Электроника для начинающих

Конденсатор на 0,1 мкФ служит для выравнивания возможных нарушений, поступающих от линии электропередачи, или тех, которые может генерировать чип, когда логические вентили изменяют свое состояние. В качестве упражнения попробуйте последовательно подключить два вентиля НЕ и подсоединить светодиод на каждом выходе для определения состояния вентилей.

Вентиль ИЛИ

Мы определяем себя как логические и рациональные существа, но на самом деле наш разум далек от логики! Наши мысли стремятся к математической логике, но все равно пропускают некоторые моменты. Логические вентили не знают неопределенности, и их поведение строго определяется таблицей истинности. Для нас «ИЛИ» может иметь различные значения в зависимости от изменения тона голоса или изменения выражения лица. Логический вентиль ИЛИ всегда ведет себя одинаково.

Рис. 8.6. Символ вентиля ИЛИ и чип 74НС32, содержащий 4 вентиля ИЛИ

Чтобы выход логического вентиля ИЛИ был равен «1», достаточно, чтобы один из входов находился в состоянии «1». Таблица истинности на этот раз имеет четыре строки, чтобы включить все возможные комбинации входов.

Таблица 8.2. Таблица истинности для вентиля ИЛИ

Многие чипы содержат вентили ИЛИ, например 74НС32 или 4071В. Для эксперимента с вентилем ИЛИ нам понадобятся следующие компоненты:

• макетная плата;

• интегральная схема 74НС32 по КМОП-технологии, содержащая 4 вентиля ИЛИ;

• светодиод;

• резистор на 220 Ом;

• две нормально разомкнутые кнопки;

• два резистора на 10 кОм;

• источник питания на 5 В;

• конденсатор на 0,1 мкФ;

• перемычки или соединительные провода.

Электрическая схема цепи показана на следующем рисунке:

Рис. 8.7. Электрическая схема пробной цепи для вентиля ИЛИ

Перейдем к сборке цепи.

1. Объединим шины электропитания по обоим краям макетной платы, чтобы иметь электропитание с обеих сторон.

2. Вставляем микросхему в центр макетной платы.

3. Подключаем вывод 14 от 74НС32 к красной шине питания (5 В).

4. Вывод 7 от 74НС32 соединяется с синей шиной электропитания (0 В).

5. Добавляем кнопку и сопротивление на 10 кОм и подсоединяем их с помощью перемычки к выводу 1 интегральной схемы.

6. Добавляем вторую кнопку и сопротивление на 10 кОм и подсоединяем их с помощью перемычки к выводу 2 интегральной схемы.

7. Образуем последовательное соединение сопротивления на 220 Ом и красного светодиода и подключаем катод светодиода к земле.

8. Подсоединяем сопротивление на 220 Ом к выводу 3 интегральной схемы.

9. Добавляем конденсатор мостиком между шинами питания.

10. Подаем на цепь напряжение 5 В.

11. Нажимаем кнопку!

Рис. 8.8. Пробная схема вентиля ИЛИ, собранная на макетной плате

Входы вентиля ИЛИ соединены с землей через резисторы на 10 кОм. При нажатии на одну из двух кнопок мы подаем на вход 5 В, и выход вентиля находится в состоянии «1». Достаточно нажать одну из двух кнопок для включения светодиода, подключенного к вентилю ИЛИ.

Вентиль И

Выход логического вентиля И принимает высокий уровень («1») только тогда, когда оба его входа находятся в высоком уровне, в противном случае он всегда в низком уровне («0»). Ниже представлена таблица истинности вентиля И.

Таблица 8.3. Таблица истинности вентиля И

Некоторые чипы, содержащие логические вентили И: 74НС08, 74НС11, 74НС21, 4073В, 4081В.

Рис. 8.9. Символ вентиля И и чип 74НС08, содержащий 4 вентиля И

В качестве упражнения реализуем тестовую схему для логического вентиля И, похожую на ту, что мы строили для логического вентиля ИЛИ. В данном случае будет использоваться интегральная схема 74НС08.

Вентиль ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (иногда его также называют «сложением по модулю 2») представляет собой особый вентиль. Ниже приведена его таблица истинности.

Таблица 8.4. Таблица истинности вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

Рис. 8.10. Символ вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и чип 74НС86, содержащий 4 вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ представляет собой простой двоичный сумматор. Биты имеют значения только «О» или «1». Мы можем суммировать их, так же как и суммируем десятичные числа от «0» до «9».

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

До этого момента нет никаких проблем. Что произойдет, если мы имеем следующую сумму?

1 + 1 =?

Мы не можем написать «2»! Если мы просуммируем «9» и «1», то можем написать:

9 + 1 = 10

Что произошло? Числа от «0» до «9» являются десятичными. Путем прибавления «1» к «9» получаем десяток, поэтому записываем «1», а затем «0». С двоичными числами происходит то же самое: путем добавления единицы к числу «1» у нас заканчиваются цифры для единиц, поэтому мы напишем:

1 + 1 = 10

Продолжим:

10 + 1 = 11

11 + 1 = 100

ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ считается простым не переходящим сумматором, так как он может суммировать два простых бита, теряя переход (он не знает, как его обозначить, так как имеет только один выход).

Некоторые чипы, содержащие вентили ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ: 74НС86 и 4030В.

Вентили И-НЕ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