Логические элементы: И, ИЛИ, НЕ

Логические элементы — это минимальные кирпичи цифровой схемы. Их всего несколько, и из них собирается всё остальное.

НЕ (инвертор): выход противоположен входу. Обозначается треугольником с кружком. Микросхема 74HC04 — шесть инверторов в одном корпусе.

И (AND): единица на выходе, только если обе единицы на входе. 74HC08.

ИЛИ (OR): единица, если хотя бы одна единица. 74HC32.

И-НЕ (NAND) и ИЛИ-НЕ (NOR): то же с инверсией. NAND — «универсальный» элемент: из него одного можно собрать всё, включая память.

Исключающее ИЛИ (XOR): единица, если входы разные. Используется для сложения, сравнения и контроля чётности.

Параметры, которые важны: задержка распространения (у 74HC — 10–20 нс), ток нагрузки, диапазон питания, входная ёмкость.

Зачем это знать, если всё на микроконтроллере: логика нужна, когда требуется реакция за наносекунды, когда нет прошивки (простая схема дешевле), для согласования сигналов, для генераторов и формирователей. И потому что внутри микроконтроллера — те же элементы.

Типичные микросхемы в наборе: 74HC00 (NAND), 74HC08 (AND), 74HC32 (OR), 74HC04 (NOT), 74HC14 (триггер Шмитта — инвертор с гистерезисом), 74HC74 (D-триггер), 74HC595 (сдвиговый регистр — расширение выходов).

Питание: 74HC работает от 2 до 6 В, входы терпимы к 5 В при питании 3.3 В (но не наоборот). 74LVC — для 3.3 В и быстрее.

Проверь себя

Почему NAND называют универсальным элементом?

Из NAND можно собрать НЕ (соединив входы), И, ИЛИ и любой триггер. Поэтому в производстве достаточно одного типа элемента — это дешевле.