Книга Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

серии 74НСхх вы всегда сможете к одному логическому выходу подключить как минимум десять входов.

• Выход логической микросхемы может управлять запуском (контакт 2) таймера 555, при условии что таймер питается от того же источника напряжением 5 В.

• Низкий логический уровень не обязательно равен нулю. Логические элементы 74НСхх будут воспринимать любое напряжение меньше 1 В как «низкое».

• Высокий уровень не обязан быть равным 5 В. Логические элементы 74НСхх будут воспринимать любое напряжение выше 3,5 В как «высокое».

Приемлемые диапазоны для входов и минимальные гарантированные значения для выходов логических микросхем показаны на рис. 4.98.

Не разрешается:

• Никаких «плавающих» входов! У КМОП-микросхем, таких как семейство НС, вы всегда должны подключить все входы к определенному напряжению. Это относится и к входам тех логических элементов, которые не задействованы.

• К любому переключателю или кнопке следует подключить подтягивающий или стягивающий резистор, чтобы при размыкании контактов вход микросхемы не «плавал».

• Нельзя питать логические микросхемы серии 74НСхх от нестабилизированного источника или подавать напряжение выше или ниже 5 В.

• Будьте осторожны, когда подключаете к выходу логической микросхемы 74НСхх светодиоды. Вы можете снять с микросхемы ток силой до 20 мА, но это понизит выходное напряжение. Если вы подаете это напряжение также и на вход второй микросхемы, то напряжение может снизиться настолько, что вторая микросхема не распознает его как «высокое». В общем, старайтесь не использовать логический выход для питания светодиода одновременно с другой логической микросхемой. Всегда проверяйте силу тока и напряжение, когда изменяете схему или создаете новую.

• На протяжении всей этой книги применяются слаботочные светодиоды в сочетании с выходами логических микросхем; я думаю, что это хорошая практика, которую стоит взять на заметку – на тот случай, когда выход, питающий светодиод, понадобится в дальнейшем для подачи сигнала на логический вход для другой микросхемы.

Рис. 4.98. Рекомендуемые диапазоны уровней напряжения для логических микросхем

• Никогда не подавайте значительное напряжение или большой ток на выход логического элемента.

• По этой же причине не соединяйте выходы от двух или более логических элементов вместе.

Как видите, списки получились довольно внушительными. Но настало время для вашего первого настоящего проекта с использованием логической микросхемы.

Эксперимент 21. Кодовый замок

Допустим, вы желаете, чтобы другие люди не смогли воспользоваться вашим компьютером. Можно предложить два способа защиты: с помощью программного обеспечения или с помощью аппаратных средств. Программное обеспечение может быть реализовано в виде запускающей программы, которая приостанавливает нормальную последовательность загрузки и запрашивает пароль. Это оказалось бы лишь чуть более надежным, чем парольная защита, которая является стандартной функцией операционных систем Windows и Mac.

Конечно, вы тоже могли бы установить на свой компьютер программу ввода пароля, но я полагаю, что интереснее (и актуальнее для данной книги) реализовать все с помощью «железа». Я имею в виду цифровую клавиатуру, которая требует от пользователя ввести секретную комбинацию, прежде чем можно будет включить компьютер. Назову это устройство «кодовым замком», несмотря на то, что он ничего фактически не запирает. Он будет отключать кнопку подачи питания, которую вы обычно нажимаете в начале работы.

Помните о гарантийных обязательствах

Если вы собираетесь реализовать этот проект до конца, то вам придется открыть системный блок, перерезать один провод и вставить собственную небольшую схему. Вы не будете касаться ни одной из плат внутри компьютера и поработаете только с проводом кнопки, которая включает системный блок, но, тем не менее, если вы купили новый компьютер, то такое вмешательство аннулирует гарантию. Лично я не отношусь к этому слишком серьезно, но если для вас это важно, то вот три варианта:

• Создать схему на макетной плате для своего удовольствия и на этом закончить проект.

• Испробовать схему на каком-либо другом устройстве.

• Установить схему в старом компьютере.

Что вам понадобится

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, мультиметр

• Источник питания на 9 В (батарея или сетевой адаптер)

• Слаботочный светодиод (1 шт.)

• Стандартный светодиод (1 шт.)

• Стабилизатор напряжения LM7805 (1 шт.)

• Логическая микросхема 74НС08 (1 шт.)

• Микросхема таймера 555 (1 шт.)

• Транзистор серии 2N2222 (1 шт.)

• Двухполюсное реле на два направления, на 9 В постоянного тока (1 шт.)

• Диоды серии 1N4001 (1 шт.) и 1N4148 (3 шт.)

• Резисторы с номиналами 330 Ом (1 шт.), 470 Ом (1 шт.), 1 кОм (1 шт.), 2,2 кОм (1 шт.), 10 кОм (6 шт.) и 1 МОм (1 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (1 шт.), 0,1 мкФ (1 шт.), 0,33 мкФ (1 шт.) и 10 мкФ (2 шт.)

• Кнопки (8 шт.)

• Необязательно: инструменты, чтобы открыть компьютер, просверлить четыре отверстия и сделать распилы между ними, создав прямоугольный вырез для клавиатуры (если вы желаете довести этот проект до конца). А также четыре маленьких винта, чтобы прикрепить клавиатуру к корпусу компьютера.

Схема из трех секций

Полностью собранный макет устройства на плате изображен на рис. 4.103, но прежде чем вы начнете собирать его, давайте взглянем на электрическую схему.

Схема разделена на три секции:

1. Источник питания и три фиктивные кнопки.

2. Активные кнопки и логические элементы.

3. Выход.

На рис. 4.99 показана первая часть схемы. Она достаточно простая. Когда вы нажимаете кнопку А, напряжение 9 В подается на стабилизатор, который выдает 5 В на левую шину. Эта кнопка также подает 9 В на провод справа, обозначенный надписью «9 В пост, тока» (вскоре я объясню, зачем).

Кроме того, вы видите кнопки В, С и D, каждая из них подключена к отрицательной шине.

Теперь взгляните на рис. 4.100, на котором изображена центральная секция схемы с использованием логических символов. Мысленно присоедините ее к верхней части схемы с рис. 4.99.

Каждая из кнопок от Е до Н может подавать положительное напряжение на логический элемент И, левый вход которого нормально удерживается в низком состоянии с помощью резистора 10 кОм. Выход каждого предыдущего элемента соединен с входом следующего.

Рис. 4.99. Верхняя секция схемы

Рис. 4.10. Средняя секция схемы с использованием логических символов

Рис. 4.101. Нижняя секция схемы

И наконец, на рис, 4.101 вы видите нижнюю секцию схемы, в которой выход последнего логического элемента И соединен с транзистором, запускающим таймер 555. Этот таймер управляет реле, а реле будет осуществлять блокировку и разблокировку компьютера (или любого другого устройства, имеющего простую кнопку включения-выключения).