Сегодня я собираюсь показать вам, как физически реализовать один из самых фундаментальных логических вентилей: вентиль И.
Любой, кто посещал занятия по компьютерным системам, вероятно, видел этот символ.
Я не собираюсь тратить время на объяснение булевой логики вентиля И, поскольку ваш профессор, вероятно, уже много раз рассказывал об этом. Однако ваш профессор, вероятно, забыл упомянуть одну вещь: символы логических вентилей — это просто абстракция реальных физических схем, которые реализуются.
На самом деле существует множество физических реализаций схемной логики, которые можно использовать для построения вентиля И. Но мы собираемся рассмотреть одну конкретную реализацию, которая называется Транзисторно-транзисторная логика (TTL). Мы не собираемся проектировать электрические цепи на схеме. Этот уровень детализации принадлежит инженерам-электрикам. Лучше использовать так называемую интегральную схему (ИС), которая объединяет все эти транзисторы, резисторы и диоды в хорошо протестированный небольшой чип. Итак, давайте найдем чип…
Серия 7400 — это семейство логических микросхем, созданных Texas Instruments и использующих TTL. Представленные в 1964 году, они старые, но невероятно надежные и широко используются для интеграций малого и среднего масштаба.
Мы собираемся использовать 74LS08. Это микросхема с 4 вентилями И, каждый из которых имеет 2 входа, но мы будем использовать только 1 вентиль. При работе с физическими чипами хорошей практикой является сначала открыть даташит.
В техпаспорте вы найдете схему подключения с символами вентиля И. Мы поместим нашу микросхему на макетную плату. Во-первых, мы начнем с подключения нашего чипа к питанию (контакт 14) и к земле (контакт 7).
Но какая мощность нужна нашему чипу? В таблице данных при рекомендуемых условиях эксплуатации найдите VCC.
В нем говорится, что нам нужно минимум 4,75 вольта, и мы не должны превышать максимум 5,25 вольта. Итак, нам нужно подключить 5 вольт питания к шине питания.
Далее нам нужно подключить наши 2 входа из таблицы, A3 (контакт 9) и B3 (контакт 10). Теперь мы знаем, что вентилю И нужно как минимум 2 высоких входа, чтобы получить высокий выход.
В техническом описании найдите VIH, это означает высокий входной сигнал в худшем случае, и в нем говорится, что нам нужно минимум 2 вольта. Это означает, что мы можем уменьшить наши входные напряжения (A3, B3) до 2 вольт, и это все равно останется высоким входом для микросхемы.
При этом мы можем подключить наши входы напрямую к 5 вольтам, и чип примет это как высокий вход. И бум! Мы успешно настроили наш вентиль AND. Схемы, содержащиеся внутри чипа, будут обрабатывать логику И и создавать выходной сигнал на Y1 (вывод 8). К сожалению, сейчас мы не можем видеть какой-либо визуальный вывод, поэтому давайте подключим светодиод.
Убедитесь, что анод светодиода совпадает с рядом Y1 (контакт 3). Затем подключите резистор 220 кОм к земле и выровняйте его с катодом. Если все подключено правильно, то должен загореться светодиод. Давайте посмотрим, как наши ворота работают в действии. Удалите соединение между A3 и питанием; вы увидите, как светодиод погаснет. Виола, мы подтвердили, что наши ворота И работают!
Поздравляем, вы успешно реализовали логический элемент И, используя единственную логическую микросхему. Сейчас мы реализовали только 1 логический вентиль, но хорошее понимание логических микросхем TTL позволит вам с большей легкостью понять другие логические семейства и технологии. В следующем уроке я научу вас, как построить более сложную схему с большим количеством типов логических микросхем. В дополнение к освещению важных тем, таких как рассеивание мощности и задержка распространения.
