74LS86 引腳圖及功能詳解

74LS86 是一款常用的四路二輸入異或門集成電路，屬于TTL（晶體管-晶體管邏輯）家族的低功耗肖特基（Low-power Schottky）系列。它在數(shù)字邏輯電路設計中扮演著重要的角色，廣泛應用于數(shù)據(jù)比較、加法器、減法器、校驗碼生成與檢測、偽隨機數(shù)生成等多種場合。了解其引腳排列和各項功能是正確使用這款芯片的基礎。

芯片概述與特性

74LS86 芯片內(nèi)部集成了四個獨立的異或門，每個異或門都有兩個輸入端和一個輸出端。異或門的邏輯功能是：當兩個輸入端狀態(tài)不同時，輸出為高電平；當兩個輸入端狀態(tài)相同時，輸出為低電平。這種特性使其在處理二進制數(shù)據(jù)時具有獨特的優(yōu)勢。

該芯片采用**LS（Low-power Schottky）**技術，相較于早期的標準TTL（如74XX系列），LS系列在保持較高工作速度的同時，顯著降低了功耗，從而減少了系統(tǒng)對電源的需求并降低了發(fā)熱量。它的典型傳輸延遲時間在20納秒左右，功耗約為每個門2毫瓦。這些特性使得74LS86在許多中低速數(shù)字系統(tǒng)中仍然是一個非常受歡迎的選擇。

引腳圖與引腳功能

74LS86 通常采用14引腳雙列直插式（DIP-14）封裝，其引腳排列遵循業(yè)界標準。理解每個引腳的名稱和作用是正確連接和使用芯片的關鍵。

74LS86 DIP-14 封裝引腳圖：

      _________
     |         |
A1_1 |o        | 14 VCC
B1_2 |         | 13 Y4
Y1_3 |         | 12 B4
A2_4 |         | 11 A4
B2_5 |         | 10 Y3
Y2_6 |         | 9 B3
GND_7|_________| 8 A3

引腳功能詳細說明：

電源引腳

• 引腳 14：VCC (正電源)

• 這是芯片的電源輸入引腳，用于連接直流正電源。對于74LS系列芯片，標準的VCC電壓范圍是4.75V到5.25V，典型值為5V。為確保芯片正常工作并避免損壞，必須在此引腳上提供穩(wěn)定的5V電源，并且通常會在線路附近放置一個0.1uF的去耦電容，以濾除電源中的高頻噪聲，保證芯片供電的純凈性。

• 引腳 7：GND (地)

• 這是芯片的接地引腳，需要連接到電路的公共地線。它是所有內(nèi)部電路的參考電位。正確的接地對于芯片的穩(wěn)定工作至關重要。

異或門輸入/輸出引腳

74LS86 內(nèi)部有四個獨立的異或門，我們分別稱之為門1、門2、門3和門4。每個門都有一對輸入引腳和一個輸出引腳。

門1：

• 引腳 1：A1 (門1輸入A)

• 這是第一個異或門的第一個輸入端。它接收一個二進制邏輯信號（高電平或低電平）。

• 引腳 2：B1 (門1輸入B)

• 這是第一個異或門的第二個輸入端。它接收另一個二進制邏輯信號。

• 引腳 3：Y1 (門1輸出)

• 這是第一個異或門的輸出端。其輸出狀態(tài)取決于A1和B1的邏輯組合，遵循異或門的真值表。

門2：

• 引腳 4：A2 (門2輸入A)

• 這是第二個異或門的第一個輸入端。

• 引腳 5：B2 (門2輸入B)

• 這是第二個異或門的第二個輸入端。

• 引腳 6：Y2 (門2輸出)

• 這是第二個異或門的輸出端。

門3：

• 引腳 8：A3 (門3輸入A)

• 這是第三個異或門的第一個輸入端。

• 引腳 9：B3 (門3輸入B)

• 這是第三個異或門的第二個輸入端。

• 引腳 10：Y3 (門3輸出)

• 這是第三個異或門的輸出端。

門4：

• 引腳 11：A4 (門4輸入A)

• 這是第四個異或門的第一個輸入端。

• 引腳 12：B4 (門4輸入B)

• 這是第四個異或門的第二個輸入端。

• 引腳 13：Y4 (門4輸出)

• 這是第四個異或門的輸出端。

異或門邏輯功能詳解

異或門（Exclusive OR gate, XOR gate）的邏輯符號通常是一個帶有額外曲線的或門符號。其功能可以表示為邏輯表達式 Y=AoplusB 或 Y=AoverlineB+overlineAB。

