Электроника для начинающих (2-е издание)

Рис. 4.79. Выяснение логической функции элемента И-НЕ

Замечание

Когда входной или выходной сигнал логической микросхемы приближается к 0 В, мы называем его низким логическим уровнем (логический ноль).

Когда входной или выходной сигнал логической микросхемы становится равным около 5 В, мы называем его высоким логическим уровнем (логическая единица).

Логический выход микросхемы, как вы поняли, нормально высокий – но не в том случае, если первый вход и второй вход являются высокими. Поскольку эта микросхема выполняет операцию И-НЕ, мы говорим, что она содержит логический элемент И-НЕ.

Логические элементы изображают специальными символами на схемах особого рода, называемых логическими диаграммами. Логическая диаграмма, которая соответствует схеме на рис. 4.79, показана на рис. 4.80, где U-образная фигура с кружком в нижней части – это логический символ элемента И-НЕ. На логической диаграмме не указан источник питания, но если вы вернетесь к схеме на рис. 4.79, то увидите, что на самом деле микросхема требует подачи питания: на контакты 7 (общий) и 14 (плюс). В результате выходной ток микросхемы превышает входной.

Рис. 4.80. Логическую диаграмму проще понять, чем электрическую схему логической микросхемы

Замечание

Каждый раз, когда вы видите символ логической микросхемы, помните о том, что для ее работы необходима подача питания.

Микросхема 74НС00 на самом деле содержит четыре отдельных элемента И-НЕ, каждый из которых имеет два логических входа и один выход. Цоколевка микросхемы приведена на рис. 4.81 справа. Поскольку для простой проверки был необходим только один элемент, входы неиспользуемых элементов закорочены и соединены с отрицательной шиной источника питания, чтобы они не «плавали».

Многие логические микросхемы взаимозаменяемы. Давайте проверим это прямо сейчас. Вначале отключите питание. Аккуратно вытащите микросхему 74НС00 и отложите ее в сторону, погрузив выводы в проводящий материал (или в алюминиевую фольгу). Вставьте микросхему 74НС08, которая содержит логические элементы И. Убедитесь в том, что вы расположили ее правильно, выемкой сверху. Подключите питание и нажимайте кнопки, как вы делали это ранее. На этот раз вы должны обнаружить, что светодиод зажигается, если оба входа положительные, а в других случаях он не горит. Таким образом, микросхема И работает противоположно микросхеме И-НЕ. Цоколевка микросхемы 74НС08 показана на рис. 4.81 слева.

Рис. 4.81. Цоколевка двух логических микросхем

Вы можете задаться вопросом, какая польза от этих компонентов. Вскоре вы увидите, что мы можем соединить логические элементы вместе, чтобы создать, например, такие устройства: электронный кодовый замок, пару электронных игральных костей или компьютеризированную версию телевикторины, в которой игроки соревнуются в ответах на вопросы. Если вы невероятно амбициозны, то сможете создать на основе логических элементов целый компьютер. Один радиолюбитель, Билл Базби (Bill Buzbee), действительно собрал веб-сервер из старых логических микросхем (рис. 4.82).

Истоки логики

Рис. 4.82. Эта компьютерная материнская плата создана вручную Биллом Базби из микросхем серии 74хх, она служит основной частью веб-сервера

Для иллюстрации некоторых логических взаимоотношений такого рода могут использоваться диаграммы Венна, предложенные в 1880 году Джоном Венном. На рис. 4.83 показана самая простая из возможных диаграмм Венна, где я определил одну очень большую группу (все живые существа в мире), а также подгруппу (состоящую только из тех живых существ, которые живут в воде). Диаграмма Венна иллюстрирует, что все живые существа, живущие в воде, также живут и в мире, но только отдельная подгруппа живых существ мира живет в воде.

Рис. 4.83. Самое простое из возможных взаимоотношений между группой и большим миром, который содержит ее

Рис. 4.84. Из этой диаграммы Венна ясно, что одни живые создания живут на суше, другие в воде, а некоторые обитают и в воде, и на суше