74LS00: Функции, приложения, особенности и техническое описание

Как одна из наиболее представительных интегральных схем вСерия 74LS, 74LS00, с его основной конструкцией четырехканальных вентилей И-НЕ с 2 входами, стал фундаментальным компонентом в области цифровой электроники. В данной статье будет всесторонне проанализирован этот классический чип.

74LS00+спецификация

74LS00 Обзор

74LS00 — это широко используемая интегральная схема TTL (транзисторно-транзисторная логика).который работает как четырехвходовой вентиль NAND с двумя входами. Это означает, что он содержит четыре независимых вентиля И-НЕ, каждый из которых имеет два входных контакта и один выходной контакт. Каждый вентиль И-НЕ в 74LS00 выполняет логическую операцию «И-НЕ»: на выходе низкий уровень (логический 0).только когда оба его входа имеют высокий уровень (логическая 1); во всех остальных случаях (когда хотя бы на одном входе низкий уровень), на выходе высокий уровень (логическая 1). Будучи фундаментальным строительным блоком логики, он необходим для создания более сложных цифровых схем, таких как счетчики, триггеры и энкодеры, а также для поиска приложений в различных цифровых системах, промышленных средствах управления и электронных устройствах.

74LS00 Распиновка

Технические характеристики 74LS00

Особенности 74LS00

Являясь классическим маломощным логическим чипом Шоттки TTL, 74LS00сочетает в себе производительность, надежность и гибкость. Вот систематическое изложение его основных технических характеристик:

Конструкция четырех независимых каналов:Содержит четыре полностью независимых вентиля И-НЕ с двумя входами, каждый из которых способен обрабатывать логические сигналы независимо, поддерживая одновременную реализацию четырехканальных логических функций (таких как логические операции, буферизация сигналов).
Совместимость со стандартными контактами:Применяется 14-контактный корпус Dual In-line (DIP) или для поверхностного монтажа (SOIC/SOP) с расположением контактов, соответствующим стандартам TTL (например, VCC подключен к контакту 14, GND к контакту 7), что облегчает прямое каскадирование с другими чипами TTL.
Двухтактная структура вывода:Выходной каскад имеет двухтактную конструкцию, обеспечивающую высокую мощность управления, способную выдавать высокие уровни напряжения (VOH ≥ 2,4 В) и поглощать большие токи (максимум IOL 8 мА), что подходит для прямого управления нагрузками, такими как светодиоды и реле.

Широкий диапазон напряжения питания:Типичное рабочее напряжение составляет 5 В с допустимым диапазоном колебаний 4,75–5,25 В и предельным значением 7 В, что позволяет адаптировать его к различным условиям электропитания.
Совместимость по уровню TTL:Входной порог высокого уровня (VIH) ≥ 2 В, порог низкого уровня (VIL) ≤ 0,8 В, строго в соответствии со стандартами TTL; он также поддерживает прямой доступ к логическим сигналам 3,3 В или 2,5 В (требуется внешнее преобразование уровня).
Среднескоростная логическая производительность:Типичная задержка распространения (tpd) составляет 9–10 нс с максимальной скоростью передачи данных 35 Мбит/с, балансируя скорость и энергопотребление, что подходит для большинства сценариев цифровых каналов со средней скоростью.
Маломощная конструкция:Статическое энергопотребление составляет всего 9 мВт (типовое значение), что намного ниже, чем у более ранних чипов 74-й серии (например, 7400 — 40 мВт), что подходит для устройств с длительным сроком службы.

Высокий ток стока:Максимальный выходной ток низкого уровня (IOL) составляет 8 мА, что позволяет напрямую управлять 10 нагрузками LS-TTL или небольшими периферийными устройствами (например, светодиодными матрицами) без дополнительных буферов.
Преимущества двухтактного выхода:Выходной каскад имеет двухтактную структуру, которая может быстро повышать уровень (VOH ≥ 2,4 В) и эффективно поглощать ток, снижая риск искажения сигнала, что особенно подходит для управления емкостными нагрузками.

