая 1. Если, скажем 1 у нас имеется на выходах 2 и 4 (ножки 9 и 8 соответственно) - значит, счетчик после сброса насчитал 6 импульсов.
МИКРОСХЕМА К155ИЕ2 или К555ИЕ2
Совершенно идентична микросхемам ИЕ5, кроме того, что это - не двоичный, а двоично-десятичный счетчик. Она не досчитывает до 16. Если она насчитала 9 импульсов, то десятый, пришедший на обычный счетный вход, сбрасывает ее в 0. Понятно, что как делитель частоты, эта микросхема делит частоту входного сигнала на 10.
Еще одна ее особенность - возможность установки счетчика в положение "9". Для этого у нее имеется пара входов, также объединенных элементом 2И. При подаче логической единицы одновременно на ножки 6 и 7 микросхема устанавливается в такое состояние. При любых других комбинациях уровней на этих входах они на работу микросхемы не влияют.
Еще одна мелочь. Микросхемы, обозначаемые К555ЛА3 (или ИЕ2) - это самые дешевые и ширпотребовские серии в пластмассовом корпусе. Но вам могут попасться микросхемы, обозначаемые, например, КМ155ИЕ5 в роскошном металлокерамическом корпусе. Могут попасться микросхемы без буквы К в начале обозначения. Это - серии для специальных применений, прошедшие приемку по большему числу параметров. Конечно же, они нам отлично подойдут.
И, наконец, еще одна микросхема - стабилизатор напряжения 7805. Широчайшая популярность логических схем с 5-вольтовым питанием побудила создать удобный в использовании стабилизатор на такое вот фиксированное выходное напряжение. Так что его схема включения содержит только микросхему и блокировочные керамические конденсаторы по входу и выходу, установленные вблизи микросхемы.
Но, если у вас ее нет, то можно использовать и уже знакомую вам LM317 в ее стандартном включении. Особенно если вы затарились на Али сразу десятком таких микросхем. Только установите подстроечником выходное напряжение 5 В до установки на плату остальных микросхем, чтобы не сжечь их.
Вот теперь вы оснащены достаточными сведениями, чтобы со знанием дела создать эту схемку.
