Le porte logiche sono circuiti digitali che lavorano con due stati: 0 e 1. Lo stato logico basso, indicato con 0, corrisponde a una tensione vicina a 0 V. Lo stato logico alto, indicato con 1, corrisponde a una tensione vicina alla tensione di alimentazione.
Per gli integrati della famiglia 74HC alimentati a 5 V, un ingresso viene riconosciuto sicuramente come 0 fino a circa 1,5 V e come 1 da circa 3,5 V in su. La zona compresa tra questi valori non deve essere utilizzata come livello logico stabile.
Una porta logica riceve uno o più segnali in ingresso e produce un segnale in uscita secondo una determinata funzione. La tabella della verità mostra il valore dell’uscita per tutte le possibili combinazioni degli ingressi.
INTEGRATI DELLA SERIE 74HC
Alcuni comuni integrati CMOS della famiglia 74HC sono:
- SN74HC08N → 4 porte AND a 2 ingressi
- SN74HC32N → 4 porte OR a 2 ingressi
- SN74HC04N → 6 porte NOT
- SN74HC00N → 4 porte NAND a 2 ingressi
- SN74HC02N → 4 porte NOR a 2 ingressi
- SN74HC86N → 4 porte XOR a 2 ingressi
Nella sigla SN74HC08N, SN è il prefisso utilizzato da Texas Instruments, 74 identifica la serie logica, HC indica la famiglia High-Speed CMOS, 08 identifica la funzione AND e N indica la versione in contenitore DIP.
ALIMENTAZIONE
Gli integrati 74HC possono funzionare con diverse tensioni di alimentazione. In questa scheda si considera un’alimentazione di 5 V.
VCC = +5 V
pin 14 → VCC
pin 7 → GND
Tra VCC e GND si collega normalmente un condensatore da 100 nF, posizionato vicino all’integrato, per ridurre i disturbi sull’alimentazione.
INGRESSI FLOTTANTI
Un ingresso CMOS non deve essere lasciato scollegato. Un ingresso scollegato viene chiamato flottante perché non è collegato né allo stato logico 0 né allo stato logico 1. Può quindi assumere un valore indefinito e cambiare stato a causa dei disturbi elettrici.
Per mantenere un ingresso in uno stato definito si può utilizzare una resistenza di pull-down o di pull-up. Un valore tipico è 10 kΩ.
Pull-down: ingresso → 10 kΩ → GND
La resistenza mantiene normalmente l’ingresso allo stato logico 0.
Pull-up: ingresso → 10 kΩ → VCC
La resistenza mantiene normalmente l’ingresso allo stato logico 1.
Con 5 V applicati a una resistenza da 10 kΩ:
CORRENTI
Gli ingressi CMOS assorbono una corrente molto piccola. Le uscite della famiglia 74HC sono destinate principalmente a pilotare altri ingressi logici e possono fornire correnti dell’ordine di pochi milliampere.
Le uscite della famiglia 74HC possono pilotare direttamente soltanto carichi compatibili con i limiti di corrente dichiarati. Un LED può essere collegato direttamente, con una resistenza in serie, solo se la corrente richiesta rientra nei limiti dell’uscita. Per comandare relè, motori, lampade o elettrovalvole si utilizza uno stadio di comando adatto, per esempio un transistor, un MOSFET o un circuito driver.
PORTA AND
La porta AND produce in uscita 1 solamente quando entrambi gli ingressi sono 1.
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
Integrato tipico: SN74HC08N. Contiene 4 porte AND a 2 ingressi.
Nel disegno sono indicati i numeri dei piedini e la funzione di ciascun pin. VCC è il pin 14 e GND è il pin 7.
PORTA OR
La porta OR produce in uscita 1 quando almeno uno degli ingressi è 1.
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
Integrato tipico: SN74HC32N. Contiene 4 porte OR a 2 ingressi.
PORTA NOT
La porta NOT ha un solo ingresso e produce in uscita lo stato opposto.
| A | Y |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
Integrato tipico: SN74HC04N. Contiene 6 porte NOT indipendenti.
PORTA NAND
La porta NAND è il contrario della porta AND. L’uscita vale 0 solamente quando entrambi gli ingressi valgono 1.
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Integrato tipico: SN74HC00N. Contiene 4 porte NAND a 2 ingressi.
PORTA NOR
La porta NOR è il contrario della porta OR. L’uscita vale 1 solamente quando entrambi gli ingressi valgono 0.
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
Integrato tipico: SN74HC02N. Contiene 4 porte NOR a 2 ingressi.
PORTA XOR
La porta XOR, chiamata anche OR esclusivo, produce in uscita 1 quando i due ingressi sono diversi.
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Integrato tipico: SN74HC86N. Contiene 4 porte XOR a 2 ingressi.