آی‌سی 74HC14 SMD شش گیت NOT اشمیت تریگر پکیج SO-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 ورودی را معکوس می‌کند.

اگر ورودی در سطح منطقی HIGH قرار داشته باشد، خروجی LOW می‌شود. با قرارگرفتن ورودی در سطح LOW نیز خروجی به وضعیت HIGH تغییر می‌کند.

تفاوت مهم 74HC14 با یک گیت NOT معمولی، وجود ساختار Schmitt Trigger در ورودی‌ها است. این ساختار باعث می‌شود آی‌سی بتواند سیگنال‌های دارای لبه کند، نویزدار یا ناپایدار را با اطمینان بیشتری به سیگنال دیجیتال تبدیل کند.

جدول صحت گیت NOT

عملکرد هر گیت آی‌سی 74HC14 مطابق جدول زیر است:

رابطه منطقی خروجی:

Y = NOT A

دارای 6 گیت مستقل

آی‌سی 74HC14 دارای شش گیت NOT مستقل است. هر گیت را می‌توان به‌صورت جداگانه در بخش متفاوتی از مدار استفاده کرد.

وجود شش معکوس‌کننده در یک پکیج، تعداد قطعات موردنیاز و فضای اشغال‌شده روی PCB را کاهش می‌دهد. این گیت‌ها می‌توانند برای شکل‌دهی ورودی کلید، معکوس‌کردن سیگنال، ساخت نوسان‌ساز یا پاک‌سازی سیگنال‌های دیجیتال استفاده شوند.

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

فاصله میان این دو آستانه با نام Hysteresis شناخته می‌شود. وجود هیسترزیس مانع تغییرات متعدد خروجی در هنگام عبور آهسته یا نویزی سیگنال از محدوده آستانه منطقی می‌شود.

این ویژگی برای ورودی‌هایی مانند کلید مکانیکی، سنسور آنالوگ، شبکه RC و سیگنال‌هایی که لبه تیز ندارند، بسیار کاربردی است. سازندگان این قطعه تأکید می‌کنند که ورودی‌های Schmitt Trigger سیگنال‌های کند را به خروجی‌های مشخص و بدون نوسان ناخواسته تبدیل می‌کنند.

حذف نویز و شکل‌دهی سیگنال

در مدارهای دیجیتال، سیگنال ورودی ممکن است بر اثر طول سیم، نویز منبع تغذیه، تداخل الکترومغناطیسی یا تغییر آهسته ولتاژ، شکل مناسبی نداشته باشد.

74HC14 می‌تواند چنین ورودی‌هایی را دریافت کرده و یک سیگنال معکوس‌شده با لبه‌های واضح‌تر تولید کند. از این ویژگی برای موارد زیر استفاده می‌شود:

• پاک‌سازی سیگنال‌های نویزی
• تبدیل لبه کند به لبه دیجیتال مشخص
• بازیابی سیگنال منطقی
• افزایش پایداری ورودی مدار
• جلوگیری از چندبار تغییر وضعیت خروجی
• شکل‌دهی پالس‌های ورودی

مناسب Debounce کلیدهای مکانیکی

کلیدها و شستی‌های مکانیکی هنگام فشرده یا رهاشدن ممکن است در مدت کوتاهی چند بار قطع و وصل شوند. این پدیده Contact Bounce نام دارد و می‌تواند باعث ثبت چند فرمان به‌جای یک فرمان شود.

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

این روش برای ورودی‌های زیر کاربرد دارد:

• شستی‌های فشاری
• کلیدهای مکانیکی
• میکروسوئیچ
• سنسورهای کنتاکتی
• کلیدهای پنل کنترلی
• ورودی شمارنده‌ها

شرکت Texas Instruments نیز Debounce کلید را یکی از کاربردهای مستقیم این خانواده معرفی می‌کند.

ساخت نوسان‌ساز با 74HC14

با اتصال یک مقاومت و خازن به ورودی یکی از گیت‌ها می‌توان یک نوسان‌ساز RC ساده ایجاد کرد.

در این مدار، خازن به‌صورت متناوب شارژ و دشارژ می‌شود. هنگامی که ولتاژ آن به آستانه‌های اشمیت تریگر برسد، خروجی گیت تغییر وضعیت می‌دهد و یک سیگنال تناوبی تولید می‌شود.

از این ساختار می‌توان برای کاربردهای زیر استفاده کرد:

• ساخت مولد کلاک ساده
• فلاشر LED
• تولید بوق
• ایجاد پالس آزمایشی
• راه‌اندازی شمارنده
• تولید سیگنال با فرکانس پایین

فرکانس نوسان به مقدار مقاومت، خازن، ولتاژ تغذیه و آستانه‌های واقعی قطعه بستگی دارد؛ بنابراین برای کاربردهای دقیق باید از اسیلاتور یا منبع کلاک تخصصی استفاده شود.

پکیج SMD مدل SO-14

نسخه SMD این محصول در پکیج SO-14 یا SOIC-14 عرضه می‌شود. این پکیج دارای 14 پایه است و برای مونتاژ سطحی روی برد مدار چاپی طراحی شده است.

مزایای پکیج SO-14 عبارت‌اند از:

• اشغال فضای کمتر نسبت به DIP-14
• مناسب تولید بردهای فشرده
• سازگار با مونتاژ Pick and Place
• مناسب لحیم‌کاری Reflow
• قابلیت مونتاژ دستی با هویه یا هیتر
• مناسب تجهیزات صنعتی و مصرفی

ابعاد دقیق بدنه و فاصله پایه‌ها باید براساس پسوند کامل قطعه و دیتاشیت سازنده بررسی شود؛ زیرا نام‌های SO-14، SOIC-14 و TSSOP-14 نباید به‌جای یکدیگر استفاده شوند.

