Электроника для начинающих

Для каждого логического вентиля также существует соответствующий ему «негативный» вариант. Вентиль ИЛИ-НЕ равнозначен вентилю ИЛИ, к которому подключен вентиль НЕ на выходе.

Рис. 8.11. Символы вентилей И-НЕ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ

Рис. 8.12. Как реализовать вентили ИЛИ-НЕ, И и ИЛИ, используя только вентиль И-НЕ

Помимо удобства (не приходится прибегать к использованию двух чипов, для изменения выхода логического вентиля), эти вентили являютсяособенными, потому что с помощью И-НЕ, в булевой логике можно реализовать любой другой тип вентиля. То же самое и в случае с ИЛИ-НЕ. Имея в наличии только один вентиль ИЛИ-НЕ и один И-НЕ, мы можем реализовать любой другой вентиль.

Некоторые чипы, содержащие вентили ИЛИ-НЕ: 74hc02, 74НС27, 4001В, 4002В. Для вентилей И-НЕ можно использовать: 74НС00, 74НС10, 74НС20, 4011В, 4012В, 4068В; для вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ: 4077В.

Буфер

Последний тип вентиля, который мы разберем, на первый взгляд покажется совершенно бесполезным. Этот тип вентиля называется буфер, его символ представляет собой простой треугольник, и его выход всегда равен сигналу на входе. Мы можем встретить его в чипе 74НС17, и он служит для регенерации сигнала или для запуска нагрузок, которые могут повредить логику схемы.

Буферы типа открытый коллектор, такие как в чипе 74LS17, оснащены транзисторами на выходе и могут обеспечить до 40 мА тока.

Таблица 8.5. Таблица истинности для буфера

Логические семейства

Существует два важных типа цифровых интегральных схем, называемые также логические семейства: ТТЛ и КМОП. Чипы семейства ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики) используют биполярные транзисторы и требуют для своей работы напряжения 5 В. Чипы КМОП используют пары МОП-транзисторов (парные МОП-транзисторы) и могут питаться от напряжения 3,3 В. Основные два типа со временем дали разнообразные варианты, характеризующиеся различной скоростью, потребляемой мощностью и рабочим напряжением. Микросхема ТТЛ может быть распознана по начальным цифрам 74ХХ; такие микросхемы производились в 1960-х годах. Возможно, вы еще сможете встретить некоторые из них. Со временем эти микросхемы были заменены на более новые версии, такие как семейство 74LSxx, а также другие семейства, например 74Sxx, 74Fxx или 74ALSxx. Различия между семействами в технологии их производства, в присутствии или в отсутствии диодов Шоттки (S), в поглощении энергии (L) или в их скорости (F = Быстрый). В настоящее время чаще всего используются чипы ТТЛ семейства 74LSxx, которые относятся к типу «открытый коллектор» и ведут себя совершенно иначе, чем КМОП. Выходы этих микросхем предназначены для поглощения тока силой до 8 мА, когда они находятся в низком уровне, в то время как в высоком уровне они могут обеспечить очень малый ток (менее половины миллиампер). У нас нет никаких проблем, когда мы подключаем разные микросхемы друг к другу, но они могут появиться, если цифровые выходы должны управлять зарядами. Посмотрим на примере, как правильно подключить светодиод к выходу одного из этих чипов.

Рис. 8.13. Соединение светодиода с интегральной схемой типа открытый коллектор и со схемой КМОП. В схеме типа открытый коллектор светодиод включится, когда выход находится в низком уровне

Индикатор может загореться, даже если мы подсоединим его между выходом и землей, но правильным способом подключения является соединение светодиода между выходом и положительным напряжением питания. Таким образом, индикатор загорится, когда выход находится в низком уровне. Это не большая проблема, но, вероятно, это заставит нас пересмотреть логику нашей схемы.

Чтобы избежать нестабильности, неиспользуемые входы подключаются к положительному напряжению питания.

Все эти особенности осложняют использование этого семейства микросхем, но иногда у нас нет выбора, потому что некоторые чипы доступны только в этой технологии. Семейство чипов КМОП имеет обозначение, начинающееся с символов 40хх (вместо хх применяется пара чисел), существует также более новая версия 40ххВ. Некоторые чипы семейства 74хх используют технологию МОП, поэтому иногда возникает путаница, так, например, 74НС00 содержит МОП-транзистор! Наиболее широко используемыми чипами на сегодняшний день являются чипы серии НС. При использовании этих микросхем не забывайте всегда подключать все неиспользуемые входы к земле во избежание странного поведения цепи. Выходы микросхемы могут обеспечить ток силой около четырех миллиампер, когда они находятся в высоком уровне, или поглощать ток, когда находятся в низком уровне. Эти токи не очень высоки, их едва хватает для включения светодиодов, но их более чем достаточно для сопряжения вашей микросхемы с другими. При подключении нагрузки следует применить буфер или транзисторы.