Ontwerpen en Verifiëren van een Basis NAND Poort Circuit met de 4011 IC

Onderdelen en Materialen

• 4011 quad NAND poort (Radio Shack catalogus # 276‑2411)
• Acht-positie DIP-schakelaar (Radio Shack catalogus # 275‑1301)
• Tien-segment bargraf LED (Radio Shack catalogus # 276‑081)
• Eén 6-volt batterij
• Twee 10 kΩ weerstanden
• Drie 470 Ω weerstanden

Let op! De 4011 IC is CMOS en zeer gevoelig voor statische ontlading. Hanter met anti-statische voorzorgsmaatregelen.

Meer Lezen

Lessons In Electric Circuits, Deel 4, hoofdstuk 3: "Logische Poorten."

Leerdoelen

• De rol van een pull-down weerstand begrijpen.
• De waarheidstabel van een poort experimenteel bepalen.
• Leren hoe logische poorten te interconnecteren.
• Verschillende logische functies ontwerpen met NAND poorten.

Basale Poortfunctie Schematisch Diagram

Basale Poortfunctie Illustratie

Experiment Instructies

Begin met het bedraden van een enkele NAND-poort aan twee invoerschakelaars en één LED, zoals in het schema getoond. De acht-positie schakelaar en tien-segment LED kunnen op het eerste gezicht overkill lijken, maar ze maken eenvoudige uitbreiding mogelijk en houden de layout netjes.

Houd altijd een datasheet voor de 4011 bij de hand. Het lezen van het pin-out diagram is essentieel voor correcte verbindingen. Hieronder is een vereenvoudigde pin-out referentie afgeleid van de officiële datasheet:

In de breadboard-illustratie gebruiken we de linksonderste NAND-poort: pennen 1 en 2 zijn de ingangen, en pin 3 is de uitgang. Pennen 14 en 7 leveren V_DD (positieve spanning) en GND (grond). Sommige datasheets labeleren de negatieve rail als V_SS; het is functioneel identiek.

In tegenstelling tot op-amps, gebruiken digitale logica IC's een enkele grondreferentie. Een "hoog" signaal betekent dat de pin op V_DD ten opzichte van grond ligt, terwijl een "laag" signaal op GND ligt.

Alle ongebruikte poortingangen zijn verbonden met ofwel V_DD ofwel GND. Het laten drijven kan door streuende statische lading de interne transistors in een ongedefinieerde toestand dwingen, wat potentieel overmatige stroomtrekking of schade kan veroorzaken. Grounden of naar hoog trekken is voldoende; de keuze hangt af van welke rail op het breadboard toegankelijker is.

Koppel ongebruikte poortuitgangen NIET aan een voedingsrail. Het forceren van een uitgang op een vast niveau zou de poort kortsluiten en de chip kunnen vernietigen. Uitgangen zijn zelfgegenereerd en moeten vrij blijven om te schakelen.

De twee 10 kΩ weerstanden dienen als pull-down apparaten. Wanneer een schakelaar open is, trekt de weerstand de ingang naar GND, wat een schone "laag" toestand garandeert. Wanneer de schakelaar sluit, wordt de ingang direct naar V_DD gedreven, wat een "hoog" toestand geeft. Dit voorkomt dat de ingang drijft door streuende statische lading.

Met het circuit gemonteerd, kun je nu de waarheidstabel van de NAND-poort experimenteel vastleggen. Zet de schakelaars in elke mogelijke toestand en noteer of de LED oplicht. Noteer de resultaten op een vel als volgt:

De kolommen gelabeld "A" en "B" vertegenwoordigen de twee invoerschakelaars; een gesloten schakelaar duidt op logica "1," en een open schakelaar (naar beneden getrokken) duidt op logica "0." De LED-status toont de uitgang van de poort. Na het voltooien van alle vier combinaties, vergelijk je tabel met de standaard NAND waarheidstabel.

Hoewel deze opstelling afgestemd is op de 4011 NAND-poort, werkt hetzelfde twee-schakelaar, twee-pull-down, LED-schema voor elke quad logica IC, mits je het juiste pin-out diagram raadpleegt. Onthoud dat pin-toewijzingen verschillen tussen IC-families.

Extra Verbetering

Om de duidelijkheid te vergroten, voeg LEDs toe om de daadwerkelijke invoerniveaus weer te geven. Op die manier kun je verifiëren of een schakelaar correct gesloten of open is, zonder af te leiden van de positie:

GERELATEERD WERKBLAD:

• Basale Logische Poorten Werkblad