Набор «Цифровая логическая плата»: компоненты и руководство по настройке

Компоненты и материалы

Макетная плата (2 шт.)	2
Перемычки (generic)	100
Резистор 10 кОм	52
Резистор 220 Ом	40
LED (generic)	40
TaydaElectronics 4PDT STOMP FOOT / PEDAL SWITCH LATCHING	52
Arduino Mega 2560	2
Texas Instruments Shift Register SN74HC595N	1
Линейный регулятор 7805	1
Блок питания 9V 1A	1
Конденсатор 4.7 мкФ	1
Конденсатор 10 мкФ	1

Необходимые инструменты

• Паяльник
• Мультиметр Digilent Mastech MS8217
• Клейкий пистолет

Приложения и сервисы

• Arduino IDE

О проекте

Аннотация

Учебник для «Digital Logic Board» — платы среднего уровня сложности, тренировочного устройства для начинающих в электронике, охватывающей важные схемы цифровой логики. Вместо устаревшей TTL-логики используется микроконтроллер Microchip, программируемый через Arduino IDE.

Основные темы: логика, протокольные тайминги, передача данных, работа с цифровыми булевыми сигналами.

• Ведущий Arduino (справа) считывает состояния переключателей и отправляет один бит через I2C шину с 4-байтовым кадром данных.
• Ведомый Arduino (слева) зажигает LED, используя 4-байтовый кадр от мастера и напрямую управляет 74HC595.
• Двухпроводные SDA и SCL синхронизируют байтовый поток между двумя Arduino по протоколу I2C.

Фронтальный интерфейс

Сверху вниз:

• 7 логических вентилей
• Выключатель питания DC
• 8-битный мультиплексор
• 8-битный декодер
• 8-битный энкодер
• J-K триггер
• SIPO сдвиговый регистр
• 4-битный полный сумматор
• Имя студента

Графическая платформа Canva

Canva — инструмент графического дизайна (drag-and-drop), доступ к миллионам фото, графики, шрифтов. Используется для веба и печати.

Краткая спецификация платы

Работа с платой

• Подайте питание рокер-переключателем
• Переключайте тумблеры для изменения входной логики
• Если логика истинна — загорается красный LED
• Изучите таблицы истинности для каждой схемы
• Вентили: AND, NAND, OR, NOR, XOR, XNOR, NOT
• Мультиплексор, декодер, энкодер, J-K триггер, сдвиговый регистр, 4-битный сумматор

Стабилизатор L7805

Устройство может работать от 1.5 В драйверного напряжения, поэтому питание минимум 8 В для нагруженных цепей.

Pull-up резистор

Подключение на макетной плате

74HC595 Serial-in Parallel-out Shift Register

Подключение 74HC595 к Arduino

1. Соединения:

• GND (pin 8) → земля
• Vcc (pin 16) → 5V
• OE (pin 13) → земля
• MR (pin 10) → 5V

Это активирует все выходы постоянно. Недостаток: при включении питания выходы могут быть в произвольном состоянии до запуска программы. Можно управлять MR и OE с Arduino, но так проще и оставляет свободные пины.

2. Подключение к Arduino:

• DS (pin 14) → Arduino DigitalPin 11 (синий)
• SH_CP (pin 11) → Arduino DigitalPin 12 (жёлтый)
• ST_CP (pin 12) → Arduino DigitalPin 8 (зелёный)

Дальше: dataPin, clockPin, latchPin. Конденсатор 0.1 мкФ на latchPin сглаживает мерцание.

3. Добавление 8 LED:

Катоды LED к общей земле, аноды к выходам сдвигового регистра (source current). Если регистр только sink current — переверните полярность LED. Добавьте резистор 470 Ом последовательно с каждым LED.

Наш дизайн с 74HC595

Pinout Arduino Mega 2560

I²C на Arduino Mega 2560

Serial Data Line (SDA) и Serial Clock Line (SCL) на Atmel Mega Arduino:

• SDA (Pin 20)
• SCL (Pin 21)

***Back End***

Итоговый результат

Код

Digital Logic Board GitHub

ПО для CU1 и CU2: GitHub

Схемы

Excel-таблица для двух Mega-контроллеров.