Стоит ли учиться использовать логические ИС «желейные бобы» серии 7400 или они полностью устарели?

Моя дорожная карта для изучения электроники включала логические чипы серии 7400. Я начал с электроники, следуя лабораторным работам в лабораторном руководстве «Искусство электроники», которое включает в себя лаборатории с этими чипами. Я закончил создание нескольких пользовательских плат Microchip PIC и Atmel, прежде чем заняться этими конкретными лабораторными работами. Теперь я радуюсь ПЛИС и с нетерпением жду возможности попробовать одну из них. Должен ли я оставить серию 7400 позади или ее понимание считается основополагающим для понимания более современных программируемых логических чипов? Некоторые из серии 7400 все еще используются в новых (хороших) проектах для простых вещей? Есть ли еще особенно полезные чипы серии 7400, которые используются постоянно? Я думаю, что это не займет много времени, чтобы просто сделать серию 7400 лабораторных работ, но, Я просто хотел почувствовать, насколько они устарели, так как мне было так сложно найти детали. Я не мог найти некоторые, и я потратил намного больше денег, чем я думал, что это приемлемо.

Решение:

Спасибо за ответы на все вопросы! Каждый ответ был полезен. Я был убежден, что 7400 все еще находит применение в проектах и ​​все еще полезен сегодня, однако, обычно не для больших логических конструкций, где программируемая логика более уместна. Кроме того, я был убежден, что изучение использования дискретных логических ИС является хорошим подготовительным шагом перед началом работы на программируемых логических устройствах.

Не думайте ни на минуту, что только из-за того, что у вас есть ПЛИС, что изучение 74xx устарело. При проектировании с использованием FPGA вы должны уметь «видеть» логику, работающую в вашей голове на уровне дискретных вентилей (вы научитесь этому навыку из дискретных логических чипов 74xx, cmos 40xx).

Программирование ПЛИС не похоже на написание компьютерной программы, похоже, что это так, но только идиоты скажут вам, что это так.

вы увидите, что многие в сети говорят о том, что их дизайн FPGA велик или медленен, но на самом деле они просто не понимают, как мыслить на истинном многопроцессорном уровне параллельных шлюзов, и заканчивают последовательную обработку большей частью того, что они пытаются сделать. это потому, что они просто открывают инструменты проектирования и начинают программировать так, как будто пишут «C» или «C ++».

1. За время, необходимое для компиляции проекта для FPGA на домашнем компьютере, вы можете создать простой логический дизайн в 74xx
2. Используя FPGA для дизайна, вы ДОЛЖНЫ работать с симуляторами, а не с «жесткой» FPGA. То есть, если ваш 74xx проект работает со сбоями, вы можете возиться с соединениями, с FPGA вы должны переписать, повторно запустить симуляцию и затем потратить более 30 минут на повторную компиляцию дизайна FPGA.

Придерживайтесь диапазона 74xx или 40xx, постройте некоторые «сумматоры», «переключатели» и светодиодные проблесковые маячки со стробированием, как только вы привыкнете видеть дискретные микросхемы, вам станет легче работать с массивным «шариком», который представляет собой FPGA.

Два вида дискретной логики, которые я вижу, все еще используются:

• Буферы. Если вам нужно 60 мА для управления длинной линией шины или у вас есть входящий сигнал с вашей платы, что вы не хотите давать возможность жарить свою ПЛИС, вам все равно нужно дискретное буферное устройство. Буферы также используются в качестве переключателей уровня между устаревшими интерфейсами 5 В и низковольтными входами / выходами ПЛИС.

• Немного логики TI, NXP и т. Д., Все они есть. Это в основном те же старые функции, что и в логике TTL, но обычно это один или два шлюза в пакете. А пакеты - это микроскопические вещи, такие как SOT23 или SC70. Если вам просто нужен инвертор или логический элемент И для фиксации управляющего сигнала (скажем, для последовательности блоков питания или чего-то в этом роде), вы не хотите использовать программируемую многодолларовую логическую часть, если есть $ .05 или $ .10 ворота доступны.

