74HC مقابل 74LS Series ICS: مقارنة شاملة

سلسلة 74 من الدوائر المتكاملة (ICS)كان العمود الفقري للإلكترونيات الرقمية لعقود من الزمن ، مما يتيح تصميم البوابات المنطقية ، والرفاق ، والعدادات ، وغيرها من لبنات البناء الرقمية الأساسية. من بين المتغيرات الأكثر شعبية74HCوسلسلة 74LS، كل محسّن لتطبيقات محددة بناءً على خصائص التكنولوجيا والتقنية الأساسية. تستكشف هذه المقالة خلافاتها في البناء والمعلمات الكهربائية وحالات الاستخدام العملية ، مما يساعد المهندسين على اختيار السلسلة المناسبة لتصميماتهم.

التكنولوجيا الأساسية: ما الذي يميزهم؟

التمييز الأساسي بين سلسلة 74HC و 74LS يكمن فيتقنية أشباه الموصلاتالذي يملي سلوكهم الكهربائي ومدى ملاءمتهم لبيئات مختلفة:

سلسلة 74LS: قصير لـ "Schottky TTL منخفض الطاقة" ، تعتمد هذه ICS علىمنطق ترانزستور ترانسور (TTL). يستخدمون ترانزستورات الوصلات ثنائية القطب (BJTS) مع الثنائيات Schottky لتقليل وقت التبديل واستهلاك الطاقة مقارنة مع المتغيرات TTL السابقة (على سبيل المثال ، 7400). تمنع الثنائيات Schottky تشبع الترانزستور ، مما يتيح سرعات التبديل بشكل أسرع.

سلسلة 74HC: اختصار لـ "CMOs عالية السرعة" ، تم بناء هذه ICs عليهاأشباه موصل أكسيد المعادن التكميلية (CMOS)تكنولوجيا. يستخدمون كل من القنوات P و N-channel المعدنية-أكسيد الأكسدة-الترانزستورات ذات التأثير (MOSFETs) لتحقيق سرعة عالية مع الحد الأدنى من استهلاك الطاقة. تشتهر تقنية CMOS بمعاوقة المدخلات العالية وتبديد الطاقة الثابتة المنخفضة.

مقارنة المعلمة الكهربائية الرئيسية

تؤدي الاختلافات التكنولوجية بين 74HC و 74LS إلى خصائص كهربائية مميزة ، ملخصة في الجدول أدناه:

74LS: يعتمد بشكل صارم على إمدادات الطاقة 5V (التسامح: ± 5 ٪). يمكن أن تسبب الانحرافات خارج هذا النطاق أعطال أو تلف ، مما يحد من استخدامها في الأجهزة التي تعمل بالبطارية مع الفولتية المتغيرة.

74HC: يعمل على نطاق واسع (2V-6V) ، مما يجعلها قابلة للتكيف مع التصميمات المنخفضة الجهد (3.3V) وأنظمة Legacy 5V. هذه المرونة مهمة للإلكترونيات الحديثة ، حيث تكون كفاءة الطاقة وتنوع الجهد من الأولويات.

2.استهلاك الطاقة

74LS: يستهلك قوة ثابتة كبيرة (حتى عند الخمول) بسبب التدفق الحالي المستمر في BJTs. تضيف الطاقة الديناميكية (أثناء التبديل) إلى ذلك ، مما يجعلها غير مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية.

74HC: يحتوي على استهلاك الطاقة الثابتة القريب من الصفر (ترسم MOSFETs التيار فقط أثناء التبديل). مقاييس الطاقة الديناميكية ذات التردد ولكنها تظل أقل بكثير من 74 لتر في سرعات تشغيل نموذجية. هذا يجعل 74HC مثاليًا للإلكترونيات المحمولة.

3.تأخير السرعة والانتشار

74LS: يقدم تأخير انتشار قدره 9ns عند 5 فولت ، وهو مناسب للتطبيقات المعتدلة (تصل إلى حوالي 50 ميجا هرتز).

74HC: يحقق ~ 7ns تأخير عند 5 فولت ، مع تبديل أسرع في الفولتية العليا (على سبيل المثال ، 6V). على الرغم من أنها ليست أسرع من المتغيرات TTL عالية السرعة (على سبيل المثال ، 74F) ، تلبي 74HC احتياجات معظم الدوائر الرقمية للأغراض العامة (حتى 100 ميجا هرتز).

