آی‌سی 74HC14 شش گیت NOT اشمیت تریگر پکیج DIP-14

آی‌سی 74HC14 یک مدار مجتمع منطقی شامل شش معکوس‌کننده مستقل با ورودی اشمیت تریگر است. هر گیت دارای یک ورودی و یک خروجی بوده و وضعیت منطقی سیگنال ورودی را معکوس می‌کند.

اگر ورودی هر گیت در وضعیت HIGH قرار گیرد، خروجی LOW می‌شود. با قرارگرفتن ورودی در وضعیت LOW نیز خروجی به سطح HIGH تغییر می‌کند.

تفاوت مهم 74HC14 با یک گیت NOT معمولی، وجود ورودی Schmitt Trigger است. این ورودی می‌تواند سیگنال‌هایی با لبه کند، نویز یا نوسان جزئی را دریافت کرده و به یک خروجی دیجیتال پایدار و مشخص تبدیل کند.

این قطعه طبق دیتاشیت رسمی شامل شش Inverter مستقل با ورودی اشمیت تریگر بوده و نسخه SN74HC14N در پکیج 14 پایه PDIP عرضه می‌شود.

جدول صحت گیت NOT

عملکرد هر گیت آی‌سی 74HC14 مطابق جدول زیر است:

رابطه منطقی خروجی:

Y = NOT A

به‌عبارت دیگر، خروجی هر گیت همیشه معکوس وضعیت منطقی ورودی آن است.

دارای 6 گیت مستقل NOT

آی‌سی 74HC14 دارای شش گیت مستقل است و هر گیت را می‌توان در قسمت متفاوتی از مدار استفاده کرد.

وجود شش معکوس‌کننده در یک پکیج باعث کاهش تعداد قطعات، ساده‌ترشدن سیم‌کشی و اشغال فضای کمتر روی برد می‌شود.

از گیت‌های داخلی می‌توان برای عملیات زیر استفاده کرد:

• معکوس‌کردن سیگنال منطقی
• پاک‌سازی ورودی‌های نویزی
• شکل‌دهی پالس
• حذف Bounce کلید
• تولید نوسان با شبکه RC
• ایجاد کلاک ساده
• بازیابی سیگنال دیجیتال
• ایجاد تأخیرهای ساده

ورودی Schmitt Trigger چیست؟

ورودی اشمیت تریگر دارای دو آستانه متفاوت برای تغییر وضعیت است:

• آستانه بالاتر هنگام افزایش ولتاژ ورودی
• آستانه پایین‌تر هنگام کاهش ولتاژ ورودی

اختلاف میان این دو آستانه با نام Hysteresis یا هیسترزیس شناخته می‌شود.

وجود هیسترزیس باعث می‌شود هنگامی که ولتاژ ورودی به‌آرامی تغییر می‌کند یا دارای نویز است، خروجی چندین مرتبه به‌صورت ناخواسته تغییر وضعیت ندهد.

ورودی‌های Schmitt Trigger در 74HC14 سیگنال‌های دارای تغییرات آهسته را به خروجی‌های دیجیتال با لبه‌های مشخص تبدیل می‌کنند.

حذف نویز و شکل‌دهی سیگنال

در مدارهای دیجیتال، سیگنال ورودی همیشه دارای شکل موج ایدئال نیست. طول زیاد سیم، نویز تغذیه، تداخل الکترومغناطیسی، سنسورها و مدارهای RC می‌توانند باعث ایجاد لبه‌های کند یا نوسان در محدوده آستانه شوند.

74HC14 می‌تواند چنین سیگنال‌هایی را دریافت کرده و یک خروجی دیجیتال پایدارتر ایجاد کند.

کاربردهای این قابلیت عبارت‌اند از:

• تبدیل سیگنال کند به پالس دیجیتال
• پاک‌سازی خروجی سنسورها
• کاهش اثر نویز ورودی
• شکل‌دهی سیگنال کلاک
• بازیابی پالس‌های ضعیف
• جلوگیری از تغییرات ناخواسته خروجی
• ایجاد رابط میان مدار آنالوگ و دیجیتال

مناسب برای Debounce کلیدها

کلیدها و شستی‌های مکانیکی هنگام فشرده یا رهاشدن ممکن است در مدت کوتاهی چندین بار قطع و وصل شوند. این پدیده Contact Bounce نام دارد.

اگر خروجی کلید مستقیماً به ورودی شمارنده یا میکروکنترلر متصل شود، ممکن است یک بار فشردن کلید به‌صورت چند فرمان ثبت شود.

با استفاده از یک شبکه مقاومت و خازن در کنار 74HC14 می‌توان تغییرات سریع ناشی از Bounce را فیلتر کرد. ورودی اشمیت تریگر سپس سیگنال فیلترشده را به یک خروجی منطقی پایدار تبدیل می‌کند.

Debounce کلید یکی از کاربردهای معرفی‌شده برای این آی‌سی در مستندات رسمی Texas Instruments است.