ترتیب پایه‌های آی‌سی 74HC14

پین‌آوت رایج 74HC14 در پکیج 14 پایه به‌صورت 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، 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، VCC

پیش از طراحی یا مونتاژ نهایی، پین‌آوت باید با دیتاشیت برند و پسوند دقیق قطعه تطبیق داده شود.

محدوده ولتاژ کاری

نسخه‌های متداول 74HC14 دارای محدوده تغذیه 2 تا 6 ولت هستند و در بسیاری از مدارهای 3.3 و 5 ولتی استفاده می‌شوند.

بااین‌حال، سطح آستانه HIGH و LOW ورودی به ولتاژ تغذیه وابسته است. بنابراین هنگام اتصال خروجی یک میکروکنترلر 3.3 ولتی به 74HC14 تغذیه‌شده با 5 ولت، سازگاری سطح منطقی باید براساس دیتاشیت بررسی شود.

برای اتصال مستقیم سیگنال‌های TTL پنج‌ولتی، ممکن است نسخه 74HCT14 انتخاب مناسب‌تری باشد؛ اما HC و HCT نباید بدون بررسی شرایط مدار جایگزین یکدیگر شوند.

استفاده از خازن بای‌پس

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

این خازن باید تا حد امکان نزدیک آی‌سی قرار گیرد و مسیرهای اتصال آن کوتاه باشند. خازن بای‌پس جریان لحظه‌ای موردنیاز هنگام سوئیچینگ را تأمین کرده و نویز تغذیه را کاهش می‌دهد.

در مدارهای دارای چند آی‌سی دیجیتال، بهتر است برای هر تراشه یک خازن بای‌پس مجزا در نظر گرفته شود. راهنمای چیدمان TI نیز قرارگیری خازن 0.1 میکروفاراد نزدیک پایه‌های تغذیه را توصیه می‌کند.

ورودی‌های استفاده‌نشده

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

ورودی گیت‌های بدون استفاده باید به یکی از سطوح منطقی مشخص متصل شوند:

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

خروجی گیت‌های بدون استفاده را می‌توان بدون اتصال باقی گذاشت. این توصیه در مستندات رسمی TI نیز ذکر شده است.

کاربردهای آی‌سی 74HC14

این آی‌سی در مدارهای دیجیتال مختلف استفاده می‌شود، از جمله:

• معکوس‌کردن سیگنال منطقی
• حذف نویز ورودی
• Debounce کلید و شستی
• شکل‌دهی پالس
• تبدیل سیگنال کند به دیجیتال
• ساخت اسیلاتور RC
• تولید کلاک ساده
• ساخت فلاشر LED
• بازیابی سیگنال
• رابط سنسورهای دیجیتال
• مدارهای شمارنده
• تجهیزات کنترلی
• پروژه‌های میکروکنترلری
• مدارهای رباتیک
• تجهیزات آزمایشگاهی
• تعمیر بردهای الکترونیکی
• سیستم‌های اتوماسیون
• مدارهای هشدار

استفاده همراه با میکروکنترلر

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

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

در این کاربردها باید ولتاژ تغذیه، سطح ورودی و خروجی، جریان مجاز و سرعت سیگنال با مشخصات میکروکنترلر سازگار باشند.

این آی‌سی برای افزایش توان خروجی یا راه‌اندازی مستقیم موتور، رله و بار پرمصرف طراحی نشده است. برای چنین بارهایی باید از ترانزیستور، ماسفت یا درایور مناسب استفاده شود.

ویژگی‌های آی‌سی 74HC14

• شامل 6 گیت مستقل NOT
• دارای ورودی Schmitt Trigger
• فناوری CMOS پرسرعت
• محدوده تغذیه متداول 2 تا 6 ولت
• مصرف توان پایین
• ایمنی مناسب در برابر نویز
• مناسب سیگنال‌های دارای لبه کند
• مناسب حذف Bounce کلید
• مناسب ساخت نوسان‌ساز RC
• دارای 14 پایه
• پکیج نصب سطحی SO-14
• مناسب مونتاژ ماشینی و دستی
• قابل استفاده در مدارهای 3.3 و 5 ولتی با رعایت دیتاشیت
• مناسب تجهیزات دیجیتال و کنترلی
• دارای شش کانال مستقل

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
• تعداد پایه: 14
• نوع نصب: SMD
• پکیج: SO-14 یا SOIC-14 براساس نسخه محصول
• خانواده منطقی: HC CMOS
• محدوده تغذیه رایج: 2 تا 6 ولت
• تابع منطقی: خروجی معکوس ورودی
• هیسترزیس ورودی: دارد
• پلاریته نصب: دارد
• دمای کاری: وابسته به برند و سری تولید
• جریان خروجی: مطابق دیتاشیت سازنده
• روش مونتاژ: نصب سطحی و Reflow

نکات مهم پیش از خرید و استفاده

• 74HC14 دارای گیت NOT اشمیت تریگر است.
• پکیج محصول باید با فوت‌پرینت SO-14 برد مطابقت داشته باشد.
• SOIC-14 و TSSOP-14 از نظر ابعاد یکسان نیستند.
• جهت پایه شماره یک هنگام مونتاژ رعایت شود.
• ورودی‌های بدون استفاده در حالت شناور رها نشوند.
• 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.
• خروجی آی‌سی به بارهای پرمصرف متصل نشود.
• دمای لحیم‌کاری و پروفایل Reflow مطابق دیتاشیت رعایت شود.
• مشخصات نهایی براساس برند واقعی قطعه بررسی شود.