LA SPECIFICA DI PROGETTO.

Una sonda logica deve accendere un LED per indicare il livello logico “1” ed un secondo LED  per il livello logico “0”. Nella zona di incertezza (tra il massimo dello “0” ed il minimo del livello “1”) i due led devono rimanere spenti. Non basta, deve anche riconoscere i transitori rapidi ma questa funzione deve essere attivabile o disattivabile tramite un interruttore. La cattura del transitorio deve essere indicata sugli stessi LED utilizzati per i livelli logici. Io uso la convenzione LED Rosso = 0 logico e LED Verde = 1 logico.

Un  esempio: se normalmente il livello logico e’ a “0” e solo per un microsecondo il livello logico diventa “1”(una sola volta), con la funzione di cattura dei transitori si dovra’ vedere il rosso sempre acceso ed un lampo verde per 1 secondo circa. Se si esclude la cattura del transitorio, agendo sull’interruttore previsto a questo scopo, si dovra’ vedere solo il led rosso acceso. Quello verde si accende per il tempo di un microsecondo, in cui il segnale diventa “1”, ma la persistenza della retina del nostro occhio continuera’ a farci vedere il led verde sempre spento. Ho riscontrato che la maggior parte delle realizzazioni su GRIX non utilizza la convenzione dei colori dei LED da me utilizzata. E’ solo una questione di convenzioni.

I CALCOLI PER IL RISPETTO DELLE SPECIFICHE.

Tralascerei i calcoli che richiedono esclusivamente la conoscenza della legge di Ohm ed il calcolo del tempo di un monostabile con un temporizzatore basato su un NE556.

CONSIDERAZIONI SULLA DISPOSIZIONE DEI COMPONENTI.

I due LED sono stati posizionati vicino al puntale per non distogliere l’attenzione richiesta dalla loro lettura e la precisione nel toccare il piedino da verificare. Una falsa manovra in questa fase, potrebbe creare un disastroso corto circuito sull’integrato sotto esame. La parte sensibile ai livelli e’ posizionata vicino al puntale; impugnando la sonda con naturalezza, la mano, non influenza le soglie di riconoscimento dei livelli logici. Il contenitore per la sonda logica non e’ quindi indispensabile, anche se caldamente consigliato per l’estetica. L’interruttore e’ posto in modo che sia attivabile facilmente con un gesto della stessa mano che impugna la sonda evitando di dover usare l’altra.

LIVELLI LOGICI RICONOSCIUTI.

Quando nacque l’esigenza di questo strumentino vi erano solo logiche TTL ed iniziavano ad essere presenti i primi microprocessori che fornivano, o richiedevano, i livelli logici compatibili alla normativa TTL. Questa realizzazione riconosce i veri livelli delle logiche TTL e la loro zona di incertezza. Ricordo che i valori da riconoscere sono: Vih=2.0V (min) e Vol=0,4V(max). La precisione dei livelli logici dipende dalla precisione delle resistenze R1, R2 ed R3.

IL RICONOSCIMENTO DEI  TRANSITORI.

Il transitorio riconosciuto in questa versione e’ di un impulso di durata minima di 900uS. Il componente critico e’ il comparatore LM339. Questa limitazione appare solo quando si analizzano circuiti molto veloci. Circuiti  che impiegano logiche Schottky o Fast possono non rilevare tutte le transizioni presenti. Ma se la sonda e’ utilizzata per circuiti TTL, per C-Mos alimentati a 5V, per verificare lo stato logico delle uscite di un PIC, si comporta ancora in modo eccellente. Ovviamente i livelli logici dei C-Mos sono diversi dai livelli di una TTL, ma un buon "0" o "1" locico verra' riconosciuto anche se il segnale e' a livello C-Mos.

LO SCHEMA ELETTRICO.

L’ingresso del segnale digitale (J1) alimenta un doppio comparatore (U1.1 e U1.2) le cui soglie sono calcolate per scattare ai livelli massimo per la soglia del livello “0” e minimo per la soglia del livello “1” tramite le tre resistenze R1, R2 ed R3. Non ho previsto alcuna resistenza in serie all’ingresso J1, che risulta direttamente collegato agli ingressi del comparatore. E’ la logica di protezione del comparatore stesso che lo protegge dalle sovratensioni elettrostatiche eventualmente presenti. Due sezioni di U1 (la 3 e la 4) non sono utilizzate e sconnesse in modo da consumare il meno possibile.

