TTL IC 7400

Schreib einen Kommentar

Last Updated on 1. Juni 2024 by sfambach

Vier Nand Gatter in einem IC. Mit dem ersten IC der TTL Serie, können weitere Grundschaltung erstellt werden, so dass man nur einen Art von IC Bräuchte. Dies machte das IC so vielfältig und beliebt in seiner Zeit. Leider is die Zeit der TTL Bausteine vorüber heute werden mehr diese meist durch kleine Controller ersetzt die mit Software programmiert, komplexe Logiken abbilden können. Dennoch leitet diese Baustein auch meine TTL Serie ein. Die Verwendung der Bausteine dient dem besseren Grunverständnism, was als Basis für komplexere Schaltungen oder auch für die Programmierung hilfreich ist. Auch ist nicht auszuschliessen, dass solch ein Baustein einmal seine Anwendung mit einem Microcontroller findet, um Beispielsweise weniger GPIOs zu benötigen. (Beispiel ODER Schaltung zweier Kollissions-Taster. Sobald einer Gedrückt ist, bestehe eine Kollision, es wird aber nur ein GPIO benötigt (Ich weiss geht auch ohne Baustein 😉 ).

Was ist ein TTL IC?

Fakten

Schaltzeichen für NAND

NAND Schaltzeichen – Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Logikgatter

Schaltplan

Wahrheitstabelle

Nand Gatter

#1/2/3/4 A1/2/3/4 B1/2/3/4 YErläuterung
1001Beide Eingänge auf LOW => Ausgang auf HIGH
2101Eingang A auf HIGH, B auf LOW => Ausgang bleibt HIGH
3011Eingang A auf LOW, B auf HIGH => Ausgang bleibt HIGH
4110Beide Eingänge auf HIGH => Ausgang auf LOW, einziger LOW Zustand
Wahrheitstabelle NAND

Logiktester

Datenblatt

https://www.ti.com/product/de-de/SN7400

sn7400Herunterladen

Anwendungsbereiche

  • Aktivierung von ICs über Busadresse
  • Eingabe Steuerung
  • Logische Abfolgen

Ansichten

7400 4x Nand Gatter – Vorderseite
7400 4x Nand Gatter – Rückseite

Schaltung

Test

Nand – Beide Eingänge Low, Ausgang High
Nand – Eingang 1 High, Eingang 2 Low, Ausgang High
Nand – Eingang 1 Low, Eingang 2 High, Ausgang High
Nand – Beide Eingänge High, Ausgang Low
NAND – Video zu den Bildern

Programm

/** AND function */
bool and(bool e1, bool e2){
    return e1 && e2;
}

/** Not function */
bool not(bool e1){
  return !e1;
}

/** NAND function */
bool nand(bool e1, bool e2){
  return not(and (e1,e2));
}

void main(){
  bool ausgang1 = nand(true, true); 
  bool ausgang2 = not(and(true, true));
  // do some output 
}

Probleme

Im Ruhezustand ist die Rote LED aus

Nicht alle ICs ziehen automatisch die Eingänge auf Masse, um das Problem zu beheben müssen Pulldown-Widerstände zwischen dem Eingang und Masse geschaltet werden. 1kOhm ist OK kann auch mehr sein.

Sonstiges

NOT Schaltung

Für eine Not Schaltung werden zwei Eingänge eines NAND Gatters verbunden. Zum Beispiel verbindet man Pin 12 und 13 das an 12 anliegende Eingangssignal wird dann invertiert am Ausgang ausgegeben.

#Eingang A (12)B (13)Ausgang Z (11)
11=A0Eingang auf HIGH wird invertiert auf den Ausgang gegeben (LOW)
20=A1Eingang auf LOW wird ebenfalls invertiert auf den Ausgang gegeben (HIGH)
NAND – Gatter Eingang A und B verbunden => NOT Gatter
NOT mit NAND, EIngang LOW, Ausgang HIGH
NOT mit NAND, Eingang HIGH; Ausgang HIGH

AND Schaltung

Für die AND Schaltung werden zwei Gatter benötigt eins als NAND und eins als NOT beschaltet.