ساخت نوسان‌ساز RC

با اتصال یک مقاومت و خازن به یکی از گیت‌های 74HC14 می‌توان یک نوسان‌ساز ساده ایجاد کرد.

در این مدار، خازن به‌طور متناوب شارژ و دشارژ می‌شود. هنگامی که ولتاژ خازن از آستانه‌های ورودی Schmitt Trigger عبور کند، خروجی تغییر وضعیت داده و فرآیند شارژ یا دشارژ معکوس می‌شود.

این ساختار برای کاربردهای زیر مناسب است:

• تولید کلاک ساده
• ساخت فلاشر LED
• ایجاد صدای بوق
• تولید پالس آزمایشی
• راه‌اندازی شمارنده
• ساخت مدار تایمر ساده
• ایجاد سیگنال دوره‌ای

فرکانس چنین نوسان‌سازی به مقدار مقاومت، خازن، ولتاژ تغذیه و آستانه‌های واقعی آی‌سی وابسته است و برای کاربردهای دقیق، جایگزین کریستال یا اسیلاتور کالیبره‌شده نیست.

پکیج DIP-14

نسخه DIP این آی‌سی دارای 14 پایه و ساختار Through-Hole است. این پکیج برای نصب روی بردهای سوراخ‌دار و استفاده در نمونه‌سازی بسیار مناسب است.

مزایای پکیج DIP-14 عبارت‌اند از:

• قابلیت نصب روی بردبورد
• مناسب لحیم‌کاری دستی
• امکان نصب روی سوکت آی‌سی
• تعویض آسان در زمان تعمیر
• مناسب پروژه‌های آموزشی
• مناسب بردهای سوراخ‌دار
• شناسایی و تست آسان پایه‌ها
• مقاومت مکانیکی مناسب‌تر نسبت به بعضی پکیج‌های SMD

نسخه SN74HC14N شرکت Texas Instruments در پکیج PDIP چهارده‌پایه عرضه می‌شود.

ترتیب پایه‌های آی‌سی 74HC14

ترتیب پایه‌های متداول آی‌سی 74HC14 در پکیج DIP-14 به شرح زیر است:

• پایه 1: ورودی گیت اول، 1A
• پایه 2: خروجی گیت اول، 1Y
• پایه 3: ورودی گیت دوم، 2A
• پایه 4: خروجی گیت دوم، 2Y
• پایه 5: ورودی گیت سوم، 3A
• پایه 6: خروجی گیت سوم، 3Y
• پایه 7: زمین یا GND
• پایه 8: خروجی گیت چهارم، 4Y
• پایه 9: ورودی گیت چهارم، 4A
• پایه 10: خروجی گیت پنجم، 5Y
• پایه 11: ورودی گیت پنجم، 5A
• پایه 12: خروجی گیت ششم، 6Y
• پایه 13: ورودی گیت ششم، 6A
• پایه 14: تغذیه مثبت یا VCC

شیار یا نقطه روی بدنه آی‌سی برای تشخیص جهت نصب و موقعیت پایه شماره یک استفاده می‌شود.

پیش از طراحی یا مونتاژ نهایی، ترتیب پایه‌ها باید با دیتاشیت برند و شماره کامل قطعه تطبیق داده شود.

محدوده ولتاژ کاری

محدوده تغذیه نسخه‌های متداول 74HC14 بین 2 تا 6 ولت است. این ویژگی امکان استفاده از آی‌سی را در بسیاری از مدارهای منطقی 3.3 و 5 ولتی فراهم می‌کند.

بااین‌حال، سطح ولتاژ لازم برای تشخیص HIGH و LOW به مقدار ولتاژ تغذیه وابسته است.

هنگام اتصال یک میکروکنترلر 3.3 ولتی به آی‌سی تغذیه‌شده با 5 ولت، نباید فقط به مقدار اسمی ولتاژها اکتفا کرد. آستانه ورودی باید براساس دیتاشیت و شرایط مدار بررسی شود.

استفاده همراه با خازن بای‌پس

برای عملکرد پایدار آی‌سی توصیه می‌شود یک خازن سرامیکی 100 نانوفاراد بین پایه‌های VCC و GND قرار داده شود.

این خازن باید تا حد امکان نزدیک پایه‌های تغذیه آی‌سی نصب شود و مسیر اتصال آن کوتاه باشد.

خازن بای‌پس به کاهش نویز تغذیه و تأمین جریان لحظه‌ای هنگام تغییر وضعیت خروجی‌ها کمک می‌کند.

در مدارهای دارای چند آی‌سی دیجیتال بهتر است برای هر تراشه یک خازن بای‌پس مجزا در نظر گرفته شود.

ورودی‌های استفاده‌نشده

ورودی‌های CMOS نباید در حالت شناور رها شوند. ورودی شناور می‌تواند باعث تغییر تصادفی خروجی، افزایش مصرف جریان و حساسیت مدار به نویز شود.

