Dziś zaczniemy od układu cyfrowego CD4011.

Zgodnie z notą katalogową (którą możecie odnaleźć na stronie www.celtor.pl) jest to CMOS Quad 2-input NAND GATE.

Teraz pewnie myślicie sobie, że się powtarzam, a bramka NAND była już na poprzedniej lekcji! Jeśli porównacie chociażby schematy funkcji pinów układów CD4093 i CD4011 zapewne zauważycie drobny „szczegół” różniący te dwa podzespoły. Otóż układ CD4011 nie zawiera w sobie układu Schmitta.

Jak pamiętamy z lekcji 12, jeśli na wejściu pojawi się napięcie spoza przedziału niskiego lub wysokiego, a układ cyfrowy nie będzie wyposażony w układ Schmitta, na wyjściu otrzymamy tzw. stan nieustalony – układ będzie się nieregularnie włączał i wyłączał.

To zjawisko możemy zaobserwować składając na płytkach stykowych prosty układ:

Powyższy obwód jest podobny do tego z doświadczenia 1 z lekcji 13, z tym że jedno wejście układu CD4011 jest na stałe połączone z plusem, drugie zaś z potencjometrem.

Kręcąc delikatnie pokrętłem w jedną stronę w pewnym momencie zauważymy, że nasza czerwona dioda LED zacznie nieregularnie migać. Jest to spowodowane tym, że na wyjściu naprzemiennie pojawia się logiczne 1 lub logiczne 0. Jest to właśnie stan nieustalony, którego przyczyną jest brak układu Schmitta w układzie cyfrowym CD4011.

Skoro doświadczalnie zaobserwowaliśmy tzw. stan nieustalony przejdziemy do kolejnego tematu dzisiejszej lekcji – 74HC32. Jego notę znajdziecie tutaj.

Jest to „quad 2-input OR gate”, czyli poczwórna 2-wejściowa bramka OR (suma logiczna). Tak jak układ CD4011 nie posiada on układu Schmitta.

Aby zaobserwować stan nieokreślony układu 74HC32 wystarczy wpiąć go w miejsce układu CD4011 z poprzedniego doświadczenia, połączyć nóżkę 1 do masy i podobnie jak poprzednio przekręcać pokrętło potencjometru, aż zaobserwuje się nieregularne miganie czerwonej diody LED.

Układ 74HC32 wykonuje proste działanie logiczne jakim jest suma. Jego tabelę prawdy można otrzymać łącząc jego poszczególne wejścia do plusa bądź masy.

• oba wejścia (nóżka 1 i 2) połączone do plusa

efekt: dioda LED świeci, czyli na wyjściu mamy logiczne 1

 

• jedno wejście (nóżka 1) połączono do plusa, drugie (nóżka 2) do minusa

efekt: dioda LED świeci, czyli na wyjściu mamy logiczne 1

 

• jedno wejście (nóżka 2) połączono do plusa, drugie (nóżka 1) do minusa

efekt: dioda LED świeci, czyli na wyjściu mamy logiczne 1

 

• oba wejścia (nóżka 1 i 2) połączono z minusem

efekt: dioda LED nie świeci, czyli na wyjściu mamy logiczne 0

 

Na podstawie otrzymanych wyników możemy przygotować tablicę prawdy:

Ostatnim układem cyfrowym, jakim się zajmiemy na tej lekcji, będzie układ CD4017. Jego notę znajdziecie tutaj.

Układ CD4017 nie jest zwykłym układem cyfrowym, jakie omawialiśmy dotychczas. Jest on zbudowany z wielu różnych bramek logicznych, które wspólnie tworzą „decade counter/divider with 10 decoded outpus” – dziesiętny licznik/dzielnik z 10 wyjściami.

Zamiast długich wyjaśnień czym jest układ CD4017 proponuję na płytce stykowej złożyć taki oto obwód:

Do źródła zasilania podłączono standardowo stabilizator napięcia w otoczeniu kondensatorów, dalej mamy generator (który poznaliśmy na lekcji 12), a z niego sygnał trafia do 14 nóżki (tzw. clock – zegar) układu CD4017.

W razie problemów którą diodę połączyć do której nóżki układu można dodatkowo wspomóc się schematem funkcji pinów:

Jeśli udało się Wam wszystko poprawnie podłączyć powinniście otrzymać obwód, w którym kolejno zapala się i gaśnie 10 diod.

Co właściwie pokazało nam to doświadczenie? W wyjaśnieniach pomoże mi ten oto wykres czasowy z noty katalogowej:

Jeśli na nóżkę”clock” (nóżka 14) podamy przerywany sygnał (który zapewnia generator), a nóżki „reset” (nóżka 15) i „clock enable” (nóżka 13) połączymy  z masą to układ CD4017 będzie liczył impulsy generatora.

W momencie dotarcia do układu CD4017 na nóżkę „clock” pierwszej logicznej 1 z generatora otrzymamy logiczne 1 na wyjściu „0”, co będzie widoczne przez krótkotrwałe zaświecenie diody D0. Kolejna logiczna 1, która dotrze do wejścia „clock” z generatora zostanie policzona poprzez pojawienie się logicznego 1 na wyjściu 1, a tym samym włączeniu diody D1.

Układ CD4017 będzie w ten sposób liczył logiczne jedynki, które będą docierały do niego z generatora. Zliczy je on zaczynając od sygnału zerowego (logiczne 1 na wyjściu „0”) do sygnału dziewiątego (logiczne 1 na wyjściu „0”), a potem zacznie liczyć od nowa.

Migające kolejno kolorowe diody mogą mieć praktyczne zastosowanie, np. w ciekawym oświetleniu roweru lub tworzeniu światełek na choinkę (tak wiem, dziś Wielkanoc, a nie Boże Narodzenie, ale co szkodzi już się przygotować? ;)) Jeśli Wasz rower lub choinka potrzebowałby więcej niż 10 diod wystarczy tylko połączyć więcej układów CD4017. Jak to zrobić? Wystarczy połączyć nóżkę „carry-out” (nóżkę 12) pierwszego układu CD4017 z nóżką „clock” (nóżka 14) drugiego układu CD4017.

A jeśli mamy mniej diod lub po prostu chcemy, żeby układ CD4017 liczył np. tylko od 0 do 4? W tej sytuacji wyjście „decoded output 5″ (nóżka 1) zamiast z diodą łączymy z wyjściem „reset” (nóżka 15).