#ABCDErläuterung
10010Beide Eingänge auf LOW Ausgang ist auch LOW
21010Eingang A auf HIGH, B auf LOW, Ausgang LOW
30110Eingang A auf LOW, B auf HIGH, Ausgang LOW
41101Beide Eingänge auf HIGH somit ist der Ausgang HIGH
NAND – Wahrheitstabelle UND Schaltung
AND Gatter Schaltung, A LOW, B LOW, Y HIGH, Z LOW
AND Gatter Schaltung, A HIGH, B LOW, Y HIGH, Z LOW
AND Gatter Schaltung, A LOW, B HIGH, Y HIGH, Z LOW
AND Gatter Schaltung, A HIGH, B HIGH, Y LOW, Z HIGH

OR Schaltung

Die Or Schaltung benötigt schon drei Gatter. Der Ausgang ist HIGH sobald einer der Eingänge auf HIGH gelegt wird.

#AB!A!BZ
100110Beide Eingänge auf LOW, Ausgang auf LOW
210011Eingang A auf HIGH und B auf LOW , Ausgang auf HIGH
301101Eingang A auf LOW und B auf HIGH, Ausgang auf HIGH
411001Beide Eingänge auf HIGH, Ausgang auf HIGH
NAND – Wahrheitstabelle OR Schaltung
OR Schaltung A LOW, B LOW, !A HIGH, !B HIGH, Z LOW
OR Schaltung A HIGH, B LOW, !A LOW, !B HIGH, Z HIGH
OR Schaltung A LOW, B HIGH, !A HIGH, !B LOW, Z HIGH
OR Schaltung A HIGH, B HIGH, !A LOW, !B LOW, Z HIGH

NOR Schaltung

Natürlich ist auch ein NOR-Gatter Schaltung möglich. Hierfür muss ein weiteres Gatter Hinzugefügt werden, um den Ausgang zu negieren. Ist einer der Eingänge auf HIGH ist der Ausgaang immer LOW

#AB!A!BZErläuterung
100111Beide Eingänge auf LOW, der Ausgang is HIGH
210010Eingang A auf HIGH und B auf LOW , Ausgang auf LOW
301100Eingang A auf LOW und B auf HIGH, Ausgang auf LOW
411000Beide Eingänge auf HIGH, der Ausgang is LOW
NAND – Wahrheitstabelle NOR Schaltung
NAND – NOR Gatter, Eingang A und B LOW, Initialer Zustand
NAND – NOR Gatter, Eingang A HIGH und B LOW
NAND – NOR Gatter, Eingang A LOW und B HIGH
NAND – NOR Gatter, Eingang A und B HIGH

RS-FlipFlop

Mit den 4 Gattern des 7400 lässt sich auch ein RS-FlipFlop aufbauen. Der S(ets) und R(eset) Eingang müssen negiert werden und die Ausgänge jeweils auf einen Eingang Rückgekoppelt werden. In der Simulation haben die Ausgänge initial einen undefinierten Zustand. In der Realität ist es entweder gesetzt oder zurückgesetzt. Das Interessante am RS Flipflop ist, dass der Zustand nach lösen des S-Taster erhalten bleibt und erst wieder mit Betätigung des R-Tasters zurückgesetzt wird. Somit können wir 1 Bit speichern.

Durch die Rückkopplung muss immer der Vorgänger Zustand mit betrachtet werden. Zum Beispiel wurde Set auf HIGH gesetzt und dann wieder auf LOW bleibt Q1 HIGH.

#SR!S!RQ1!Q1Erläuterung
10011**Ausgangszustand
2100110Set auf HIGH
3001110Set gespeichert
4011001Rest auf HIGH
5001101Resetz gespeichert
6 110011Unzulässiger Zustand
7011001Resetz wird gewählt
8001101Reset gespeichert
9110011Unzulässiger Zustand (2)
10100110Set wird gewählt
11001110Set Zustand gespeichert
NAND – Wahrheitstabelle RS-FlipFlop Schaltung

Zustand 6, beide Eingänge auf HIGH, ist unzulässeig. Der weitere Verlauf hängt davon ab welcher der beiden Eingänge zuerst auf LOW gesetzt wird. Dies führt dazu dass der Jeweils andere zählt. Wird S zuerst auf LOW gesetzt zählt der R Eingang somit ist !Q1 aktiv. Im umgekehrten Fall wird R zuerst auf LOW gesetzt zählt der S Eingang und Q1 ist aktiv.

NAND RS-FlipFlop – Initialer Zustand
NAND RS-FlipFlop – Setzen
NAND RS-FlipFlop – Set gespeichert
NAND RS-FlipFlop – Reseten
NAND RS-FlipFlop – Rücksetzten gespeichert
NAND RS-FlipFlop – Unzulässiger Zustand

XNOR

Der Ausgang ist immer HIGH wenn die Eingänge gleiches Potential haben (A=B= LOW od. A=B=HIGH). Für diese Schaltung benötigt man mehr als nur ein IC.

