74LS86 引脚图及功能详解

74LS86 是一款常用的四路二输入异或门集成电路，属于TTL（晶体管-晶体管逻辑）家族的低功耗肖特基（Low-power Schottky）系列。它在数字逻辑电路设计中扮演着重要的角色，广泛应用于数据比较、加法器、减法器、校验码生成与检测、伪随机数生成等多种场合。了解其引脚排列和各项功能是正确使用这款芯片的基础。

芯片概述与特性

74LS86 芯片内部集成了四个独立的异或门，每个异或门都有两个输入端和一个输出端。异或门的逻辑功能是：当两个输入端状态不同时，输出为高电平；当两个输入端状态相同时，输出为低电平。这种特性使其在处理二进制数据时具有独特的优势。

该芯片采用**LS（Low-power Schottky）**技术，相较于早期的标准TTL（如74XX系列），LS系列在保持较高工作速度的同时，显著降低了功耗，从而减少了系统对电源的需求并降低了发热量。它的典型传输延迟时间在20纳秒左右，功耗约为每个门2毫瓦。这些特性使得74LS86在许多中低速数字系统中仍然是一个非常受欢迎的选择。

引脚图与引脚功能

74LS86 通常采用14引脚双列直插式（DIP-14）封装，其引脚排列遵循业界标准。理解每个引脚的名称和作用是正确连接和使用芯片的关键。

74LS86 DIP-14 封装引脚图：

      _________
     |         |
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

引脚功能详细说明：

电源引脚

• 引脚 14：VCC (正电源)

• 这是芯片的电源输入引脚，用于连接直流正电源。对于74LS系列芯片，标准的VCC电压范围是4.75V到5.25V，典型值为5V。为确保芯片正常工作并避免损坏，必须在此引脚上提供稳定的5V电源，并且通常会在线路附近放置一个0.1uF的去耦电容，以滤除电源中的高频噪声，保证芯片供电的纯净性。

• 引脚 7：GND (地)

• 这是芯片的接地引脚，需要连接到电路的公共地线。它是所有内部电路的参考电位。正确的接地对于芯片的稳定工作至关重要。

异或门输入/输出引脚

74LS86 内部有四个独立的异或门，我们分别称之为门1、门2、门3和门4。每个门都有一对输入引脚和一个输出引脚。

门1：

• 引脚 1：A1 (门1输入A)

• 这是第一个异或门的第一个输入端。它接收一个二进制逻辑信号（高电平或低电平）。

• 引脚 2：B1 (门1输入B)

• 这是第一个异或门的第二个输入端。它接收另一个二进制逻辑信号。

• 引脚 3：Y1 (门1输出)

• 这是第一个异或门的输出端。其输出状态取决于A1和B1的逻辑组合，遵循异或门的真值表。

门2：

• 引脚 4：A2 (门2输入A)

• 这是第二个异或门的第一个输入端。

• 引脚 5：B2 (门2输入B)

• 这是第二个异或门的第二个输入端。

• 引脚 6：Y2 (门2输出)

• 这是第二个异或门的输出端。

门3：

• 引脚 8：A3 (门3输入A)

• 这是第三个异或门的第一个输入端。

• 引脚 9：B3 (门3输入B)

• 这是第三个异或门的第二个输入端。

• 引脚 10：Y3 (门3输出)

• 这是第三个异或门的输出端。

门4：

• 引脚 11：A4 (门4输入A)

• 这是第四个异或门的第一个输入端。

• 引脚 12：B4 (门4输入B)

• 这是第四个异或门的第二个输入端。

• 引脚 13：Y4 (门4输出)

• 这是第四个异或门的输出端。

异或门逻辑功能详解

异或门（Exclusive OR gate, XOR gate）的逻辑符号通常是一个带有额外曲线的或门符号。其功能可以表示为逻辑表达式 Y=AoplusB 或 Y=AoverlineB+overlineAB。

