74LS00: Funções, aplicativos, recursos e folha de dados

Como um dos circuitos integrados mais representativos no74LS Series, o 74LS00, com seu design central de portões NAND de quatro entradas de quatro canais, tornou-se um componente fundamental no campo da eletrônica digital. Este artigo analisará de forma abrangente este chip clássico.

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74LS00 OverVeiw

O 74LS00 é um circuito integrado TTL amplamente utilizado (lógica de transistor-transistor)Isso funciona como um portão NAND de 2 entradas quad de 2 entradas. Isso significa que ele contém quatro portões NAND independentes, cada um com dois pinos de entrada e um pino de saída. Cada portão NAND no 74LS00 executa a operação lógica "NAND": a saída é baixa (lógica 0)Somente quando ambos os insumos são altos (lógica 1); Em todos os outros casos (quando pelo menos uma entrada é baixa), a saída é alta (lógica 1). Como um bloco de construção lógico fundamental, é essencial para construir circuitos digitais mais complexos, como contadores, chinelos e codificadores, encontrar aplicações em vários sistemas digitais, controles industriais e dispositivos eletrônicos.

74LS00 PILOUTS

74LS00 Especificações

74LS00 Recursos

Como um clássico chip lógico Schottky TTL de baixa potência, o 74LS00integra desempenho, confiabilidade e flexibilidade. Aqui está um resumo sistemático de seus principais recursos técnicos:

Quatro canais independentes Design:Integra quatro portões NAND de 2 entradas de 2 entradas, cada um capaz de processar sinais lógicos de forma independente, apoiando a implementação simultânea de funções lógicas de quatro canais (como operações lógicas, buffer de sinal).
Compatibilidade PIN padrão:Adota embalagens de pacote em linha dupla de 14 pinos (DIP) ou montagem de superfície (SOIC/SOP), com um layout de pino em conformidade com os padrões TTL (por exemplo, VCC conectado ao pino 14, GND ao pino 7), facilitando a cascata direta com outros chips TTL.
Estrutura de saída push-pull:O estágio de saída usa um design de push-pull, fornecendo forte capacidade de acionamento, capaz de produzir níveis altos (VOH ≥ 2,4V) e afundando grandes correntes (LIO máxima de 8mA), adequada para cargas diretamente de condução, como LEDs e relés.

Faixa de tensão de fonte de alimentação ampla:A tensão operacional típica é de 5V, com uma faixa de flutuação permitida de 4,75-5.25V e um valor limite de 7V, adaptando-se a diferentes ambientes de fonte de alimentação.
TTL Nível Compatibilidade:Limiar de alto nível de entrada (VIH) ≥ 2V, limiar de baixo nível (VIL) ≤ 0,8V, seguindo estritamente os padrões TTL; Ele também suporta acesso direto a sinais lógicos de 3.3V ou 2.5V (conversão de nível externo necessária).
Desempenho lógico de média velocidade:O atraso típico de propagação (TPD) é de 9 a 10ns, com uma taxa de dados máxima de 35 Mbps, velocidade de equilíbrio e consumo de energia, adequado para a maioria dos cenários de circuito digital de média velocidade.
Design de baixa potência:O consumo de energia estática é de apenas 9MW (valor típico), muito menor que os chips anteriores de 74 séries (por exemplo, 7400 é de 40mW), adequados para dispositivos de longa duração.

Alta capacidade de corrente de pia:A corrente máxima de saída de baixo nível (LIO) é 8MA, capaz de acionar diretamente 10 cargas LS-TTL ou pequenos periféricos (como matrizes de LED) sem buffers adicionais.
Vantagens da saída Push-Pull:O estágio de saída adota uma estrutura push-pull, que pode diminuir rapidamente o nível (VOH ≥ 2,4V) e afundar com eficiência, reduzindo o risco de distorção do sinal, especialmente adequada para acionar cargas capacitivas.

Proteção ESD:Circuito de proteção de descarga eletrostática interno (ESD), capaz de suportar choques eletrostáticos de modelo de corpo humano de 3,5kV, aumentando a estabilidade do uso a longo prazo.
Capacidade anti-ruído:A entrada adota uma estrutura de gatilho de Schmitt, com altas margens de ruído (margem de ruído de alto nível VNH ≥ 0,4V, VNL de baixo nível ≥ 0,4V), suprimindo efetivamente a interferência do sinal.
Mecanismo de proteção de entrada:Recomenda -se que os pinos de entrada não utilizados sejam puxados para o VCC através de um resistor de 1kΩ ou diretamente aterrados para evitar o acionamento falso causado por flutuação, garantindo a estabilidade lógica.