異或門真值表：

從真值表可以看出，只有當兩個輸入信號不同時（一個為0，另一個為1），異或門的輸出才為高電平（1）。如果兩個輸入信號相同（都為0或都為1），輸出則為低電平（0）。

這種特性使得異或門在以下應用中非常有用：

• 比較器： 如果兩個輸入信號相同，輸出為0；不同，輸出為1。這可以用于判斷兩個二進制位是否相等。

• 可控反相器： 當其中一個輸入端作為控制信號時，另一個輸入端可以通過異或門實現(xiàn)反相或直通。例如，如果輸入A固定為1，則輸出Y將是B的反相 (overlineB)。如果輸入A固定為0，則輸出Y將是B的直通 (B)。

• 奇偶校驗： 異或門可以用于計算一組二進制位的奇偶校驗位。多個異或門串聯(lián)或級聯(lián)可以判斷一組位中高電平（1）的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)。

典型應用場景

74LS86 作為一款基礎的邏輯門芯片，其應用場景非常廣泛。

1. 數(shù)據(jù)比較器

最直觀的應用就是數(shù)據(jù)比較。當我們需要比較兩個二進制位是否相等時，可以將這兩個位作為74LS86一個門的輸入。如果輸出為0，則表示兩個位相等；如果輸出為1，則表示兩個位不相等。這可以擴展到多位數(shù)據(jù)的比較，通過并行使用多個異或門或結合其他邏輯門實現(xiàn)更復雜的功能。例如，要比較兩個4位二進制數(shù)A3A2A1A0和B3B2B1B0，可以將A0和B0送入一個異或門，A1和B1送入另一個，以此類推。如果所有異或門的輸出都為0，則表示兩個4位數(shù)據(jù)完全相等。

2. 半加器與全加器

異或門是構建加法器的基本組件。一個半加器（Half Adder）由一個異或門和一個與門組成，可以完成兩個二進制位加法并產(chǎn)生和（Sum）與進位（Carry）。

• 和（Sum）= A oplus B (由異或門實現(xiàn))

• 進位（Carry）= A cdot B (由與門實現(xiàn))

進一步地，通過組合兩個半加器和一個或門，可以構建全加器（Full Adder），能夠處理兩個輸入位和一個來自低位的進位輸入，并產(chǎn)生和及向高位的進位輸出。74LS86的四個異或門可以方便地用于構建多位加法器中的“和”部分。

3. 校驗碼生成與檢測

在數(shù)字通信和數(shù)據(jù)存儲中，**奇偶校驗（Parity Check）**是一種簡單的錯誤檢測方法。

• 奇校驗： 確保一組數(shù)據(jù)位中“1”的數(shù)量為奇數(shù)。如果計算出的“1”的數(shù)量為偶數(shù)，則需要添加一個校驗位“1”使其變?yōu)槠鏀?shù)；否則添加“0”。

• 偶校驗： 確保一組數(shù)據(jù)位中“1”的數(shù)量為偶數(shù)。如果計算出的“1”的數(shù)量為奇數(shù)，則需要添加一個校驗位“1”使其變?yōu)榕紨?shù)；否則添加“0”。

多個異或門可以串聯(lián)或樹狀連接，用來計算一組數(shù)據(jù)位的奇偶性。例如，要計算4位數(shù)據(jù)的偶校驗位，可以將A0與A1異或，結果再與A2異或，最后結果再與A3異或，最終的輸出就是偶校驗位。這種方式可以高效地檢測傳輸或存儲過程中是否發(fā)生了一位或奇數(shù)位錯誤。

4. 可控反相器

如前所述，異或門可以作為可控反相器使用。當一個輸入端連接到控制信號時，另一個輸入端的數(shù)據(jù)可以根據(jù)控制信號的狀態(tài)選擇直通（不反相）或反相輸出。這在數(shù)據(jù)處理中，例如需要根據(jù)特定條件對數(shù)據(jù)進行取反操作時非常有用。

5. 偽隨機數(shù)生成

異或門是構建線性反饋移位寄存器（LFSR）的關鍵組件之一。LFSR是生成**偽隨機序列（PN序列）**的常用電路，廣泛應用于加密、擴頻通信、測試信號生成等領域。通過將移位寄存器的一些抽頭（特定的位）進行異或操作后反饋到輸入端，LFSR可以產(chǎn)生周期長、統(tǒng)計特性良好的偽隨機序列。

6. 脈沖序列生成

異或門也可以用于產(chǎn)生或整形脈沖序列。例如，將一個脈沖信號與其延遲后的版本進行異或，可以產(chǎn)生一個窄脈沖。這種技術常用于邊緣檢測電路中。

電氣特性與使用注意事項

雖然74LS86是一種相對穩(wěn)定的數(shù)字集成電路，但在實際使用中仍需注意其電氣特性和一些通用規(guī)則，以確保電路的可靠性和穩(wěn)定性。

