Электроника для начинающих

На самом деле микросхема 74HC00 содержит 4 элемента И-НЕ, каждый из которых имеет по два логических входа и один выход. Внутри микросхемы выводы всех четырех логических элементов расположены так, как это показано на рис. 4.49. Поскольку для выполнения этого простейшего эксперимента нам необходим только один логический элемент, входные выводы неиспользуемых элементов напрямую подключены к минусовому выводу источника питания.

Рис. 4.49. Расположение выводов на микросхеме 74HC00 (четыре двухвходовых логических элемента И-НЕ)

Вывод 14 используется для подачи напряжения питания на интегральную схему; вывод 7 — минусовой вывод источника питания (общий). Почти все микросхемы семейства 7400 используют одни и те же выводы для подачи напряжения питания, поэтому вы всегда сможете легко выполнять их замену.

Давайте сделаем это прямо сейчас. Сначала надо выключить напряжение питания. Затем аккуратно извлеките и отложите микросхему 74HC00, предварительно закоротив ее выводы проводящей губкой. Вместо нее установите микросхему 74HC08, которая содержит 4 двухвходовых элемента И. Следует убедиться, что вы установили точно так же, как и предыдущую микросхему — вырез (ключ) должен быть расположен сверху. Снова подсоедините напряжение питания и, используя кнопки, выполните проверку работы микросхемы аналогично тому, как вы это выполняли ранее. На этот раз вы должны заметить, что светодиод загорается, если одновременно на первый и второй входы элемента подаются положительные напряжения, в противном случае светодиод остается выключенным. Таким образом, функция этой микросхемы в точности противоположна функции микросхемы И-НЕ. Расположение выводов микросхемы показано на рис. 4.50.

Рис. 4.50.Расположение выводов на микросхеме 74HC08 (четыре двухвходовых логических элемента И)

Вы, вероятно, удивитесь, насколько полезными могут оказаться эти элементы. Скоро вы увидите, что мы сможем, соединяя эти логические микросхемы вместе, создавать такие вещи, как электронный комбинированный замок, или спаренную электронную игральную кость (домино), или компьютеризованную версию телевикторины, в которой пользователи будут соревноваться, пытаясь дать правильные ответы. И если вы достаточно амбициозны, то вы из обычных логических элементов сможете даже построить компьютер.

От Буля к Шеннону

Джордж Буль (George Boole) был британским математиком, который родился в 1815 году и который сделал то, что за всю историю человечества сделало всего лишь несколько людей. Он был достаточно удачлив и умен, чтобы изобрести совершенно новую область математики.

Интересно, что в этой математике не используются числа. Буль имел жесткий логический ум и хотел уменьшить мир до набора утверждений типа «истина/ложь», которые могли бы сочетаться друг с другом разными способами. Например, предположим, у нас есть пара Энн и Боб, у которых настолько мало денег, что они могут приобрести только одну шляпу. Очевидно, что если вы случайно увидите Энн и Боба, гуляющими по улице, то в этом случае возможны 4 различных ситуации: ни один из них шляпу не надел; шляпа может быть на голове у Энн или шляпа может быть на голове Боба, но они оба никак не могут быть в шляпе. Эти ситуации отражает диаграмма, приведенная на рис. 4.51.

Рис. 4.51.Эта несколько поверхностная диаграмма Венна иллюстрирует различные возможности двух человек — Энн и Боба, у которых имеется только одна шляпа

Все эти состояния возможны за исключением одного, когда круги перекрываются. (Эта диаграмма известна, как диаграмма Венна (Venn diagram). Я предоставляю вам самостоятельно разобраться в этом термине, если он вам, конечно, интересен, и если вы хотите узнать больше). Буль продвинул свою идею намного дальше и показал, как создавать и упрощать существенно более сложные логические построения.

Другой способ обобщить ситуацию с ношением шляпы это создать таблицу истинности (табл. 4.3). В крайней правой колонке приведены комбинации предположений, которые могут быть истинными или ложными. Теперь давайте проверим их по табл. 4.4.

Это точно такая же таблица, но в ней используются различные обозначения, описывающие ситуацию, которую вы наблюдали при использовании логического элемента И-НЕ.