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Quando la sonda e’ scollegata le due resistenze R4 ed R5 portano il livello nella zona di incertezza ed i LED rimangono spenti. I valori di R4 ed R5 sono calcolati per non caricare il circuito digitale in esame, l’impedenza di ingresso e’ di circa 320kOhm (R4//R5). Le quattro sezioni di U2 utilizzate alimentano la base dei due transistor Q1 e Q2 per accendere i rispettivi LED. Le resistenze di caduta dei led sono differenti per avere la stessa luminosita’. Nel mio caso il led rosso ha un’efficienza inferiore al verde. Si noti che sulle uscite di U1 dovrebbero essere presenti due resistenze di Pull-up perche’ l’uscita del comparatore e’ ad “open collector”. Gli ingressi 1 e 13 di U2 sopperiscono alla mancanza del Pull Up avendo sempre un livello logico “1” (se non forzato a zero esternamente dai comparatori). Le due sezioni del circuito LM556 (U3), in funzione monostabile, catturano la transizione dei livelli logici presenti su J1 e li ”allungano” grazie a R12/C1 e R13/C2. Le uscite alimentano la due basi di Q1 e Q2 per trasferire il livello dei transitori rapidi e permetterne la loro cattura visiva. Quando la funzione di cattura non serve si toglie alimentazione al doppio  timer tramite K1. Si noti che le resistenze R6, R7, R8 ed R10 operano come degli “OR” sulle basi dei transistor Q1 e Q2. Coi due coccodrilli potrete alimentare la sonda con la stessa tensione del circuito sotto esame. Cosi’ la massa rimane comune.

MIGLIORAMENTO DEL PROGETTO.

L’applicazione proposta puo’ essere migliorata notevolmente adattandola ai componenti elettronici disponibili oggi. Vi invito a sperimentare questi miglioramenti:

1.      Sostituite il comparatore quadruplo con una versione doppia in tecnologia C-Mos. Il TLC372C, e’ un valido sostituto con consumi e prestazioni migliorative rispetto al vecchio quadruplo LM339. Se volete mantenere lo stesso circuito stampato potete impiegare un TLC374 che e’ pin to pin col LM339.

2.      Sostituite il LM556 con un TLC556.

3.      Sostituite la logica TTL con un equivalente C-Mos tipo CD4069.

4.      Tutta la circuiteria attorno ai nuovi circuiti integrati non cambia.

5.      Se volete potete anche utilizzate tutti gli IC in SMD per ridurre le dimensioni.

6.      Le modifiche proposte permettono l’alimentazione della sonda con tensioni fino a +15V. La versione originale, invece, utilizza la sola tensione delle logiche TTL, ovvero +5V.

Attenzione che le soglie TTL rimangono confermate solo alimentando la sonda a 5V.

IL CIRCUITO STAMPATO.

Purtroppo la serigrafia originale e’ stata realizzata con i trasferibili. Quello che é rimasto a distanza di anni e’ indicato nella figura sottostante. Spero vi possa bastare.  Non dovrebbe essere un grosso problema vista la semplicita’ del circuito.

 

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La linea orizzontale e’ la mezzeria da utilizzare per piegare il foglio trasparente utilizzato per realizzare le due facce del circuito stampato. Il circuito superiore rappresenta il lato saldature, quello inferiore il lato componenti.

R indica la posizione del led Rosso e V di quello Verde. Le doppie frecce >>,  << e << sulla mezzeria del circuito superiore ed inferiore indicano il verso (il lato del pin 1) dei tre circuiti integrati: LM339, DM7404 e LM556.

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DISPOSIZIONE DEI COMPONENTI.

I componenti sono disposti da sinistra a destra e dall’alto al basso in questo modo (fare riferimento al disegno di montaggio qui sotto).

Le resistenze sono indicate in blu, le capacita’ in marroncino: R1, R3, R5, R2, R4, R6, R7, R10, R11, R9, R8,  R12, C2, C1,  R13.

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Dovrebbe bastare.

Buon lavoro e cordiali saluti:

Max

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