异或门真值表：

从真值表可以看出，只有当两个输入信号不同时（一个为0，另一个为1），异或门的输出才为高电平（1）。如果两个输入信号相同（都为0或都为1），输出则为低电平（0）。

这种特性使得异或门在以下应用中非常有用：

• 比较器： 如果两个输入信号相同，输出为0；不同，输出为1。这可以用于判断两个二进制位是否相等。

• 可控反相器： 当其中一个输入端作为控制信号时，另一个输入端可以通过异或门实现反相或直通。例如，如果输入A固定为1，则输出Y将是B的反相 (overlineB)。如果输入A固定为0，则输出Y将是B的直通 (B)。

• 奇偶校验： 异或门可以用于计算一组二进制位的奇偶校验位。多个异或门串联或级联可以判断一组位中高电平（1）的个数是奇数还是偶数。

典型应用场景

74LS86 作为一款基础的逻辑门芯片，其应用场景非常广泛。

1. 数据比较器

最直观的应用就是数据比较。当我们需要比较两个二进制位是否相等时，可以将这两个位作为74LS86一个门的输入。如果输出为0，则表示两个位相等；如果输出为1，则表示两个位不相等。这可以扩展到多位数据的比较，通过并行使用多个异或门或结合其他逻辑门实现更复杂的功能。例如，要比较两个4位二进制数A3A2A1A0和B3B2B1B0，可以将A0和B0送入一个异或门，A1和B1送入另一个，以此类推。如果所有异或门的输出都为0，则表示两个4位数据完全相等。

2. 半加器与全加器

异或门是构建加法器的基本组件。一个半加器（Half Adder）由一个异或门和一个与门组成，可以完成两个二进制位加法并产生和（Sum）与进位（Carry）。

• 和（Sum）= A oplus B (由异或门实现)

• 进位（Carry）= A cdot B (由与门实现)

进一步地，通过组合两个半加器和一个或门，可以构建全加器（Full Adder），能够处理两个输入位和一个来自低位的进位输入，并产生和及向高位的进位输出。74LS86的四个异或门可以方便地用于构建多位加法器中的“和”部分。

3. 校验码生成与检测

在数字通信和数据存储中，**奇偶校验（Parity Check）**是一种简单的错误检测方法。

• 奇校验： 确保一组数据位中“1”的数量为奇数。如果计算出的“1”的数量为偶数，则需要添加一个校验位“1”使其变为奇数；否则添加“0”。

• 偶校验： 确保一组数据位中“1”的数量为偶数。如果计算出的“1”的数量为奇数，则需要添加一个校验位“1”使其变为偶数；否则添加“0”。

多个异或门可以串联或树状连接，用来计算一组数据位的奇偶性。例如，要计算4位数据的偶校验位，可以将A0与A1异或，结果再与A2异或，最后结果再与A3异或，最终的输出就是偶校验位。这种方式可以高效地检测传输或存储过程中是否发生了一位或奇数位错误。

4. 可控反相器

如前所述，异或门可以作为可控反相器使用。当一个输入端连接到控制信号时，另一个输入端的数据可以根据控制信号的状态选择直通（不反相）或反相输出。这在数据处理中，例如需要根据特定条件对数据进行取反操作时非常有用。

5. 伪随机数生成

异或门是构建线性反馈移位寄存器（LFSR）的关键组件之一。LFSR是生成**伪随机序列（PN序列）**的常用电路，广泛应用于加密、扩频通信、测试信号生成等领域。通过将移位寄存器的一些抽头（特定的位）进行异或操作后反馈到输入端，LFSR可以产生周期长、统计特性良好的伪随机序列。