Ну, если у вас уже есть их под рукой, нет никаких причин, чтобы не проводить лабораторные работы и хорошо понимать, что они делают и как они работают.

В то время как базовые уровни TTL становятся все более и более устаревшими, существуют различные линии, которые предлагают одни и те же логические элементы / логику, но больше подходят для более современных конструкций ... CMOS, высокая скорость, низкое напряжение и т. Д.

Я имел только случайное использование для серии 7400, но когда я это сделал, я был рад, что у меня было хорошее понимание того, что может предложить серия.

Программирование FPGA - это в значительной степени программирование, но целевое аппаратное обеспечение параллельно на уровне, который большинство программистов не может обернуть вокруг себя. Кроме того, существуют сложности (синхронизация, регистрация сигналов, направление выводов ввода / вывода и т. Д.), Которые просто не имеют аналогов в очищенном мире прикладного программирования.

Изучение логики 74xx поможет вам, потому что она даст вам почувствовать такие проблемы, как регистрация сигналов, как далеко вы можете разогнать часы и т. Д. Важно не впадать в ТАКОЕ восхищение логикой 74xx, которую вы не можете думать за ее пределами - ПЛИС способны на удивительные вещи в правильных руках, и если все, что вы можете придумать, это эмулировать в них логику 74xx, то вы теряете их потенциал.

Многие проекты потребуют некоторого количества дискретной логики, которая слишком велика для того, чтобы фактически построить ее из дискретных транзисторов, но для которой даже PLD будет чрезмерно избыточным или будет использовать слишком большой ток. Полезно знать, какие существуют устройства 74HCxx и т. Д., Которые могут выполнять такие функции. Обратите внимание, что в некоторых случаях может быть «очевидная» часть для заполнения роли, но другая часть может фактически заполнить ее лучше. Иногда может оказаться возможным использовать деталь неожиданным образом для выполнения уникальных требований проекта. Одним примером, которым я особенно горжусь, было использование 74xx153 или 74xx253 с резистором и небольшой заглушкой для выполнения обеих следующих функций (входы A, B и C; выходы X и Y):

X =! A
Y = выход C, когда! A & B; еще держи Y

Я не уверен, что резистор и колпачок (по отзывам Y) были строго необходимы, но в проекте использовался один логический чип 74хх, чтобы выполнить роль, для которой в начале 1980-х другие дизайнеры использовали бы несколько чипов.

Эпоха, когда вы заполнили весь квадратный фут пространства печатной платы клеевой логикой (т.е. «склеенные» вместе чипы 74xx), - за исключением образовательных проектов, модернизации / создания запасных частей для устаревших сменных плат и необычной высокой надежности, высокой - температура, пространство, мил или аэродинамический продукт, возможно.

В течение последних двух лет я работал над платами, на которых есть тонны дорогой ПЛИС. Вот несколько примеров, где 74xx все еще используется на этих платах:

• Шинные или линейные драйверы и приемники - некоторые логические семейства имеют лучшую способность обрабатывать ток, чем микроконтроллер или выход FPGA, а некоторые семейства логики не имеют столь же ядовитых скоростей нарастания, как выходы FPGA (EMI!). Кроме того, входы FPGA имеют тенденцию иметь очень жесткие спецификации для сигналов вызова за пределами их GND или питающих шин. Микросхема с одним затвором между следом, идущим откуда-то отвратительно, и вашей FPGA может спасти вас от больших забот.

• Связанные с безопасностью части схем - создание некоторых частей вашего проекта с избыточностью или средство проверки того, что некоторые вещи все еще работают, как требуется, часто трудно или невозможно, используя только программируемое устройство (микроконтроллер, FPGA, ...). Здесь очень удобна небольшая логика (микросхемы с одним затвором). Иногда я даже использую логику, построенную на диодах, дискретных транзисторах и / или резисторах (дискретные DTL, RTL, TTL).