1. 供電電壓

VCC： 標準工作電壓為5V，允許范圍通常在4.75V到5.25V。超出此范圍可能導致芯片功能異常甚至永久性損壞。

2. 輸入/輸出邏輯電平

74LS86 遵循TTL標準邏輯電平：

• 高電平輸入（VIH）： 通常最小為2V。低于此電壓可能被識別為低電平。

• 低電平輸入（VIL）： 通常最大為0.8V。高于此電壓可能被識別為高電平。

• 高電平輸出（VOH）： 通常最小為2.7V（灌電流時）。

• 低電平輸出（VOL）： 通常最大為0.5V（拉電流時）。

這意味著輸入信號必須達到足夠的電壓擺幅才能被芯片正確識別，并且輸出信號也需要滿足后續(xù)器件的輸入電平要求。

3. 扇出能力（Fan-out）

扇出能力指的是一個邏輯門能夠驅動的同類型邏輯門的數(shù)量。74LS86的輸出能夠驅動一定數(shù)量的TTL輸入。例如，一個74LS系列門的輸出通?？梢则寗?0個標準的74LS系列輸入。超過這個限制可能會導致輸出電平不符合規(guī)范，從而影響后續(xù)電路的正常工作。

4. 去耦電容

在電源引腳（VCC）和地（GND）之間，緊鄰芯片放置一個0.1μF（微法）的陶瓷去耦電容是強烈推薦的做法。這個電容能夠濾除電源線上的高頻噪聲，并在芯片瞬間切換狀態(tài)（例如輸出電平變化）時提供局部電流，防止電源電壓瞬時跌落，從而保證芯片的穩(wěn)定工作和減少數(shù)字電路產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）。

5. 未使用的輸入引腳處理

對于TTL系列芯片，未使用的輸入引腳不能懸空（浮空）。懸空的TTL輸入引腳通常會被內(nèi)部電路識別為高電平，但由于其處于高阻抗狀態(tài)，容易受到噪聲干擾，導致邏輯狀態(tài)不穩(wěn)定。 正確的處理方法是：

• 對于異或門： 未使用的輸入引腳可以連接到地（0V）或連接到VCC（5V），這取決于你希望其對應的門如何工作。例如，如果你想讓某個異或門作為反相器使用，可以將其一個輸入固定為高電平（連接VCC）。如果你想讓其作為直通門使用，可以將其一個輸入固定為低電平（連接GND）。

• 通用原則： 通常，為了避免噪聲干擾和確保邏輯狀態(tài)的確定性，未使用的輸入引腳應連接到確定的邏輯電平（VCC或GND），或者連接到其他正在使用的輸入引腳上。

6. 靜電保護

集成電路對靜電敏感。在操作74LS86或任何其他IC時，應采取防靜電措施，如佩戴防靜電腕帶、使用防靜電工作臺，避免在干燥的環(huán)境中操作，以防止靜電放電損壞芯片內(nèi)部電路。

與相關芯片的比較

在數(shù)字邏輯芯片家族中，異或門并不僅僅局限于74LS86。了解一些相關芯片有助于更好地選擇和理解其應用。

• 74HC86： 74HC系列是**高速CMOS（High-speed CMOS）**系列芯片，與74LS系列功能兼容，但采用CMOS工藝制造。其優(yōu)點是功耗極低（特別是在靜態(tài)時），抗噪聲能力更強，工作電壓范圍更寬（通常為2V-6V），但速度可能略低于LS系列，且輸入阻抗非常高。在低功耗或寬電壓應用中，74HC86是74LS86的常見替代品。

• 74HCT86： 74HCT系列是與TTL電平兼容的CMOS系列。這意味著它可以直接與TTL器件接口，而不需要額外的電平轉換電路。它結合了CMOS的低功耗和TTL的電平兼容性，在混合電路設計中非常有用。

• 其他邏輯門： 異或門可以由其他基本的邏輯門（如與門、或門、非門）組合而成。例如，一個異或門可以通過兩個與非門和一個或非門，或者通過四個與非門來實現(xiàn)。但在大多數(shù)情況下，直接使用現(xiàn)成的異或門芯片（如74LS86）更為方便和節(jié)省空間。

總結

74LS86作為一款經(jīng)典的四路二輸入異或門集成電路，憑借其穩(wěn)定的性能、較低的功耗和廣泛的應用場景，在數(shù)字電子領域中占據(jù)了一席之地。理解其14個引腳的準確功能、掌握異或門的邏輯特性以及注意使用時的電氣規(guī)范，對于電子工程師和愛好者來說至關重要。從簡單的數(shù)據(jù)比較到復雜的加法器構建，再到錯誤檢測和偽隨機數(shù)生成，74LS86都發(fā)揮著不可或缺的作用。盡管現(xiàn)在有更先進的CMOS替代品，但74LS86仍然是許多教育和經(jīng)典項目中的首選，它的基礎邏輯功能是數(shù)字電路設計的基石。