#AB!A!BCD
1001111
2100110
3011010
4110001
Wahrheitstabelle XNOR Schaltung
7400- XOR Schaltung, beide Eingänge LOW, Ausgang LOW
7400- XNOR Schaltung Eingang A HIGH, B LOW Ausgang HIGH
7400- XNOR Schaltung Eingang A LOW, B HIGH Ausgang HIGH
7400- XOR Schaltung, beide Eingänge HIGH, Ausgang LOW
NOR – XNOR Schaltung

XOR

Beim XOR ist der Ausgang HIGH wenn die Eingänge unterschiedliedlich sind. Für diese Schaltung benötigt man schon 1,5 ICs.

#AB!A!BCD
1001010
2100011
3011111
4110100
Wahrheitstabelle XOR Schaltung
XOR – XOR Schaltung, beide Eingänge LOW, Ausgang LOW
XOR – XNOR Schaltung, Eingang A HIGH, B LOW, Ausgang HIGH
XOR – XNOR Schaltung, Eingang A LOW, B HIGH, Ausgang HIGH
XOR – XOR Schaltung, beide Eingänge HIGH, Ausgang LOW
NOR – XOR Schaltung

Platine Gelötet

Ich bitte das Chaos auf der Platine zu entschuldigen, musste erstmal wieder Fähigkeiten abrufen die ich Jahrzehnte nicht genutzt habe. Der Bauplan entspricht im Großen und Ganzen dem oben gezeigten. Die Jumper Trennen die LEDs samt Schalter vom IC um ander Schaltungen aufbauen zu können. Ich betreibe die Platine übrigens mit 6V (4x 1,5v AAA Batterien).

Ich habe ausversehen einen 16 Poligen IC Sockel verwendet. Auslöten war keine Option und die Brücke zur Masse wollte ich auch nicht mehr entfernen, so haben ich PIN 7 und 8 des Sockels einfach verbunden.

Ansicht

7400 Lötplatine – Frontseite
7400 Lötplatine – Rückseiten Chaos.

Materialliste (BOM)

BauteilAnzahl
LED Grün/Gelb/Rot (Können auch die gleich Farbe haben)3
Jumper (Rot, Grün und Gelb entsp. den LED Farben gewählt)3
2 Polig Pins gerade3
2 Polig Pins abgewingkelt für die Stromversorgung1
7 Polig Pins für zusätzliche Verbindungen3
Taster mit langen Drücker2
1K Widerstand (Pulldown/Vorwiederstand für LED)5
IC Sockel 14 Polig1
Silberbdraht für die Verbidnungen auf der Rückseite?
Lötzinn?
7402 Lötplatine Materialliste

NACHTRAG Wenn man die LEDs mit den Pulldownwiderständen in Reiche schaltet kann man zwei Widerstände einsparen. Die Spannung von 3,5V (5V Versorgungsspannung -1,5V LED) am Eingang des ICs sollten ausreichen um ein HIGH zu erzeugen.

Fazit

Ein faszinierendes IC. Sehr vielfältig in seiner Funktion. Mit ihm kann man durch Verwendung aller Gatter andere Grundlogiken wie AND, NOR, OR , NOT und sogar höhere Logiken wie ein R/S FlipFlop erstellen.

Verwandte Beiträge

Quellen

https://de.wikipedia.org/wiki/7400

TTL-Code-Datenbank

https://www.elektronik-kompendium.de

https://sourceforge.net/projects/circuit (Logik Simu, Verwende ich für meine Zeichnungen)

LogiSim – Schaltungssimulator

https://logigator.com/editor

Log

DatumBeschreibung
16.05.2024Beitrag angelegt
18.05.2024Bilder gemacht, Schaltung Aufgebaut und getestet.
24.05.2024Fehler korrigiert und Link zu TTL IC eingefügt. Logikschaltungen hinzugefügt.
25.05.2024Live
30.05.2024RS-FlipFlop nachgeschalgen ist mit NAND Gattern möglich. Platine gelötet.
31.05.2024RS-FlipFlop hinzugefügt und ein paar marginale Verbesserungen vorgenommen.
01.06.2024XOR und XNOR hinzugefügt. Fotos von der Platine hinzugefügt.
LOG

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert