Porta logica AND

 La versione di valutazione del programma Design Lab della MicroSim contiene nella libreria EVAL, oltre a vari componenti elettronici, anche circuiti digitali della famiglia logica TTL standard.

  In questa prima esercitazione ci proponiamo di verificare la tabella della verità della porta logica AND contenuta nel chip 7408 con due metodi differenti:

  1. applicando in ingresso, di volta in volta, le possibili combinazioni e verificando in uscita il livello logico ottenuto.
  2. applicando in ingresso due generatori di onde quadre: il primo, con tempi TH=TL=0.5us, al pin 1 ed il secondo, con tempi TH=TL=1us, al pin 2.

 Metodo 1

Dopo aver eseguito il programma Schematic Editor si porta sul foglio di lavoro la porta logica AND contenuta nel chip 7408.

Per far ciò si attiva il comando Draw/Get New Part/7408 (oppure il comando rapido CTRL+G/7408). Si noti che la finestra di dialogo ottenuta, ci mostra, in anteprima, la sagoma del componente. Fare click su Place & Close per inserire il componente desiderato sul foglio di lavoro. Spostarsi col mouse per portare la porta logica nella posizione voluta e poi fare click di sinistro per piazzarlo definitivamente e poi click di destro per uscire dalla modalità di inserimento di quel componente.

  Applichiamo i livelli logici in ingresso. MicroSim presenta due sorgenti di segnali digitali che si chiamano LO (low = livello logico basso, 0) e HI (high = livello logico alto, 1). Essi si prelevano dalla libreria col solito comando Draw/Get New Part.

  Inseriamo sul terminale di uscita della porta AND, infine, il connettore Global dalla libreria Port col comando Get/New Part/Global. Il connettore presenta, alla destra del simbolo, il terminale da collegare alla porta logica. Il connettore, perciò, deve essere ruotato di 180°. Per ottenere ciò è sufficiente eseguire il comando Edit/Rotate  (oppure CTRL+R) per due volte. Infatti, il comando “rotate” determina una rotazione di 90° in senso antiorario. Bisogna assicurarsi di aver selezionato il componente da ruotare. Per selezionare un componente è sufficiente fare click una sola volta sullo stesso componente.

  Assegniamo al connettore Global il nome Y. Si faccia doppio click nella sagoma del connettore. Si ottiene una finestra di dialogo nella quale inseriamo il nome: Y seguito da click sul pulsante OK.

  Forniamo, infine, un titolo, al nostro circuito. Draw/Text e nella finestra di dialogo ottenuta scriviamo “Porta logica AND”.

 

Fig.1 - Schema logico costituito dalla porta AND contenuta nel circuito integrato 7408 della famiglia logica TTL standard.

Si evidenziano i due ingressi LO, il connettore Global in uscita ed il testo inserito per specificare il titolo.

  Salvare il file realizzato col comando File/Save. Inserire il nome AND.SCH.

Per eseguire la simulazione di funzionamento fare click, preliminarmente, sul pulsante V della barra degli strumenti e poi eseguire il comando Analysis/Simulate (o F11). Sulle linee di ingresso ed uscita appariranno i valori logici corrispondenti.

  Per ripetere la simulazione di funzionamento per le altre combinazioni di ingresso è sufficiente cancellare l’ingresso LO col comando Edit/Delete  e sostituirlo con l’ingresso HI e poi ripetere il comando di avvio simulazione con Analysis/Simulate (o F11).

 

Fig.2 – Simulazioni per tre delle quattro possibili combinazioni di ingresso.

Proposta di lavoro:

Sostituire al 7408 le seguenti porte logiche: 7400 NAND, 7402 NOR, 7432 OR, 7486 XOR verificando le relative tabelle della verità.

Metodo 2

  1. Inserire due generatori di onde quadre agli ingressi: Get/New Part/DigClock.

  2. Fare doppio click nella sagoma del primo generatore ed impostare i seguenti valori: DELAY=0 Save attribute.

  3. Lasciamo, perché buoni, i valori ONTIME=0.5us (0,5micro secondi), OFFTIME=0.5us e STARTVAL=0.

  4. Click su OK.

  5. Per il secondo generatore impostiamo, invece, DELAY=0, ONTIME=1us, OFFTIME=1us e STARTVAL=0.

 

Fig.3 – Porta AND pilotata da due generatori di onde quadre con periodo 1us e 2 us.

Analizzando le onde quadre, istante per istante, si osservano le quattro combinazioni possibili tra gli ingressi.

Per ottenere la visualizzazione di ONTIME e OFFTIME fare doppio click all’interno della sagoma del generatore, fare click sulla voce ONTIME e poi sul pulsante Change Display e selezionare la voce “both name and value”.

  Poiché si desidera la visualizzazione della simulazione in funzione del tempo si deve prima eseguire il “Setup” col comando Analysis/Setup. Fare click sulla casella Transient (in funzione del tempo) e click sul relativo pulsante. Impostare i seguenti tempi: FINAL TIME = 4000ns (cioè 4 microsecondi) in modo da visualizzare due periodi completi del generatore DSTM2.

  Per ottenere le forme d’onda di ingresso e di uscita in automatico sul monitor del programma  Probe conviene  attivare il comando Markers/Mark Voltage da applicare ai due ingressi e al pin di uscita.

  Per avviare la simulazione si attiva il comando Analysis/Simulate. Si dovrebbero ottenere le forme d’onda mostrate nella seguente figura 4.

Fig.4 – Forme d’onda del circuito di fig.3. Si osservi che l’uscita Y assume il valore alto ( 1 ) solo quando entrambi gli ingressi DSTM1 e DSTM2 sono al livello alto. In tutti gli altri casi l’uscita vale 0.

  Per analizzare meglio i valori digitali delle forme d’onda ottenute si attivi il comando Tools/Cursor/Display del programma Probe.

Facendo click col mouse e trascinando a destra e sinistra si osserverà il marker verticale che si muove corrispondentemente mentre sul lato sinistro del display, accanto ai nomi delle forme d’onda, appaiono i valori numerici 0 o 1 delle singole forme d’onda.

  Facendo click sul pulsante destro del mouse è possibile manovrare un secondo cursore diverso da quello attivato col pulsante sinistro del mouse.

Proposta di lavoro:

Anche in questo caso si provi a sostituire al 7408 altre porte logiche a due entrate per verificarne la tabella della verità.

 Si provi, inoltre a variare i tempi ONTIME, OFFTIME dei generatori per osservare, poi, le forme d’onda così modificate.