تراشه 74HC00 چهار گیت NAND دو ورودی

تراشه 74HC00 یکی از آی‌سی‌های پرکاربرد خانواده منطقی 74HC است که چهار گیت NAND مستقل دو ورودی را در یک پکیج 14 پایه ارائه می‌دهد.

هر گیت دارای دو ورودی و یک خروجی است. اگر هر دو ورودی در وضعیت منطقی HIGH قرار بگیرند، خروجی LOW خواهد شد. در سایر حالت‌ها، خروجی گیت در وضعیت HIGH باقی می‌ماند.

فناوری CMOS این تراشه باعث مصرف توان پایین، امپدانس ورودی بالا و سرعت مناسب آن برای بسیاری از مدارهای دیجیتال می‌شود.

جدول صحت گیت NAND

عملکرد هر گیت NAND دو ورودی مطابق جدول زیر است:

رابطه منطقی خروجی:

Y = NOT (A AND B)

یا به‌صورت نمادین:

Y = ¬(A × B)

دارای چهار گیت مستقل NAND

آی‌سی 74HC00 شامل چهار گیت NAND دو ورودی است. هر گیت را می‌توان به‌صورت مستقل در بخش متفاوتی از مدار استفاده کرد.

وجود چهار گیت در یک تراشه باعث کاهش تعداد قطعات، ساده‌ترشدن سیم‌کشی و اشغال فضای کمتر روی برد مدار چاپی می‌شود.

از گیت‌های داخلی این آی‌سی می‌توان برای کاربردهای زیر استفاده کرد:

• اجرای عملیات منطقی NAND
• معکوس‌کردن سیگنال
• ساخت مدارهای Set و Reset
• ترکیب چند شرط منطقی
• ساخت مدار SR Latch
• طراحی سیستم‌های هشدار
• پیاده‌سازی مدارهای ترتیبی
• ساخت سایر گیت‌های منطقی

گیت NAND به‌عنوان گیت عمومی

گیت NAND یک Universal Gate یا گیت عمومی است. به این معنی که می‌توان تنها با استفاده از چند گیت NAND، تمام توابع منطقی اصلی را پیاده‌سازی کرد.

با ترکیب گیت‌های NAND می‌توان مدارهای زیر را ساخت:

• گیت NOT
• گیت AND
• گیت OR
• گیت NOR
• گیت XOR
• گیت XNOR
• حافظه SR Latch
• مدارهای منطقی ترکیبی و ترتیبی

این ویژگی، 74HC00 را به یکی از قطعات مناسب برای آموزش منطق دیجیتال و طراحی مدارهای سفارشی تبدیل کرده است.

استفاده به‌عنوان گیت NOT

اگر دو ورودی یک گیت NAND به یکدیگر متصل شوند، خروجی گیت معکوس ورودی خواهد بود.

در این حالت:

• ورودی LOW باعث خروجی HIGH می‌شود.
• ورودی HIGH باعث خروجی LOW می‌شود.

بنابراین می‌توان از هر گیت NAND به‌عنوان یک معکوس‌کننده منطقی استفاده کرد.

ساخت گیت AND با 74HC00

برای ساخت تابع AND می‌توان خروجی یک گیت NAND را با یک گیت NAND دیگر معکوس کرد.

گیت اول نتیجه NAND را تولید می‌کند و گیت دوم به‌عنوان NOT عمل کرده و نتیجه را دوباره معکوس می‌کند. در نتیجه خروجی نهایی برابر تابع AND خواهد بود.

ساخت SR Latch

با اتصال متقاطع دو گیت NAND می‌توان یک مدار SR Latch با ورودی‌های Active-Low ساخت.

این مدار می‌تواند یک بیت اطلاعات را ذخیره کند و در کاربردهای زیر استفاده شود:

• نگهداری وضعیت روشن یا خاموش
• ثبت وقوع یک رویداد
• ساخت مدار Set و Reset
• سیستم‌های هشدار
• مدارهای تشخیص دست‌کاری
• ایجاد حافظه ساده یک‌بیتی

ساخت Active-Low SR Latch یکی از کاربردهای معرفی‌شده برای SN74HC00 در مستندات رسمی Texas Instruments است.