4.خصائص الإدخال/الإخراج

مقاومة المدخلات: 74Ls لها مقاومة إدخال منخفضة (~ 10kΩ) ، والتي يمكن أن تتحمل مصادر الإشارة لأسفل (على سبيل المثال ، أجهزة الاستشعار ، موكان microcontrollers). 74hc ، مع مقاومة الإدخال ~ 10 <Sup> 12 </sup> ω ، يرسم تيارًا ضئيلًا ، مما يجعله مناسبًا للتفاعل مع مصادر عالية الإعداد.

محرك الإخراج: يمكن أن تغرق 74Ls أكثر (8ma) من 74hc (4MA) ، مما يجعله أفضل في قيادة الأحمال الثقيلة مثل LEDs أو المرحلات دون مخازن خارجية. ومع ذلك ، فإن ناتج 74HC يكفي لمعظم واجهات المستوى المنطقي.

مناعة الضوضاء: هوامش الضوضاء الأعلى في 74HC (بسبب منطق CMOS) تجعلها أكثر مقاومة للضوضاء الكهربائية - الانحراف في البيئات الصناعية أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المزدحمة مع التداخل الكهرومغناطيسي العالي (EMI).

5.التوافق

74LS: هل متوافق مع TTL ، مما يعني أنه يعمل بسلاسة مع أجهزة TTL الأخرى ولكنه يتطلب محولات المستوى للتفاعل مع دوائر CMOS.

74HC: هل كل من TTL- و CMOS متوافقان في 5V ، مما يؤدي إلى تبسيط تصميمات التكنولوجيا المختلطة. في الفولتية السفلية (3.3V) ، فإنه يتفاعل مباشرة مع متحكم CMOS الحديثة.

دائرة 74LS74

يوضح الشكل أدناه الرسم البياني المنطقي الداخلي لـ 74LS74 Dual D-type-type-flip-flop-flop ، مع تسليط الضوء على اتصالات ووظائف الساعة ، والمسبقة المسبقة ، والمدخلات الواضحة عبر دبابيسها.

سلسلة 74LS أخرى ICS

عدادات
74LS90: عداد عشري غير متزامن ، قابل للتكوين للأوضاع الثنائية/العشرية ، مع إعادة تعيين وظائف. تستخدم في قسم الساعة وعد النبض.
74LS161: عداد ثنائي متزامن 4 بت مع إعادة ضبط متزامنة وإعداد مسبق ، عالي التردد (حوالي 30 ميجا هرتز) ، مناسبة لمترات التردد الرقمية.
74LS163: على غرار 74LS161 ولكن مع إعادة ضبط متزامن ، مما يقلل من مواطن الخلل.
74LS192: متزامن لأعلى/لأسفل العداد العشري ، مع إعادة ضبط غير متزامن وإعداد مسبق. المستخدمة في العد ثنائي الاتجاه (على سبيل المثال ، عد خط التجميع).

السجلات
74LS174: 6 بت D Flip-Flop Record مع إدخال/إخراج متوازي وإعادة ضبط. تستخدم لبيانات التخزين المؤقت.
74LS194: سجل التحول ثنائي الاتجاه 4 بت الذي يدعم التحولات اليسرى/اليمنى والتحويل المتوازي التسلسلي (على سبيل المثال ، اتصالات UART).
74LS374: سجل Flip-Flop 8 بت مع إخراج Tri-State ، مناسب لعزل بيانات الناقل (على سبيل المثال ، التفاعل بين المعالج البري).

الترميز ودلاكات فك التشفير
74LS148: من 8 إلى 3 خط الأولوية خط الأولوية ذات الأولوية ذات المدخلات العالية. تستخدم في مسح لوحة المفاتيح.
74LS47: BCD-to-Seven-Seven Seven Seven Dreader Tubes Nixie ، مع وظيفة الطمس (على سبيل المثال ، شاشات العرض المتعددة).
74LS138: 3 إلى 8 فك تشفير الخط. تستخدم لفك تشفير العنوان (على سبيل المثال ، معالجة الذاكرة).

مضاعفات ومحددات البيانات
74LS151: 8 إلى 1 محدد البيانات ، مدخلات البوابات عبر خطوط العنوان. يستخدم للتبديل متعدد الإشارات (على سبيل المثال ، اكتساب المستشعر).
74LS153: محددات مشاركة مزدوجة من 4 إلى 1 ، مناسبة لاختيار البيانات الموازية.

Flip-Flops & Matches
74LS74: Dual D Flip-Flops مع زيادة/إعادة تعيين مجموعة/إعادة ضبط غير متزامنة. تستخدم في الدوائر المتسلسلة.
74LS75: مزلاج 4 بت مع الإغلاق عالي المستوى. تستخدم لخزنة الإخراج A/D.
74LS112: مزدوج JK Flip-flops مع انتقاد الحافة ، قادرة على العد وتقسيم التردد.