Grau comercial (74LS00):A faixa de temperatura operacional é de 0 a 70 ° C, adequada para cenários convencionais, como eletrônicos de consumo e controle industrial.
Grau militar (54LS00):Estendido a -55-125 ° C, atendendo às necessidades de ambientes extremos, como aplicações aeroespaciais e montadas em veículos.
Estabilidade de armazenamento:A faixa de temperatura de armazenamento é de -65-150 ° C, sem impacto no desempenho durante o armazenamento a longo prazo.

74LS00 APLICAÇÕES

Operações lógicas básicas:Nos circuitos lógicos combinacionais, ele não é usado apenas para julgamentos simples "NAND" (como "acionando ações quando duas condições não são atendidas simultaneamente"), mas também serve como uma unidade básica para inversão de sinal. Por exemplo, ele executa inversão lógica nos sinais de controle nos barramentos de dados para alternar entre as instruções de leitura e gravação.
Conversão de portão universal:Com as leis de De Morgan, o curto das duas entradas pode funcionar diretamente como um portão não (inversão de entrada única); combinar um portão não com um portão NAND forma um e portão (eliminando a característica inversa de Nand); Passando entradas através de não portões antes de se conectar a um portão NAND resulta em um portão ou. Essa flexibilidade permite substituir vários chips de porta dedicados, reduzindo a complexidade do projeto do circuito.
Armazenamento e circuitos seqüenciais:Os flip-flops de SR formados por acoplamento cruzado de dois portões NAND podem implementar funções "set-reset" (como a trava do estado acionada por botões); Quando estendidos aos flip-flops D, eles podem armazenar dados de forma síncrona sob controle do sinal do relógio, servindo como componentes principais dos registros, registros de turnos e contadores (por exemplo, conexões lógicas entre bits em contadores binários de 4 bits).
Circuitos aritméticos: in Meias-advers, Nand Gates implementam operações "xor" (soma) e "e" (transportam); Os agentes integrários lidam com a propagação por meio de portões NAND em cascata, amplamente utilizados, além de módulos adicionais de calculadoras simples; Combinados com a lógica invertida, eles podem realizar a subtração binária (convertida em adição através da aritmética do complemento de dois), adequada para processamento numérico em pequenos instrumentos digitais.
Controle industrial e processamento de sinais: nos circuitos de acionamento do motor, os portões de NAND julgam cenários de várias condições, como "sinal de parada de emergência não acionado + sinal de partida válido" para garantir uma inicialização segura; Nos circuitos seqüenciais, suas características de comutação rápida são usadas para moldar sinais de pulso de saída do sensor (eliminando falhas) ou detecção de bordas de subida/queda de sinais de relógio, alcançando a sincronização precisa do tempo (por exemplo, controlando momentos de disparo na aquisição de dados).
Cenários educacionais e de bricolage:Em experimentos eletrônicos, é frequentemente usado para demonstrar conceitos básicos, como a verificação da tabela da verdade de portões lógicos e princípios de trava de flip-flop; Em projetos de bricolage, ele pode construir "circuitos de desbloqueio duplo-botão" (desbloqueando apenas quando os dois botões são pressionados) e "Lâmpadas de condição dupla controlada por luz + controladas por luz" (iluminando quando está escuro e há som), permitindo o controle lógico sem programação.
Aplicativos de alta frequência e interface:Baseando-se no atraso de propagação no nível de nanossegundos da TTL (normalmente 10ns), é adequado para interfaces periféricas de computadores iniciais (por exemplo, descodificação de sinal da coluna de linha nos circuitos de varredura de teclado) e processamento de sinais de banda base na comunicação de curta distância (GEG, verificação lógica simples em protocolos UART); Sua saída de push-pull pode acionar 10 cargas TTL padrão, permitindo a conexão direta a periféricos como LEDs e relés, simplificando o design da unidade de interface.

Vantagens do 74LS00

O 74LS00Oferece várias vantagens importantes que solidificam seu papel como componente fundamental na eletrônica digital:

Flexibilidade lógica universal: Como um portão NAND de 2 entradas, é um "portão universal"-reconfigurável e não, e, ou, xor e outras portas lógicas através da fiação simples (alavancando as leis de Morgan). Isso elimina a necessidade de vários ICs especializados, simplificando o design do circuito e reduzindo a contagem de componentes.

Forte compatibilidade com TTL: Operando em uma fonte de alimentação padrão +5V e aderindo estritamente aos padrões de tensão TTL (níveis de entrada/saída), ele se integra perfeitamente a outros dispositivos TTL. Essa compatibilidade de plug-and-play o torna uma escolha confiável nos sistemas TTL mistos.

