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.
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.
| Обозначение | Особенности |
|---|---|
| 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 |
| Элемент | Микросхема | Таблица 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 |
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.
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.
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.
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.
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.
Следующая глава использует логические элементы уже не поодиночке, а собранными в готовый функциональный узел — счётчик, который считает импульсы и отображает результат на семисегментном индикаторе.
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.