ورودی گیت‌های استفاده‌نشده باید به یک سطح منطقی مشخص متصل شوند:

• اتصال به GND برای ایجاد LOW
• اتصال به VCC برای ایجاد HIGH

خروجی گیت‌های استفاده‌نشده را می‌توان بدون اتصال باقی گذاشت.

Texas Instruments نیز اتصال ورودی‌های استفاده‌نشده به یک سطح منطقی تعریف‌شده را توصیه می‌کند.

استفاده همراه با میکروکنترلر

آی‌سی 74HC14 را می‌توان همراه با بردها و کنترلرهای زیر استفاده کرد:

• Arduino
• AVR
• PIC
• STM32
• ESP32 و ESP8266
• Raspberry Pi Pico
• FPGA
• CPLD
• خانواده آی‌سی‌های منطقی 74HC

از این آی‌سی می‌توان میان سنسور یا کلید و ورودی میکروکنترلر برای شکل‌دهی سیگنال استفاده کرد.

74HC14 برای افزایش توان خروجی یا راه‌اندازی مستقیم موتور، رله، لامپ و بارهای پرمصرف طراحی نشده است. برای چنین کاربردهایی باید از ترانزیستور، ماسفت یا درایور مناسب استفاده شود.

کاربردهای آی‌سی 74HC14

• معکوس‌کردن سیگنال منطقی
• حذف نویز ورودی
• Debounce کلید و شستی
• شکل‌دهی پالس
• پاک‌سازی سیگنال سنسورها
• تبدیل لبه کند به دیجیتال
• ساخت نوسان‌ساز RC
• تولید کلاک ساده
• ساخت فلاشر LED
• تولید بوق
• راه‌اندازی شمارنده
• بازیابی سیگنال دیجیتال
• ساخت مدارهای هشدار
• رابط ورودی میکروکنترلر
• پروژه‌های آردوینو
• تجهیزات کنترلی
• مدارهای رباتیک
• سیستم‌های اتوماسیون
• پروژه‌های آموزشی
• تعمیر بردهای الکترونیکی

ویژگی‌های آی‌سی 74HC14

• دارای 6 گیت مستقل NOT
• مجهز به ورودی Schmitt Trigger
• فناوری CMOS پرسرعت
• محدوده تغذیه 2 تا 6 ولت
• مصرف توان پایین
• ایمنی مناسب در برابر نویز
• مناسب سیگنال‌های دارای لبه کند
• قابل استفاده برای Debounce کلید
• مناسب ساخت نوسان‌ساز RC
• دارای 14 پایه
• پکیج DIP-14
• مناسب نصب روی بردبورد
• قابل نصب روی سوکت آی‌سی
• مناسب لحیم‌کاری دستی
• قابل استفاده در مدارهای 3.3 و 5 ولتی با رعایت دیتاشیت
• مناسب پروژه‌های آموزشی و صنعتی

مشخصات فنی محصول

• شماره قطعه: 74HC14
• نوع مدار منطقی: Hex Inverting Schmitt Trigger
• نوع گیت: NOT یا Inverter
• تعداد گیت داخلی: 6 عدد
• تعداد ورودی هر گیت: یک عدد
• تعداد خروجی هر گیت: یک عدد
• نوع ورودی: Schmitt Trigger
• هیسترزیس ورودی: دارد
• تعداد پایه: 14
• نوع نصب: Through-Hole
• نوع پکیج: DIP-14 یا PDIP-14
• خانواده منطقی: HC CMOS
• محدوده تغذیه رایج: 2 تا 6 ولت
• تابع منطقی: معکوس‌کردن ورودی
• پلاریته نصب: دارد
• قابلیت نصب روی سوکت: دارد
• جریان خروجی: مطابق دیتاشیت سازنده
• دمای کاری: وابسته به برند و سری تولید
• روش مونتاژ: لحیم‌کاری پایه‌دار

نکات مهم پیش از خرید و استفاده

• 74HC14 شامل شش گیت NOT اشمیت تریگر است.
• پکیج محصول باید DIP-14 باشد.
• جهت شیار یا علامت پایه شماره یک هنگام نصب رعایت شود.
• ورودی‌های استفاده‌نشده در حالت شناور باقی نمانند.
• یک خازن بای‌پس نزدیک پایه‌های تغذیه نصب شود.
• محدوده تغذیه 2 تا 6 ولت رعایت شود.
• سطح منطقی ورودی با ولتاژ تغذیه سازگار باشد.
• 74HC14 و 74HCT14 بدون بررسی دیتاشیت جایگزین نشوند.
• 74HC14 با 74HC04 از نظر ورودی Schmitt Trigger تفاوت دارد.
• خروجی آی‌سی به بارهای پرمصرف متصل نشود.
• حداکثر جریان خروجی مطابق دیتاشیت رعایت شود.
• برای تعویض قطعه، شماره کامل و برند سازنده بررسی شود.