خانواده منطقی 74HC

عبارت HC در نام 74HC00 مخفف High-Speed CMOS است. این خانواده، مصرف توان پایین مدارهای CMOS را با سرعت مناسب برای کاربردهای دیجیتال ترکیب می‌کند.

ویژگی‌های عمومی خانواده 74HC شامل موارد زیر است:

• مصرف توان استاتیک پایین
• امپدانس ورودی بالا
• محدوده تغذیه گسترده
• سازگاری با مدارهای CMOS
• سرعت سوئیچینگ مناسب
• ایمنی مناسب در برابر نویز

محدوده تغذیه توصیه‌شده نسخه‌های متداول 74HC00 برابر 2 تا 6 ولت است.

تفاوت 74HC00 با 74HCT00

آی‌سی‌های 74HC00 و 74HCT00 تابع منطقی یکسانی دارند و هر دو شامل چهار گیت NAND دو ورودی هستند، اما سطح آستانه ورودی آن‌ها متفاوت است.

آی‌سی 74HC00

• دارای ورودی با سطوح منطقی CMOS
• محدوده تغذیه معمول 2 تا 6 ولت
• مناسب مدارهای CMOS
• آستانه ورودی وابسته به ولتاژ تغذیه

آی‌سی 74HCT00

• دارای آستانه ورودی سازگارتر با TTL
• معمولاً برای مدارهای 5 ولتی استفاده می‌شود
• مناسب دریافت خروجی تراشه‌های TTL
• جایگزینی آن با HC باید با بررسی دیتاشیت انجام شود

سطوح ورودی خانواده HC از نوع CMOS و سطوح ورودی خانواده HCT از نوع TTL تعریف شده‌اند.

تفاوت NAND با AND

گیت NAND خروجی معکوس گیت AND را تولید می‌کند.

در گیت AND، خروجی فقط زمانی HIGH می‌شود که هر دو ورودی HIGH باشند. در گیت NAND، همین حالت تنها حالتی است که خروجی LOW می‌شود.

برای پیاده‌سازی مستقیم چهار گیت AND دو ورودی معمولاً از آی‌سی 74HC08 استفاده می‌شود.

تفاوت NAND با NOR

هر دو گیت NAND و NOR از نوع گیت‌های عمومی هستند، اما عملکرد متفاوتی دارند:

• NAND نتیجه عملیات AND را معکوس می‌کند.
• NOR نتیجه عملیات OR را معکوس می‌کند.
• خروجی NAND فقط در حالت ورودی 11 برابر صفر است.
• خروجی NOR فقط در حالت ورودی 00 برابر یک است.

برای پیاده‌سازی چهار گیت NOR دو ورودی معمولاً از آی‌سی 74HC02 استفاده می‌شود.

پکیج‌های تراشه 74HC00

آی‌سی 74HC00 توسط سازندگان مختلف در پکیج‌های متفاوتی عرضه می‌شود، از جمله:

• DIP-14 یا PDIP-14 برای مونتاژ پایه‌دار
• SO-14 یا SOIC-14 برای مونتاژ سطحی
• SSOP-14
• TSSOP-14
• پکیج‌های بدون پایه مانند QFN

نسخه SN74HC00N شرکت Texas Instruments در پکیج PDIP-14 و نسخه SN74HC00D در پکیج SOIC-14 عرضه می‌شود. پیش از خرید باید پکیج موردنیاز با فوت‌پرینت برد تطبیق داده شود.

ترتیب پایه‌های آی‌سی 74HC00

پین‌آوت متداول آی‌سی 74HC00 در پکیج‌های 14 پایه به شرح زیر است:

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

ترتیب ورودی‌ها، خروجی‌ها و پایه‌های تغذیه در دیتاشیت‌های رسمی 74HC00 تأیید شده است.

خروجی Push-Pull

خروجی‌های 74HC00 از نوع CMOS Push-Pull هستند و می‌توانند جریان محدودی را هم تأمین و هم جذب کنند.

این خروجی‌ها برای اتصال به ورودی سایر تراشه‌های منطقی و بارهای دیجیتال سبک مناسب هستند، اما برای راه‌اندازی مستقیم تجهیزات پرمصرف طراحی نشده‌اند.

