Laboratorio: porte logiche

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L’obbiettivo della prova è verificare praticamente la tabella di verità ed alcune caratteristiche elettriche delle porte logiche. Inizieremo, soprattutto, a consultare i fogli tecnici (data sheet) di un componente digitale (nota 1).

IMPORTANTE - Seguire rigorosamente la sequenza delle operazioni

Porta NAND in tecnologia HC (high-speed CMOS)

Per i primi due dei punti seguenti è necessario disporre dei soli fogli tecnici del componente da utilizzare, in formato cartaceo (ok, magari per qualcuno cose da ventesimo secolo...) oppure digitale.

1. Individuare la piedinatura (pin-out) del circuito integrato 74HC00 (o simile) utilizzato i fogli tecnici:

Due ingressi per ciascuna delle quattro porte NAND
Un'uscita per ciascuna porta
Due pin di alimentazione, comuni all'intero circuito integrato

Attenzione alla numerazione dei piedini, in senso antiorario; in particolare occorre individuare il pin numero uno facendo riferimento al semicerchio inciso nel contenitore (evidenziato qui sotto in rosso) oppure al punto (evidenziato in blu).

Il pinout di un 74HC00

2. Individuare sui fogli tecnici la massima e la minima tensione di alimentazione raccomandata. Non utilizzare la tabella absolute maximum rate / Limiting values, ma i contenuti della tabella Recommended operating conditions. Leggere la breve descrizione in genere presente sotto la tabella stessa.

3. Per alimentare il circuito utilizzeremo la porta USB di un PC, un alimentatore USB oppure un power bank (nota 5); è necessario disporre di un adattatore USB-breaboard, un micro-alimentatore come quello nella fotografia di apertura oppure di una scheda Arduino (nota 3)

4. Inserire con convinzione il circuito integrato nella breadboard prestando attenzione all’orientamento e a non piegare/spezzare i pin.

5. Collegare i pin di alimentazione alle apposite linee sulla breadboard (individuate da + e -, rosso e blu/nero) utilizzando un filo rosso (VCC) ed uno blu/nero (GND)

VCC/VDD → 3 V oppure 5 V
GND/VSS → 0 V (massa)

L’uso dei colori corretti per i fili è fortemente raccomandato, direi obbligatorio!

6. Collegare la breadboard all’alimentatore (se possibile con un filo rosso ed uno blu/nero)

7. Scegliere una delle quattro porte, collegare i due ingressi della porta logica a GND (massa, 0 logico) usando fili di colore diverso da rosso e blu/nero e misurare la tensione di uscita con il multimetro. Verificare la corrispondenza con la tabella di verità (puntale nero collegato a massa, rosso all’uscita):

1 → tensione alta, VCC circa
0 → tensione bassa, 0 V circa

8. Collegare i due ingressi a VCC (1 logico) e misurare la tensione di uscita con il multimetro. Verificare la corrispondenza con la tabella di verità

9. Collegare un ingresso a 1, l’altro a 0 (e viceversa) e verificare la corrispondenza con la tabella di verità

Porta AND, OR, NOT...

1. Effettuare le stesse operazioni di cui al punto precedente con un circuito integrato HC diverso, contenente una diverse porta logica

Utilizzo di un LED (1)

1. Collegare in uscita alla porta logica un LED in serie ad una resistenza di qualche centinaio di ohm, collegato verso massa. Attenzione alla polarità del LED: il piedino più corto del led (catodo) va collegato a massa

2. Utile una fotografia del circuito, un disegno realistico, lo schema elettrico (nota 2)

Porta logica e LED

4. Collegare l’alimentatore USB

5. Verificare la tabella di verità usando il LED per visualizzare l’uscita, procedendo come nella prova precedente

6. Misurare la tensione di uscita della porta logica con il multimetro (sia sullo 0 che sull’1) e confrontarlo con quanto misurato nella prova precedente. Misurare inoltre la tensione ai capi del LED e della resistenza

7. Sostituire la resistenza con una un po' più grande e, successivamente, con una un po' più piccola. Osservazioni sulla tensione di uscita, sulla corrente di uscita (nota 4), sull’accensione del LED, sulla tabella di verità? Spesso un grafico aiuta.

8. La corrente massima in uscita da una porta logica quanto vale? Questa informazione è presente nei fogli tecnici?

Utilizzo di un LED (2)

1. Collegare in uscita alla porta logica un LED collegato verso VCC in serie ad una resistenza da qualche centinaio di ohm e ripetere quanto descritto al punto precedente. Attenzione alla polarità del LED: il piedino più lungo (anodo) va collegato a VCC.

2. Disegnare lo schema

3. Che percorso fa la corrente? Sembra entrare dall’uscita della porta logica...

Corrente di ingresso

1. Collegare il pin di ingresso a VCC (oppure massa) non utilizzando un filo, ma una resistenza di 100 kΩ.

2. Misurare la tensione ai capi di questo resistore e calcolare con la legge di Ohm la corrente corrispondente (che sarà molto vicina a 0 µA). Eventualmente usare una resistenza più grande.

3. Secondo i fogli tecnici: quanto vale la corrente di ingresso (attenzione alle colonne massimo/minimo/tipico)

Note

Per cercare un foglio tecnico usare un motore di ricerca scrivendo il nome del componente (per esempio 74HC08) seguito da PDF oppure data sheet
Lo schema elettrico usa i simboli dei componenti e non la loro immagine. In genere negli schemi l’alimentazione non è disegnata, ma ovviamente deve essere presente
A momento useremo la scheda Arduino solo come sorgente di alimentazione e quindi non serve scrivere codice o installare software
La corrente in uscita è la stessa che scorre nel resistore e nel LED. Il modo più comodo per misurarla è partire dalla tensione ai capi della resistenza ed applicare la legge di Ohm
Quasi tutti i power bank si spengono automaticamente dopo pochi minuti quando, come in questo caso, la corrente è piccola

Pagina creata nel settembre 2020. Ultima modifica: 26 settembre 2020