Защита от электростатического разряда:Встроенная схема защиты от электростатического разряда (ESD), способная выдерживать электростатические удары модели человеческого тела напряжением 3,5 кВ, повышая стабильность при долгосрочном использовании.
Антишумовые возможности:На входе используется структура триггера Шмитта с высокими запасами по шуму (запас по шуму высокого уровня VNH ≥ 0,4 В, VNL низкого уровня ≥ 0,4 В), что эффективно подавляет помехи сигнала.
Механизм защиты входа:Неиспользуемые входные контакты рекомендуется подключить к VCC через резистор 1 кОм или напрямую заземлить, чтобы избежать ложного срабатывания, вызванного плавающим напряжением, и обеспечить логическую стабильность.

Коммерческий класс (74LS00):Диапазон рабочих температур составляет 0–70°C, подходит для обычных сценариев, таких как бытовая электроника и промышленное управление.
Военный класс (54LS00):Расширяется до -55–125°C, удовлетворяя потребности в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическая промышленность и транспортные средства.
Стабильность хранения:Диапазон температур хранения составляет -65–150°C, что не влияет на производительность при длительном хранении.

74LS00 Приложения

Основные логические операции:В комбинационных логических схемах он не только используется для простых решений «И-НЕ» (таких как «запуск действий, когда два условия не выполняются одновременно»), но также служит основным устройством для инверсии сигнала. Например, он выполняет логическую инверсию сигналов управления на шинах данных для переключения между инструкциями чтения и записи.
Универсальное преобразование ворот:Согласно законам Де Моргана, замыкание двух входов может напрямую функционировать как вентиль НЕ (инверсия с одним входом); объединение вентиля НЕ с вентилем И-НЕ образует вентиль И (устраняя инвертирующую характеристику И-НЕ); передача входных данных через вентили НЕ перед подключением к вентилю И-НЕ приводит к созданию вентиля ИЛИ. Такая гибкость позволяет заменять несколько выделенных микросхем затворов, снижая сложность конструкции схемы.
Запоминающие и последовательные схемы:Триггеры SR, образованные путем перекрестного соединения двух вентилей И-НЕ, могут реализовывать функции «установки-сброса» (например, фиксацию состояния, запускаемую кнопками); при расширении до D-триггеров они могут синхронно хранить данные под управлением тактового сигнала, выступая в качестве основных компонентов регистров, сдвиговых регистров и счетчиков (например, межбитовых логических соединений в 4-битных двоичных счетчиках).
Арифметические схемы: In полусумматоры, вентили И-НЕ реализуют операции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» (сумма) и «И» (перенос); полные сумматоры управляют распространением переноса через каскадные вентили И-НЕ, широко используемые в качестве дополнительных модулей простых калькуляторов; в сочетании с инвертирующей логикой они могут реализовать двоичное вычитание (преобразованное в сложение с помощью арифметики с дополнением до двух), подходящее для числовой обработки в небольших цифровых инструментах.
Промышленный контроль и обработка сигналов. В схемах привода двигателя вентили NAND оценивают сценарии с несколькими условиями, такие как «сигнал аварийной остановки не срабатывает + действующий сигнал запуска», чтобы обеспечить безопасный запуск; в последовательных схемах их характеристики быстрого переключения используются для формирования выходных импульсных сигналов датчика (устранение сбоев) или обнаружения нарастающих/спадающих фронтов тактовых сигналов, достижения точной временной синхронизации (например, управления моментами запуска при сборе данных).
Образовательные сценарии и сценарии «Сделай сам»:В электронных экспериментах его часто используют для демонстрации основных концепций, таких как проверка таблицы истинности логических элементов и принципы фиксации триггера; в проектах DIY он может создавать «схемы разблокировки с двумя кнопками» (разблокировка только при нажатии обеих кнопок) и «лампы двойного состояния с управлением светом и звуком» (загораются, когда темно и есть звук), обеспечивая логическое управление без программирования.
Высокочастотные и интерфейсные приложения:Опираясь на задержку распространения TTL на наносекундном уровне (обычно 10 нс), он подходит для периферийных интерфейсов ранних компьютеров (например, декодирование сигналов строк-столбцов в схемах сканирования клавиатуры) и обработки модулирующих сигналов при связи на коротких расстояниях (например, простая логическая проверка в протоколах UART); его двухтактный выход может управлять 10 стандартными TTL-нагрузками, обеспечивая прямое подключение к периферийным устройствам, таким как светодиоды и реле, что упрощает конструкцию интерфейсного привода.