• Более высокие, чем обычно, уровни напряжения , иногда в сочетании с чрезвычайно жесткими временными характеристиками - особенно при проектировании аналоговых или силовых цепей, бывает, что вам требуется некоторая логика вокруг части вашей цепи, которая работает с 10 ... 15 В, или что вы нужен интерфейс между некоторым событием в силовой части и ПЛИС. Чипы CMOS серии 4000 по-прежнему великолепны, поскольку они работают (или выше) 15 В. Дискретный DTL может быть рассчитан на очень быстрые задержки распространения и напряжения> 3,3 В. Если вам нужен драйвер MOSFET, который будет включать только MOSFET если два выхода, поступающие с «островка» 3,3 В, согласуются, требуемый логический элемент И и переключатель уровня к драйверу 0 и 10 В могут быть выполнены с использованием дискретной логики.

• Стоимость и предсказуемость- некоторые промышленные источники питания, даже самые последние, до сих пор не используют специальные интегральные микросхемы регулятора обратного хода или другие интегрированные «решения» - и спроектированы на основе одной логической ИС с 14 контактами. В больших количествах эти логические ИС дешевы и стоят совсем немного ШИМ-контроллера или чего-то еще, и вы можете настроить схему так хорошо, что точно знаете, что происходит. К сожалению, очень многие интегральные схемы источников питания по-прежнему оставляют многие вопросы без ответа в своих таблицах данных, и большинство из них были разработаны с учетом определенного применения. Если у вас есть требование чуть-чуть не в мейнстриме, вы быстро доберетесь до точки, где отфильтровывается множество доступных микросхем. (Хотите не ограничивать емкостную нагрузку на выходе? Держитесь подальше от чего-либо с режимом сбоя или токовой характеристикой, т.е.

Подводя итог: сегодня вы, скорее всего, не будете строить ничего с интегральными схемами серии 74xx или 4000, которые можно выразить чем-то большим, чем одна или две строки логических уравнений, - но эти маленькие помощники все еще используются десятками тысяч в тех областях, где они считаются «просто очень хорошо определенными транзисторами на кристалле» в аналоговой или энергетической среде.

Сегодня «изучение» логических микросхем может даже больше касаться их спецификаций электрического постоянного и переменного тока по сравнению с тем, как с их помощью можно создавать большие логические блоки или целые ALU (хотя последний тоже не повредит).

Дискретная логика - это одна из тех вещей, которые каждый должен знать, если они занимаются проектированием или отладкой электронных плат. Насколько я понимаю, очень немногие люди действительно углубляются в крупномасштабную дискретную логику. Существует слишком много вариантов размещения одних и тех же возможностей в одном чипе и некоторых вспомогательных чипах. Это включает в себя микроконтроллеры, CPLD, FPGA, ASIC, SoC, PSoC, DSP (процессоры) и так далее. Микрочип даже имеет несколько микроконтроллеров с некоторыми программируемыми логическими ячейками:

http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/press-release/microchip-launches-8-bit-mcus-with-configurable-lo.html

Вероятно, есть еще много вариантов. Дискретная логика все еще полезна, но нет необходимости изучать, как построить АЛУ из них. Я должен согласиться со списком практической дискретной логики Фотона. В остальном, на мой взгляд, микроконтроллеры и ПЛИС наиболее практичны в освоении.

Может быть полезно узнать, что доступно, как говорит Тево. Тем не менее, я на самом деле не тратил много времени на них сам. Я, как и вы, очевидно, купил небольшой выбор из 7400, ожидая, что они станут шагом вперед.

Это не сработало.

Вы, очевидно, действительно с нетерпением ждете FPGA. Вероятно, важнее поддерживать интерес и заниматься делами, которые вы считаете интересными, чем идти по пути, который вы считаете. В конце концов ... если это закончится тем, что ты чувствуешь себя слишком занятым, ты можешь немного перегореть и не возвращаться на некоторое время.

Внимательно посмотрите на 7400 деталей, которые у вас есть. Как вы думаете, у вас есть приличное представление о том, что они делают?

Я полагаю, что вы должны как минимум понять логические элементы и шлепки, прежде чем переходить к FPGA. Если у вас есть это, пойти на это.