وحدات المنطق والمقارنات المنطقية الحسابية
74LS181: 4 بت ALU دعم 16 عملية حسابية/منطقية ، جوهر المعالجات الدقيقة المبكرة.
74LS85: مقارن حجم 4 بت "أكبر/أقل/متساوية". تستخدم في فرز البيانات.

رقائق الوظائف الخاصة
74LS245: 8 بت مستقبلي الحافلات ثنائية الاتجاه مع التحكم في الاتجاه. تستخدم لنقل الحافلة ثنائية الاتجاه (على سبيل المثال ، واجهة المعالج-الذاكرة).
74LS259: مزلاج 8 بت قابل للعنونة ، تخزين البوابات عبر خطوط العناوين. تستخدم لقيادة مصفوفة LED.

دائرة 74HC00

ال74HC00هي دائرة دائرة متكاملة 14 دبوس تسكن أربعة بوابات NAND ، تستفيد من تقنية CMOS المتقدمة. يتيح هذا التكوين سرعة أقرب إلى ICS LS-TTL مع طلب استهلاك الطاقة المنخفضة. يوضح الشكل أدناه الرسم التخطيطي لدائرة Flip-Flop SR باستخدام بوابة 74HC00 NAND ، كاملة مع قيم المكونات والاتصالات لتنفيذ وظائف مجموعة وإعادة ضبط.

التطبيقات العملية: اختيار السلسلة الصحيحة

يختار74LSمتى:

دفع الأحمال الثقيلة: التطبيقات التي تتطلب ارتفاع الناتج الحالي (على سبيل المثال ، صفائف LED ، مرحلات صغيرة) تستفيد من قدرة غرق أقوى من 74 لتر.

أنظمة TTL Legacy: ترقية أو إصلاح المعدات القديمة (على سبيل المثال ، أجهزة الكمبيوتر القديمة ، وحدات التحكم الصناعية) التي تستخدم منطق 5V TTL.

تصاميم معتدلة ، 5 فولت فقط: دوائر بسيطة مثل البوابات المنطقية أو العدادات أو المضاعفات التي تعمل عند 5 فولت دون الحاجة إلى تشغيل الطاقة المنخفضة.

يختار74HCمتى:

الأجهزة التي تعمل بالبطارية: انخفاض استهلاك الطاقة الثابت يجعل 74HC مثاليًا للإلكترونيات المحمولة (على سبيل المثال ، عناصر التحكم عن بُعد ، أجهزة تتبع اللياقة البدنية).

أنظمة الجهد المنخفض: تصميمات باستخدام إمدادات 3.3V أو 2.5V (على سبيل المثال ، مستشعرات إنترنت الأشياء ، الأنظمة المضمنة مع متحكم الذراع).

البيئات العالية الضوضاء: الضوابط الصناعية ، إلكترونيات السيارات ، أو أنظمة الطاقة حيث تكون مناعة الضوضاء أمرًا بالغ الأهمية.

تصاميم الإشارة المختلطة: التواصل مع كل من مكونات TTL و CMOS دون محولات المستوى (عند 5V).

المفاهيم الخاطئة الشائعة

خرافة: "74HC هو دائما أفضل من 74LS."
حقيقة: 74LS يتفوق في تطبيقات 5V فقط. 74HC متفوقة في سيناريوهات الجهد المرن والمرنة.

خرافة: "74LS عفا عليها الزمن."
حقيقة: في حين أن 74HC أكثر شعبية في التصميمات الجديدة ، لا يزال 74LS في الإنتاج للأنظمة القديمة وحالات الاستخدام العالي للتيار.

خرافة: "74hc يمكن أن تحل محل 74 لتر في جميع الدوائر."
حقيقة: قد تتطلب 74HC مخازن المؤقتة الخارجية لدفع الأحمال الثقيلة التي يتعامل بها 74LS مباشرة.

خاتمة

تتضمن سلسلة 74LS من الدوائر المتكاملة ، مع تقنية TTL الناضجة والأداء المستقر ، موضعًا مهمًا في تصميم الدوائر الرقمية. بالرغم منسلسلة 74HC المستندة إلى CMOSأصبح تدريجيا السائد ،سلسلة 74LSيظل لا يمكن الاستغناء عنه في السيناريوهات التي تتطلب ارتفاع تيار الإخراج (مثل قيادة الأحمال الثقيلة) أو التوافق مع الأنظمة القديمة.

إذا كنت تبحث عن رقائق من هذه السلسلة لمشروعك الجديد ، فاتصل بنا للحصول على أحدث الاقتباسات!