برای کنترل بارهای زیر باید از درایور مناسب استفاده شود:

• رله
• موتور
• شیر برقی
• لامپ
• نوار LED
• هیتر
• بازر پرقدرت

برای چنین بارهایی می‌توان از ترانزیستور، ماسفت، درایور یا رله واسط استفاده کرد.

اتصال به میکروکنترلر

آی‌سی 74HC00 را می‌توان همراه با پلتفرم‌ها و کنترلرهای مختلف استفاده کرد، از جمله:

• Arduino
• میکروکنترلرهای AVR
• PIC
• STM32
• ESP32 و ESP8266
• Raspberry Pi Pico
• FPGA و CPLD
• سایر قطعات خانواده 74HC

در اتصال به میکروکنترلر باید ولتاژ تغذیه، آستانه منطقی ورودی، سطح خروجی و جریان مجاز پایه‌ها بررسی شوند.

هنگام استفاده با مدارهای 3.3 ولتی، نباید بدون بررسی دیتاشیت فرض شود که یک 74HC00 تغذیه‌شده با 5 ولت، تمام سیگنال‌های 3.3 ولتی را در همه شرایط به‌عنوان HIGH معتبر تشخیص می‌دهد.

استفاده از خازن بای‌پس

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

خازن باید تا حد امکان نزدیک تراشه قرار بگیرد و مسیرهای اتصال آن کوتاه باشند. این خازن نویز تغذیه را کاهش داده و جریان لحظه‌ای موردنیاز هنگام تغییر وضعیت خروجی‌ها را تأمین می‌کند.

در مدارهایی که چند آی‌سی منطقی وجود دارد، بهتر است برای هر آی‌سی یک خازن بای‌پس مجزا در نظر گرفته شود.

ورودی‌های استفاده‌نشده

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

ورودی گیت‌های بدون استفاده باید به یک سطح 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.

کاربردهای آی‌سی 74HC00

• پیاده‌سازی عملیات منطقی NAND
• ساخت سایر گیت‌های منطقی
• ساخت SR Latch
• ذخیره یک بیت اطلاعات
• طراحی مدارهای Set و Reset
• ساخت مدارهای هشدار
• سیستم‌های تشخیص دست‌کاری
• کنترل شروط منطقی
• طراحی مدارهای ترکیبی
• طراحی مدارهای ترتیبی
• پروژه‌های آموزشی منطق دیجیتال
• پروژه‌های آردوینو و میکروکنترلر
• تجهیزات اتوماسیون
• تعمیر بردهای دیجیتال
• مدارهای کنترلی
• ساخت مدارهای حافظه ساده
• رابط میان بخش‌های دیجیتال

ویژگی‌های تراشه 74HC00

• شامل چهار گیت مستقل NAND
• دارای دو ورودی برای هر گیت
• فناوری High-Speed CMOS
• مصرف توان پایین
• محدوده تغذیه رایج 2 تا 6 ولت
• خروجی CMOS Push-Pull
• مناسب مدارهای دیجیتال
• قابلیت ساخت سایر گیت‌های منطقی
• مناسب ساخت Active-Low SR Latch
• دارای 14 پایه در نسخه‌های متداول
• عرضه در پکیج‌های DIP و SMD
• مناسب پروژه‌های آموزشی و صنعتی
• قابل استفاده همراه با میکروکنترلر
• سرعت سوئیچینگ مناسب

مشخصات فنی محصول

• شماره قطعه: 74HC00
• نوع مدار منطقی: Quad 2-Input NAND Gate
• نوع گیت: NAND
• تعداد گیت داخلی: 4 عدد
• تعداد ورودی هر گیت: 2 عدد
• تعداد خروجی هر گیت: یک عدد
• تعداد پایه در نسخه متداول: 14
• خانواده منطقی: HC CMOS
• محدوده تغذیه رایج: 2 تا 6 ولت
• تابع منطقی: Y = NOT (A AND B)
• نوع خروجی: CMOS Push-Pull
• نوع نصب: وابسته به پکیج
• پکیج‌های رایج: DIP-14 و SO-14
• پلاریته نصب: دارد
• دمای کاری: وابسته به برند و سری تولید
• جریان خروجی: مطابق دیتاشیت سازنده
• کاربرد اصلی: پیاده‌سازی عملیات NAND