Преимущества 74LS00

74LS00предлагает несколько ключевых преимуществ, которые укрепляют его роль в качестве основополагающего компонента цифровой электроники:

Универсальная логическая гибкость: Это четырехвходовой вентиль И-НЕ с двумя входами, который представляет собой «универсальный вентиль», который легко переконфигурируется в НЕ, И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и другие логические вентили посредством простой проводки (с использованием законов Де Моргана). Это устраняет необходимость в использовании нескольких специализированных микросхем, упрощая проектирование схемы и уменьшая количество компонентов.

Сильная TTL-совместимость: Работая от стандартного источника питания +5 В и строго соблюдая стандарты напряжения TTL (уровни ввода/вывода), он легко интегрируется с другими устройствами TTL. Совместимость по принципу «подключи и работай» делает его надежным выбором в смешанных TTL-системах.

Сбалансированная производительность: конструкция Шоттки (LS) с низким энергопотреблением обеспечивает баланс между скоростью и эффективностью. Благодаря типичной задержке распространения ~10 нс он поддерживает приложения со средней и высокой скоростью, а его статическое энергопотребление (~9 мВт) значительно ниже, чем у более ранних вариантов серии 74 (например, 7400 при 40 мВт), что делает его энергоэффективным для устройств с длительным сроком службы.

Надежные возможности вождения: Оснащенный двухтактным выходным каскадом, он может напрямую управлять до 10 стандартными TTL-нагрузками, что позволяет избежать необходимости использования дополнительных буферных схем. Это упрощает взаимодействие с периферийными устройствами, такими как светодиоды, реле или другие логические микросхемы.

Практическая доступность и экономическая эффективность: широко доступен в 14-контактных DIP-корпусах (идеально подходит для макетирования макетов) и корпусах для поверхностного монтажа, он недорог и легко доставляется. Эта доступность делает его основным продуктом в образовательных лабораториях, хобби-проектах и ​​мелкосерийном производстве.

Надежность: Встроенная защита от электростатического разряда (выдерживает разряды 3,5 кВ на модели человеческого тела) и приличный запас по шуму (≥0,4 В как для высокого, так и для низкого уровня) повышают стабильность в шумной среде. Варианты коммерческого класса надежно работают при температуре 0–70°C, а варианты военного класса (54LS00) — до -55–125°C для суровых условий.

Как использовать 74LS00？

Чтобы использовать74LS00(микросхема с четырьмя входами и двумя входами в семействе TTL), выполните следующие действия для настройки, базового тестирования и практического применения:

1. Настройка оборудования: питание и распиновка.

Для 74LS00 требуетсяИсточник питания +5 В постоянного тока(стандарт TTL) и правильное подключение контактов.

Шаг 1: Подключение питания:

Подключите контакт 14 (Вкк) до +5 В.

Подключите контакт 7 (Земля) к земле цепи.

• Стр. 2: Распиновка для 4 независимых вентилей NAND:
  Микросхема содержит 4 отдельных вентиля И-НЕ с 2 входами. Каждый вентиль имеет 2 входа и 1 выход:

  Номер ворот	Вход А	Вход Б	Выход Y
  1	Контакт 1	Контакт 2	Контакт 3
  2	Контакт 4	Контакт 5	Контакт 6
  3	Контакт 9	Контакт 10	Контакт 8
  4	Контакт 12	Контакт 13	Контакт 11

2. Базовое тестирование: проверка логики NAND.

