准备实验器材和工具
做逻辑电路实验,第一步是把该准备的东西都备齐。常见的元器件包括与门、或门、非门这些基本逻辑门芯片,比如74HC系列的74HC08(与门)、74HC32(或门)、74HC04(非门)。还需要面包板、杜邦线、5V直流电源(可以用USB供电模块)、按钮开关、LED灯和限流电阻(一般用220欧或330欧)。
这些东西在电子元件网店都能买到,价格不贵。我第一次做实验是在家里的书桌上,用一个旧手机充电器当电源,挺方便的。
搭建最简单的与门电路
拿一块面包板,插上74HC08芯片。这个芯片内部有四个独立的与门。给它第7脚接地(GND),第14脚接5V电源。随便选一个与门,比如用第1脚和第2脚当输入,第3脚是输出。
把两个按钮开关分别接到第1脚和第2脚,另一端接5V。每个按钮和芯片之间串一个10kΩ的下拉电阻到地,保证没按下时输入为低电平。第3脚输出接一个LED,再串个220Ω电阻到地。
按下两个按钮,LED才会亮。这就是“与”逻辑:只有两个输入都为高,输出才高。
换成或门试试看
把74HC08换成74HC32,其他接线方式差不多。或门的特点是只要有一个输入为高,输出就高。你按下一个按钮,LED就亮;两个都按也亮;都不按才灭。
这种直观的反馈特别适合初学者理解逻辑关系。我家小孩看过一次后就说:“这就像家里两个灯控开关,随便按哪个灯都亮。”
加入非门实现“反相”功能
想做个“按键开灯、再按关灯”的效果?可以试试非门。用74HC04芯片,它里面有六个非门。输入高电平,输出就是低;输入低,输出高。
把按钮接到非门输入,输出接LED。按钮没按下时,输入接地(低),输出变高,LED亮;按下按钮,输入变高,输出变低,LED灭。这就实现了反向控制。
组合多个逻辑门做复杂功能
实际应用中,往往需要组合使用。比如设计一个三人表决电路:三个人投票,多数同意才通过。这其实就是“多数表决器”,可以用两个与门加一个或门来实现。
假设A、B、C三人,只要有两人或以上按下按钮,输出就高。逻辑表达式是:(A ∧ B) ∨ (B ∧ C) ∨ (A ∧ C)。对应电路用三个与门分别判断两两组合,再用或门合并输出。
<!-- 示例逻辑表达式对应的布尔代数写法 -->
A AND B => 输出1
B AND C => 输出2
A AND C => 输出3
输出1 OR 输出2 OR 输出3 => 最终结果接好后测试各种组合,你会发现只有至少两个人按下按钮时灯才亮。这种电路可以用在小型投票装置或者安全控制系统里。
常见问题排查技巧
实验中最常遇到的问题是接了线但没反应。先检查电源是否正常,用万用表测芯片第14脚有没有5V,第7脚是否接地。然后看LED有没有接反,大多数LED长脚是正极。
如果逻辑不符合预期,可能是某个输入没加下拉或上拉电阻,导致悬空状态不稳定。面包板内部接触不良也常见,换个位置插一下试试。芯片方向别插反,缺口朝上,左下角是第1脚。
有一次我折腾半小时发现是杜邦线内部断了,换一根就好了。所以别急,一步步查,问题总能解决。