Desempenho equilibrado: Seu design Schottky (LS) de baixa potência atinge um equilíbrio entre velocidade e eficiência. Com um atraso típico de propagação de ~ 10ns, ele suporta aplicações de média a alta velocidade, enquanto seu consumo de energia estática (~ 9MW) é significativamente menor do que as variantes anteriores da 74 série (por exemplo, 7400 a 40MW), tornando-o eficiente em termos de energia para dispositivos de longa execução.

Capacidade de direção robusta: Equipado com um estágio de saída push-pull, ele pode acionar diretamente até 10 cargas TTL padrão, evitando a necessidade de circuitos de buffer adicionais. Isso simplifica a interface com periféricos como LEDs, relés ou outros chips lógicos.

Disponibilidade prática e custo-efetividade: Amplamente disponível no molho de 14 pinos (ideal para prototipagem de placa de pão) e pacotes de montagem na superfície, é de baixo custo e facilmente de origem. Essa acessibilidade o torna um item básico em laboratórios educacionais, projetos de hobby e produção em pequena escala.

Confiabilidade: Proteção de ESD integrada (descargas de modelo de modelo humano de 3,5kV de 3,5kV) e margens de ruído decentes (≥0,4V para ambos os níveis altos/baixos) aumentam a estabilidade em ambientes barulhentos. As variantes de grau comercial operam de maneira confiável a 0 a 70 ° C, com grau militar (54LS00) se estendendo a -55-125 ° C para condições adversas.

Como usar o 74LS00？

Para usar o74LS00(Um IC de portão NAND de 2 entradas na família TTL), siga estas etapas para configuração, teste básico e aplicações práticas:

1. Configuração de hardware: energia e pinagem

O 74LS00 requer um+5V DC de alimentação(Padrão TTL) e conexões de pino adequadas.

Etapa 1: conexões de energia:

Conecte o pino 14 (VCC) a +5V.

Conecte o pino 7 (Gnd) ao solo do circuito.

• STRP 2: PINUT para 4 portões de Nand independentes:
  O IC contém 4 portões NAND separados de 2 entradas. Cada portão possui 2 entradas e 1 saída:

  Número do portão	Entrada a	Entrada b	Saída y
  1	Pino 1	Pino 2	Pino 3
  2	Pino 4	Pino 5	Pino 6
  3	Pino 9	Pino 10	Pino 8
  4	Pino 12	Pino 13	Pino 11

2. Teste básico: verifique a lógica NAND

A regra central de um portão NAND é: a saída é baixa (0V)Somente se ambas as entradas forem altas (5V); Caso contrário, a saída é alta (5V).

Etapa 1: construir um circuito de teste

Para um portão (por exemplo, portão 1, pinos 1, 2, 3):

• Conectar os pinos de entrada 1 e 2 aFontes lógicas(por exemplo, alternância de alternância vinculada a +5V/GND ou trilhos da placa de fundo).
• Conecte o pino de saída 3 a umindicador(por exemplo, um LED em série com um resistor de 220Ω ao GND; as luzes LED quando a saída é alta).

Etapa 2: Teste todas as combinações de entrada

Verifique se a saída corresponde à tabela NAND Truth:

3. Uso avançado: converta para outros portões lógicos

Nand Gates é "universal" - eles podem imitar qualquer portão lógica com fiação simples:

Exemplo 1: não portão (inversor)

Um portão não inverte sua entrada:

• Fiação: Curto as duas entradas de um portão NAND (por exemplo, conecte o pino 1 ao pino 2 da porta 1).
• Lógica:.

Exemplo 2: e portão

Um e o portão é produzido apenas se ambas as entradas forem altas:

Fiação:

Use o portão 1 como um portão NAND.

Use o portão 2 como um portão não (curto suas entradas) para inverter a saída do portão 1.

Conecte a saída do portão 1 (pino 3) às entradas do portão 2 (pinos 4 e 5).

Lógica:.

Exemplo 3: ou portão

Um portão ou portão é alta se pelo menos uma entrada for alta:

Fiação(Usando a lei de De Morgan::

Use dois portões NAND como não portões (curtos suas entradas) para criar.

Conectarpara as entradas de um terceiro portão de Nand.

Resultado: A saída do terceiro portão é igual a A + B.

Precauções -chave

Limites de tensão: Nunca exceder +7V emVCC; As entradas devem permanecer dentro dos níveis de TTL (baixo: 0–0,8V; alto: 2–5V).

Desacoplar: Adicione um capacitor de 0,1μF entreVCCe GND para reduzir o ruído de energia.

Proteção de ESD: Manuseie o IC com cuidado para evitar danos eletrostáticos.

Cargas: Cada saída pode acionar até 10 cargas TTL. Para cargas mais pesadas (por exemplo, relés), use um buffer.

74LS00 Alternativa

SN54LS00: Uma versão de grau militar, é totalmente funcionalmente consistente com o 74LS00 (portão NAND de 2 entradas quad), mas apresenta uma faixa de temperatura de operação mais ampla (-55 ° C a 125 ° C) e maior confiabilidade, tornando-o adequado para ambientes extremos.
SN7400: Um modelo TTL padrão precoce na série 74, também é um portão NAND de 2 entradas quad, mas usa um processo não-shottky. Possui maior consumo de energia do que a série LS e velocidade de comutação um pouco mais lenta, sendo compatível com os níveis básicos de tensão TTL.
CD4011: Um portão NAND de 2 entradas quad com base na tecnologia CMOS (parte da série 4000). Possui uma faixa de tensão de operação mais ampla (normalmente 3-18V) e consumo extremamente baixo de energia, mas sua velocidade de comutação é mais lenta que a do TTL. É adequado para cenários de baixa potência e possui a mesma função lógica que o 74LS00.
74LS08: pertencente à série 74LS, ele funciona como um quadt de 2 entradas e portão (não um portão NAND) com uma operação lógica diferente-é produz um nível alto somente quando ambas as entradas são altas. Atenção deve ser dada a essa diferença funcional.
74LS00CH/DC/J/N/NA/PC/W: Todos são modelos derivados do 74LS00, com a mesma função principal (portão NAND de 2 entradas quad). As diferenças estão principalmente nos tipos de pacotes (como DIP, SMD), marcações específicas do fabricante ou graus de qualidade. Seus parâmetros elétricos são compatíveis com o 74LS00, permitindo a intercambiabilidade direta.
901521-01/AMX3550/C74LS00P/DM74LS00N, etc.: A maioria são modelos equivalentes produzidos por vários fabricantes (como Texas Instruments, Hitachi, Toshiba, etc.). Eles são totalmente funcionalmente consistentes com o 74LS00 (portão NAND de 2 entradas quad), com configurações de pinos compatíveis e características elétricas. Eles diferem apenas devido às convenções de nomeação dos fabricantes e podem ser substituídos diretamente para uso.

74LS00 vs. 74HC00

O 74HC00 e74LS00são ICs com quatro portões básicos de Nand, que são fundamentais em eletrônicos digitais. A principal diferença está em suas características de velocidade, sendo o 74HC00 em alta velocidade e o 74LS00 sendo de baixa velocidade.

Aqui estão algumas outras diferenças entre os dois ICs:

A família HC foi projetada para corresponder à velocidade do LS enquanto consumia menor energia, alcançada através da tecnologia CMOS.

74LS00 Dimensão do pacote

74LS00 Fabricante

ComoUm clássico chip lógico Schottky TTL de baixa potência, o 74LS00tem um cenário diversificado de fabricantes, abrangendo vários gigantes semicondutores da Europa, América e Japão.
Semicondutor Fairchildé o pioneiro deste chip. Quando lançou a série 74LS na década de 1970, o 74LS00 se tornou uma pedra angular dos circuitos digitais, com seu design minimalista de quatro portões Nand de 2 entradas. O seu pacote DIP-14 e a estrutura de saída push-pull definem os padrões do setor.
Seguindo de perto,Texas Instruments (TI)Fortaleceu sua liderança de mercado com a série SN74LS00. Aproveitando o controle estável do processo e as linhas de produtos de grau militar (54LS00), expandiu as aplicações para campos aeroespacial e industrial.Semicondutor nacionalFocou -se no mercado civil com sua série DM74LS00, enfatizando a popularização em eletrônicos de consumo e cenários educacionais.
Fabricantes japonesesHitachieRenesasEntrou no mercado da Ásia-Pacífico com a série HD74LS00, oferecendo versões de pacote SMD para atender às necessidades de miniaturização.Em semicondutorA linha de produção contínua da Motorola, cobrindo pedidos de lotes pequenos e médios com desempenho de alto custo.
Notavelmente, todos os fabricantes aderem estritamente ao padrão TTL de 14 pinos, garantindo a intercambiabilidade direta de 74LS00s de diferentes marcas. Esse ecossistema aberto permitiu sua aplicação contínua por mais de meio século. Hoje, enquanto a TI e o semicondutor continuam sendo fornecedores principais, o legado técnico de Fairchild, pois o pioneiro é gravado para sempre nos genes deste "bloco de construção universal de circuitos digitais".

Conclusão

Em resumo, com sua função lógica estável do NAND GATE, características elétricas compatíveis com níveis de TTL e ampla adaptabilidade aos cenários, o74LS00tornou -se um componente básico indispensável no design do circuito digital.

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74LS00 DATHEET

74LS00 DataSheet.pdf