Основное правило вентиля И-НЕ: выход НИЗКИЙ (0 В).только если оба входа ВЫСОКИЕ (5 В); в противном случае выходной сигнал ВЫСОКИЙ (5 В).

Шаг 1. Создайте тестовую схему

Для одного вентиля (например, Gate 1, контакты 1, 2, 3):

• Подключите входные контакты 1 и 2 кисточники логики(например, тумблеры, подключенные к +5 В/GND, или направляющие макетной платы).
• Подключите выходной контакт 3 киндикатор(например, светодиод последовательно соединен с резистором 220 Ом к земле; светодиод загорается, когда выходной сигнал ВЫСОКИЙ).

Шаг 2. Проверьте все входные комбинации

Проверьте, соответствует ли вывод таблице истинности NAND:

3. Расширенное использование: преобразование в другие логические элементы.

Вентиляторы И-НЕ «универсальны» — они могут имитировать любой логический вентиль с помощью простой проводки:

Пример 1: НЕ вентиль (инвертор)

Вентиль НЕ инвертирует свой вход:

• Электропроводка: Закоротите два входа логического элемента И-НЕ (например, соедините контакт 1 с контактом 2 вентиля 1).
• Логика:.

Пример 2: И-вентиль

Логический элемент И выдает ВЫСОКИЙ уровень только в том случае, если оба входа имеют ВЫСОКИЙ уровень.:

Электропроводка:

Используйте ворота 1 как логический элемент И-НЕ..

Используйте вентиль 2 в качестве вентиля НЕ (замкните его входы), чтобы инвертировать выход вентиля 1.

Подключите выход Gate 1 (контакт 3) к входам Gate 2 (контакты 4 и 5).

Логика:.

Пример 3: Вентиль ИЛИ

Логический элемент ИЛИ выдает ВЫСОКИЙ уровень, если хотя бы один вход имеет ВЫСОКИЙ уровень.:

Электропроводка(используя закон Де Моргана::

Используйте два вентиля И-НЕ в качестве вентилей НЕ (замкните их входы), чтобы создать.

Соединятьна входы третьего вентиля И-НЕ.

Результат: Выход третьего вентиля равен A + B.

Ключевые меры предосторожности

Пределы напряжения: Никогда не превышайте +7 В вкл.Вкк; входы должны оставаться в пределах уровней TTL (НИЗКИЙ: 0–0,8 В; ВЫСОКИЙ: 2–5 В).

Развязка: Добавьте конденсатор 0,1 мкФ междуВкки GND для уменьшения шума мощности.

Защита от ЭСР: Обращайтесь с микросхемой осторожно, чтобы избежать электростатического повреждения.

Нагрузки: Каждый выход может управлять до 10 TTL-нагрузками. Для более тяжелых нагрузок (например, реле) используйте буфер.