6. 脉冲序列生成

异或门也可以用于产生或整形脉冲序列。例如，将一个脉冲信号与其延迟后的版本进行异或，可以产生一个窄脉冲。这种技术常用于边缘检测电路中。

电气特性与使用注意事项

虽然74LS86是一种相对稳定的数字集成电路，但在实际使用中仍需注意其电气特性和一些通用规则，以确保电路的可靠性和稳定性。

1. 供电电压

VCC： 标准工作电压为5V，允许范围通常在4.75V到5.25V。超出此范围可能导致芯片功能异常甚至永久性损坏。

2. 输入/输出逻辑电平

74LS86 遵循TTL标准逻辑电平：

• 高电平输入（VIH）： 通常最小为2V。低于此电压可能被识别为低电平。

• 低电平输入（VIL）： 通常最大为0.8V。高于此电压可能被识别为高电平。

• 高电平输出（VOH）： 通常最小为2.7V（灌电流时）。

• 低电平输出（VOL）： 通常最大为0.5V（拉电流时）。

这意味着输入信号必须达到足够的电压摆幅才能被芯片正确识别，并且输出信号也需要满足后续器件的输入电平要求。

3. 扇出能力（Fan-out）

扇出能力指的是一个逻辑门能够驱动的同类型逻辑门的数量。74LS86的输出能够驱动一定数量的TTL输入。例如，一个74LS系列门的输出通常可以驱动10个标准的74LS系列输入。超过这个限制可能会导致输出电平不符合规范，从而影响后续电路的正常工作。

4. 去耦电容

在电源引脚（VCC）和地（GND）之间，紧邻芯片放置一个0.1μF（微法）的陶瓷去耦电容是强烈推荐的做法。这个电容能够滤除电源线上的高频噪声，并在芯片瞬间切换状态（例如输出电平变化）时提供局部电流，防止电源电压瞬时跌落，从而保证芯片的稳定工作和减少数字电路产生的电磁干扰（EMI）。

5. 未使用的输入引脚处理

对于TTL系列芯片，未使用的输入引脚不能悬空（浮空）。悬空的TTL输入引脚通常会被内部电路识别为高电平，但由于其处于高阻抗状态，容易受到噪声干扰，导致逻辑状态不稳定。 正确的处理方法是：

• 对于异或门： 未使用的输入引脚可以连接到地（0V）或连接到VCC（5V），这取决于你希望其对应的门如何工作。例如，如果你想让某个异或门作为反相器使用，可以将其一个输入固定为高电平（连接VCC）。如果你想让其作为直通门使用，可以将其一个输入固定为低电平（连接GND）。

• 通用原则： 通常，为了避免噪声干扰和确保逻辑状态的确定性，未使用的输入引脚应连接到确定的逻辑电平（VCC或GND），或者连接到其他正在使用的输入引脚上。

6. 静电保护

集成电路对静电敏感。在操作74LS86或任何其他IC时，应采取防静电措施，如佩戴防静电腕带、使用防静电工作台，避免在干燥的环境中操作，以防止静电放电损坏芯片内部电路。

与相关芯片的比较

在数字逻辑芯片家族中，异或门并不仅仅局限于74LS86。了解一些相关芯片有助于更好地选择和理解其应用。

• 74HC86： 74HC系列是**高速CMOS（High-speed CMOS）**系列芯片，与74LS系列功能兼容，但采用CMOS工艺制造。其优点是功耗极低（特别是在静态时），抗噪声能力更强，工作电压范围更宽（通常为2V-6V），但速度可能略低于LS系列，且输入阻抗非常高。在低功耗或宽电压应用中，74HC86是74LS86的常见替代品。

• 74HCT86： 74HCT系列是与TTL电平兼容的CMOS系列。这意味着它可以直接与TTL器件接口，而不需要额外的电平转换电路。它结合了CMOS的低功耗和TTL的电平兼容性，在混合电路设计中非常有用。

• 其他逻辑门： 异或门可以由其他基本的逻辑门（如与门、或门、非门）组合而成。例如，一个异或门可以通过两个与非门和一个或非门，或者通过四个与非门来实现。但在大多数情况下，直接使用现成的异或门芯片（如74LS86）更为方便和节省空间。

总结

74LS86作为一款经典的四路二输入异或门集成电路，凭借其稳定的性能、较低的功耗和广泛的应用场景，在数字电子领域中占据了一席之地。理解其14个引脚的准确功能、掌握异或门的逻辑特性以及注意使用时的电气规范，对于电子工程师和爱好者来说至关重要。从简单的数据比较到复杂的加法器构建，再到错误检测和伪随机数生成，74LS86都发挥着不可或缺的作用。尽管现在有更先进的CMOS替代品，但74LS86仍然是许多教育和经典项目中的首选，它的基础逻辑功能是数字电路设计的基石。