Логические микросхемы

Справочные карточки популярных логических микросхем с параметрами из даташитов производителей и подсказки по выбору серии: чем 74HC отличается от 74HCT, почему вход микросхемы на 5 В может не понять сигнал от микроконтроллера на 3,3 В и сколько тока можно взять с выходов.

Логические микросхемы серий 74HC и 74HCT — сдвиговые регистры, мультиплексоры, буферы, триггеры, счётчики — дополняют микроконтроллер, когда не хватает выводов или нужна быстрая аппаратная логика. Принципы работы логических элементов разобраны в статье «Цифровая логика», а здесь — карточки конкретных микросхем.

Карточки

Микросхема	Функция	Питание	Особенность
74HC00, 74HC14	четыре 2И-НЕ; шесть инверторов с триггером Шмитта	2–6 В	74HC14 чисто переключается от медленных и зашумлённых фронтов
74HC595	8-битный сдвиговый регистр с защёлкой	2–6 В (HC), 4,5–5,5 В (HCT)	расширяет выходы микроконтроллера по SPI, каскадируется
74HC165	8-битный сдвиговый регистр с параллельной загрузкой	2–6 В (HC), 4,5–5,5 В (HCT)	восемь входов на три вывода, кнопки и переключатели, каскад
74HC138	дешифратор 3 на 8 с тремя входами разрешения	2–6 В (HC), 4,5–5,5 В (HCT)	выбор одного из восьми, каскад до 32 выходов, сканирование матриц
CD4017, CD4060	счётчик на 10 выходов; 14-разрядный делитель с генератором	3–18 В	работают без микроконтроллера, выходы слабые
CD4013	два D-триггера с установкой и сбросом	3–18 В	счётный режим для кнопки с фиксацией, фронт такта до 15 мкс
CD4011, CD4093	четыре 2И-НЕ; у CD4093 — с триггером Шмитта	3–18 В	гистерезис 0,9 В при 5 В, RC-генератор на одном элементе
74HC4051, CD4051	аналоговый мультиплексор 8:1	2–6 В (HC), 3–18 В (CD4000)	восемь датчиков на один вход АЦП, сигнал проходит в обе стороны
CD4066	четыре аналоговых ключа	3–18 В	сопротивление 125–1050 Ом, от 3,3 В при питании 5 В не управляется надёжно

Что смотреть в даташите логики

На примере даташита MC74HC595A onsemi:

Строка даташита	Обозначение	Что означает
DC supply voltage	V_CC	диапазон питания: 2–6 В у HC, 4,5–5,5 В у HCT
Minimum high-level input voltage	V_IH	с какого напряжения вход гарантированно видит единицу; у HC зависит от питания
Maximum low-level input voltage	V_IL	до какого напряжения вход гарантированно видит ноль
High- и low-level output voltage	V_OH, V_OL	уровни выхода при заданном токе нагрузки
DC output current, supply current	I_OUT, I_CC	предельные токи одного выхода и выводов питания
Maximum clock frequency	f_max	наибольшая частота тактового сигнала; растёт с питанием
Propagation delay	t_PLH, t_PHL	задержка от входа до выхода
Power dissipation capacitance	C_PD	для расчёта динамической мощности: P = C_PD · V_CC² · f + I_CC · V_CC

При совместной работе с микроконтроллером на 3,3 В первым делом сравнивают его выходной уровень единицы с V_IH логики: как это делать и какие есть схемы согласования, рассказано в статьях «Логические уровни» и «Согласование уровней 3,3 и 5 В».

Частые вопросы

Чем 74HC отличается от 74HCT?

Порогами входов и питанием. 74HC питают от 2 до 6 В, и пороги у них привязаны к питанию: при 4,5 В единица — от 3,15 В. 74HCT питают от 4,5 до 5,5 В, а единица начинается с 2,0 В, как у ТТЛ. Поэтому 74HCT на 5 В надёжно принимает сигнал от микроконтроллера на 3,3 В, а 74HC на 5 В — нет.

Можно ли питать 74HC от 3,3 В?

Да, серия HC работает от 2 до 6 В. Пороги и выходные уровни масштабируются с питанием, но падает быстродействие: у 74HC595 предельная частота сдвига при 3 В — 15 МГц против 30 МГц при 4,5 В. Серия HCT от 3,3 В не работает: её диапазон — 4,5–5,5 В.

Сколько тока можно взять с выхода 74HC?

Уровни выходов гарантированы при 6 мА при питании 4,5 В: ноль не выше 0,26 В, единица не ниже 3,98 В. Предельный ток вывода — 35 мА, а суммарный через выводы питания — 70–75 мА в зависимости от производителя. Для светодиодов это несколько миллиампер на выход, а не десятки.