tariel.ge › Полезное: бесплатные книги › Большой учебник самоделок для начинающего…Бесплатно · автор Тариел Бежанидзе
← Учебник самоделок ЛИСТ 14БЛОК 5 — ЦИФРОВАЯ ЛОГИКАРЕВ. 1
Глава 14 · Цифровая логика без микроконтроллера

Логические элементы (И/ИЛИ/НЕ) на 74xx

До сих пор все схемы книги были аналоговыми — напряжение принимало любое значение в диапазоне. Цифровая логика работает только с двумя состояниями, и в обмен на эту простоту получает предсказуемость, которой аналоговым схемам иногда не хватает.

Два уровня вместо непрерывного диапазона

В цифровой логике напряжение интерпретируется только как "высокий уровень" (логическая 1, близко к VCC) или "низкий уровень" (логический 0, близко к GND) — любое промежуточное значение считается неопределённым и в норме не должно возникать на входах логических микросхем дольше короткого момента переключения.

Семейство 74xx — какую версию выбрать для хобби

ОбозначениеОсобенности
74LSxx (старое TTL) Питание строго 5В, выше потребление тока — исторический стандарт, сейчас менее удобен для батарейных проектов
74HCxx (современный выбор для хобби) КМОП-технология, широкий диапазон питания (обычно 2–6В), очень низкое потребление в статике — хороший выбор по умолчанию для проектов этой книги
74HCTxx КМОП-логика с порогами переключения, совместимыми с TTL-уровнями — полезна, если нужно смешивать в одной схеме старую TTL-логику и новую КМОП

Базовые логические элементы

ЭлементМикросхемаТаблица истинности (для 2 входов A, B)
НЕ (NOT) 74HC04 Выход = 1, если вход = 0, и наоборот — единственный вход, инвертирует сигнал
И (AND) 74HC08 Выход = 1, только если A=1 И B=1 одновременно — иначе 0
ИЛИ (OR) 74HC32 Выход = 1, если A=1 ИЛИ B=1 (или оба) — 0, только если оба входа 0
И-НЕ (NAND) 74HC00 Обратное к И: выход = 0, только если A=1 И B=1 — во всех остальных случаях 1
ИЛИ-НЕ (NOR) 74HC02 Обратное к ИЛИ: выход = 1, только если оба входа 0
Исключающее ИЛИ (XOR) 74HC86 Выход = 1, если входы разные (один 1, другой 0) — 0, если входы совпадают
Почему И-НЕ (NAND) особенный

Из одних только элементов И-НЕ теоретически можно собрать любую другую логическую функцию (И, ИЛИ, НЕ и любую их комбинацию) — это называется "функциональной полнотой" NAND. На практике для хобби-проектов проще просто взять готовую нужную микросхему из таблицы выше, но сам факт полезно знать — производители массово выпускают именно NAND как один из самых дешёвых и распространённых элементов не просто так.

Внутри корпуса — несколько элементов сразу

Типовой 14-выводный корпус DIP содержит не один, а сразу четыре двухвходовых логических элемента (например, у 74HC08 — четыре независимых элемента И), плюс общие выводы питания (VCC — обычно вывод 14, GND — вывод 7 у большинства микросхем этой серии). Незадействованные элементы внутри одного корпуса можно просто не подключать к остальной схеме, но их входы всё равно нужно на что-то посадить — смотри предупреждение ниже.

Никогда не оставляй вход КМОП-микросхемы "в воздухе"

В отличие от многих аналоговых схем этой книги, незадействованный (плавающий, никуда не подключённый) вход КМОП-логической микросхемы — это не просто "ничего не делает", а реальная проблема: такой вход подхватывает наводки и может случайным образом колебаться между уровнями, вызывая непредсказуемое поведение выхода, повышенное потребление тока, а иногда и нагрев микросхемы. Каждый используемый вход логического элемента должен быть подключён либо к сигналу, либо напрямую к VCC, либо к GND — даже если этот конкретный элемент в схеме не используется по назначению.

Практическая схема: логика "И" из двух готовых узлов книги

Собери небольшую демонстрацию, объединяющую уже знакомые схемы книги через логику: например, выход компаратора освещённости из главы 12 (высокий уровень в темноте) и выход отдельного порогового датчика движения (высокий уровень при обнаруженном движении — по мотивам главы 17, к которой книга ещё вернётся подробнее) подаются на входы элемента И (74HC08). Светодиод на выходе элемента загорается, только если оба условия выполнены одновременно — "темно И есть движение", а не любое из условий по отдельности.

Вход A: "темно" (из главы 12) Вход B: "есть движение" И Выход = 1, только если A=1 И B=1 LED
Элемент И объединяет два готовых узла книги в одно комбинированное условие

Проверка мультиметром

Для цифровой логики мультиметр используется проще, чем для аналоговых схем: просто измеряй напряжение на каждом входе и выходе и сверяй с ожидаемым уровнем по таблице истинности — либо близко к VCC (логическая 1), либо близко к 0 (логический 0). Если показания застряли где-то посередине — почти наверняка проблема в схеме (например, забытый подтягивающий резистор или плохой контакт на макетке), а не в самой логике микросхемы.

Что дальше

Следующая глава использует логические элементы уже не поодиночке, а собранными в готовый функциональный узел — счётчик, который считает импульсы и отображает результат на семисегментном индикаторе.

Глава14 — Логические элементы 74xx
Блок5 — Цифровая логика
Далее15 — Счётчик и индикатор
СтатусГотово · рев. 1
Предыдущая глава ← 13 · ОУ как усилитель Следующая глава 15 · Счётчик и индикатор →

Книга бесплатна для чтения. Автор — Тариел Бежанидзе, компьютерный мастер в Батуми · tariel.ge · все бесплатные книги. Копировать текст целиком на другие сайты — только со ссылкой на источник.