ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (иногда его также называют «сложением по модулю 2») представляет собой особый вентиль. Ниже приведена его таблица истинности.
Таблица 8.4. Таблица истинности вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
Рис. 8.10. Символ вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и чип 74НС86, содержащий 4 вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ представляет собой простой двоичный сумматор. Биты имеют значения только «О» или «1». Мы можем суммировать их, так же как и суммируем десятичные числа от «0» до «9».
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
До этого момента нет никаких проблем. Что произойдет, если мы имеем следующую сумму?
1 + 1 =?
Мы не можем написать «2»! Если мы просуммируем «9» и «1», то можем написать:
9 + 1 = 10
Что произошло? Числа от «0» до «9» являются десятичными. Путем прибавления «1» к «9» получаем десяток, поэтому записываем «1», а затем «0». С двоичными числами происходит то же самое: путем добавления единицы к числу «1» у нас заканчиваются цифры для единиц, поэтому мы напишем:
1 + 1 = 10
Продолжим:
10 + 1 = 11
11 + 1 = 100
ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ считается простым не переходящим сумматором, так как он может суммировать два простых бита, теряя переход (он не знает, как его обозначить, так как имеет только один выход).
Некоторые чипы, содержащие вентили ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ: 74НС86 и 4030В.
Вентили И-НЕ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ
Для каждого логического вентиля также существует соответствующий ему «негативный» вариант. Вентиль ИЛИ-НЕ равнозначен вентилю ИЛИ, к которому подключен вентиль НЕ на выходе.
Рис. 8.11. Символы вентилей И-НЕ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ
Рис. 8.12. Как реализовать вентили ИЛИ-НЕ, И и ИЛИ, используя только вентиль И-НЕ
Помимо удобства (не приходится прибегать к использованию двух чипов, для изменения выхода логического вентиля), эти вентили являютсяособенными, потому что с помощью И-НЕ, в булевой логике можно реализовать любой другой тип вентиля. То же самое и в случае с ИЛИ-НЕ. Имея в наличии только один вентиль ИЛИ-НЕ и один И-НЕ, мы можем реализовать любой другой вентиль.
Некоторые чипы, содержащие вентили ИЛИ-НЕ: 74hc02, 74НС27, 4001В, 4002В. Для вентилей И-НЕ можно использовать: 74НС00, 74НС10, 74НС20, 4011В, 4012В, 4068В; для вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ: 4077В.
Буфер
Последний тип вентиля, который мы разберем, на первый взгляд покажется совершенно бесполезным. Этот тип вентиля называется буфер, его символ представляет собой простой треугольник, и его выход всегда равен сигналу на входе. Мы можем встретить его в чипе 74НС17, и он служит для регенерации сигнала или для запуска нагрузок, которые могут повредить логику схемы.
Буферы типа открытый коллектор, такие как в чипе 74LS17, оснащены транзисторами на выходе и могут обеспечить до 40 мА тока.
Таблица 8.5. Таблица истинности для буфера
Логические семейства
Существует два важных типа цифровых интегральных схем, называемые также логические семейства: ТТЛ и КМОП. Чипы семейства ТТЛ (транзисторно-транзисторной логики) используют биполярные транзисторы и требуют для своей работы напряжения 5 В. Чипы КМОП используют пары МОП-транзисторов (парные МОП-транзисторы) и могут питаться от напряжения 3,3 В. Основные два типа со временем дали разнообразные варианты, характеризующиеся различной скоростью, потребляемой мощностью и рабочим напряжением. Микросхема ТТЛ может быть распознана по начальным цифрам 74ХХ; такие микросхемы производились в 1960-х годах. Возможно, вы еще сможете встретить некоторые из них. Со временем эти микросхемы были заменены на более новые версии, такие как семейство 74LSxx, а также другие семейства, например 74Sxx, 74Fxx или 74ALSxx. Различия между семействами в технологии их производства, в присутствии или в отсутствии диодов Шоттки (S), в поглощении энергии (L) или в их скорости (F = Быстрый). В настоящее время чаще всего используются чипы ТТЛ семейства 74LSxx, которые относятся к типу «открытый коллектор» и ведут себя совершенно иначе, чем КМОП. Выходы этих микросхем предназначены для поглощения тока силой до 8 мА, когда они находятся в низком уровне, в то время как в высоком уровне они могут обеспечить очень малый ток (менее половины миллиампер). У нас нет никаких проблем, когда мы подключаем разные микросхемы друг к другу, но они могут появиться, если цифровые выходы должны управлять зарядами. Посмотрим на примере, как правильно подключить светодиод к выходу одного из этих чипов.
Рис. 8.13. Соединение светодиода с интегральной схемой типа открытый коллектор и со схемой КМОП. В схеме типа открытый коллектор светодиод включится, когда выход находится в низком уровне
Индикатор может загореться, даже если мы подсоединим его между выходом и землей, но правильным способом подключения является соединение светодиода между выходом и положительным напряжением питания. Таким образом, индикатор загорится, когда выход находится в низком уровне. Это не большая проблема, но, вероятно, это заставит нас пересмотреть логику нашей схемы.
Чтобы избежать нестабильности, неиспользуемые входы подключаются к положительному напряжению питания.
Все эти особенности осложняют использование этого семейства микросхем, но иногда у нас нет выбора, потому что некоторые чипы доступны только в этой технологии. Семейство чипов КМОП имеет обозначение, начинающееся с символов 40хх (вместо хх применяется пара чисел), существует также более новая версия 40ххВ. Некоторые чипы семейства 74хх используют технологию МОП, поэтому иногда возникает путаница, так, например, 74НС00 содержит МОП-транзистор! Наиболее широко используемыми чипами на сегодняшний день являются чипы серии НС. При использовании этих микросхем не забывайте всегда подключать все неиспользуемые входы к земле во избежание странного поведения цепи. Выходы микросхемы могут обеспечить ток силой около четырех миллиампер, когда они находятся в высоком уровне, или поглощать ток, когда находятся в низком уровне. Эти токи не очень высоки, их едва хватает для включения светодиодов, но их более чем достаточно для сопряжения вашей микросхемы с другими. При подключении нагрузки следует применить буфер или транзисторы.