74LS00 Альтернатива

SN54LS00: версия военного уровня, она полностью функционально совместима с 74LS00 (четырехканальный логический элемент NAND с двумя входами), но имеет более широкий диапазон рабочих температур (от -55°C до 125°C) и более высокую надежность, что делает ее подходящей для экстремальных условий.
СН7400: ранняя стандартная модель TTL в серии 74. Это также четырехвходовой вентиль И-НЕ с двумя входами, но в нем используется процесс, отличный от Шоттки. Он имеет более высокое энергопотребление, чем серия LS, и немного более медленную скорость переключения, но при этом совместим с базовыми уровнями напряжения TTL.
CD4011: Четырехвходовой вентиль NAND с двумя входами на основе технологии CMOS (часть серии 4000). Он имеет более широкий диапазон рабочих напряжений (обычно 3–18 В) и чрезвычайно низкое энергопотребление, но скорость переключения у него медленнее, чем у ТТЛ. Он подходит для сценариев с низким энергопотреблением и имеет ту же логическую функцию, что и 74LS00.
74LS08: Относится к серии 74LS и функционирует как четырехвходовой вентиль И (не вентиль И-НЕ) с другой логической операцией — он выводит высокий уровень только тогда, когда оба входа имеют высокий уровень. Следует обратить внимание на это функциональное различие.
74LS00CH/DC/J/N/NA/PC/W: все они являются производными моделями 74LS00 с одной и той же основной функцией (четырехканальный логический элемент NAND с двумя входами). Различия в основном заключаются в типах упаковки (например, DIP, SMD), маркировке производителя или классах качества. Их электрические параметры совместимы с 74LS00, что обеспечивает прямую взаимозаменяемость.
901521-01/AMX3550/C74LS00P/DM74LS00N и т. д.: большинство из них являются эквивалентными моделями, произведенными различными производителями (например, Texas Instruments, Hitachi, Toshiba и т. д.). Они полностью функционально совместимы с 74LS00 (четырехканальный логический элемент И-НЕ с двумя входами), с совместимыми конфигурациями контактов и электрическими характеристиками. Они различаются только в соответствии с соглашениями производителей об именах и могут быть напрямую заменены при использовании.

74LS00 против 74HC00

74HC00 и74LS00Обе микросхемы имеют четыре основных вентиля И-НЕ, которые имеют основополагающее значение в цифровой электронике. Ключевое различие заключается в их скоростных характеристиках: 74HC00 — высокоскоростной, а 74LS00 — низкоскоростной.

Вот некоторые другие различия между двумя микросхемами:

Семейство HC было разработано, чтобы соответствовать скорости LS, потребляя при этом меньше энергии, что достигается за счет технологии CMOS.

74LS00 Размер упаковки

74LS00 Производитель

Какклассический маломощный логический чип Шоттки TTL 74LS00имеет диверсифицированную сеть производителей, включающую множество полупроводниковых гигантов из Европы, Америки и Японии.
Фэйрчайлд Полупроводникявляется пионером этого чипа. Когда в 1970-х годах впервые была выпущена серия 74LS, 74LS00 стал краеугольным камнем цифровых схем благодаря своему минималистичному дизайну из четырех двухвходовых вентилей И-НЕ. Его корпус DIP-14 и двухтактная структура вывода устанавливают отраслевые стандарты.
Внимательно следя,Техас Инструментс (ТИ)укрепила свое лидерство на рынке с серией SN74LS00. Используя стабильное управление технологическими процессами и линейку продуктов военного уровня (54LS00), компания расширила возможности применения в аэрокосмической и промышленной областях.Национальный полупроводниксфокусирован на гражданском рынке со своей серией DM74LS00, уделяя особое внимание популяризации бытовой электроники и образовательных сценариев.
Японские производителиХитачииРенесасвышла на рынок Азиатско-Тихоокеанского региона с серией HD74LS00, предлагающей версии корпуса SMD для удовлетворения потребностей в миниатюризации.ОН Полупроводникпродолжила производственную линию Motorola, выполняя заказы малых и средних партий с высокой себестоимостью.
Примечательно, что все производители строго придерживаются 14-контактного TTL-стандарта, что обеспечивает прямую взаимозаменяемость 74LS00 разных марок. Эта открытая экосистема обеспечивает ее непрерывное применение уже более полувека. Сегодня, хотя TI и ON Semiconductor остаются основными поставщиками, техническое наследие Fairchild как пионера навсегда запечатлено в генах этого «универсального строительного блока цифровых схем».

Заключение

Таким образом, благодаря стабильной логической функции вентиля NAND, электрическим характеристикам, совместимым с уровнями TTL, и широкой адаптируемости к сценариям,74LS00стал незаменимым базовым компонентом в проектировании цифровых схем.

Если вам необходимо получить самую свежую информацию о ценах и цепочке поставок для этой серии чипов, пожалуйста, свяжитесь с нами в любое время, и мы предоставим вам профессиональную техническую поддержку и услуги по закупкам.

74LS00 Технический паспорт

74LS00 Техническое описание.PDF