אפילו בימינו, ג'וקים של שערים לוגיים נחשבים רכיבים בסיסיים שצריכים להיות בארגז הכלים של כל מפתח. הג'וק הקטן והזול SN74LVC1G97 של Texas Instruments הוא מעין שער לוגי אוניברסלי – רכיב יחיד שמסוגל, בהתאמות קלות, לבצע תפקידים לוגיים שונים. בואו נראה איך דבר כזה עובד.

המיקרו-בקרים המודרניים והזולים, שהם בהגדרה מכונות חישוב לוגיות, לקחו על עצמם את רוב המשימות של השערים הלוגיים "הקלאסיים", ובמיוחד לאחרונה עם כניסתם לתמונה של מעגלים לוגיים ניתנים לתכנות (כגון ה-CLC שעליו כתבתי כאן). אף על פי כן, פה ושם קיימים מצבים שבהם שער אחד זול וקטן יכול להספיק בהחלט למשימה מסוימת, ולעתים גם להיות חסכוני וזריז יותר מאשר מיקרו-בקר.

השערים הלוגיים מגיעים בדרך כלל כג'וקים נפרדים – ג'וק AND, ג'וק NOT וכדומה – מה שאומר שכדי להיות מוכנים לכל מצב צריך להצטייד במלאי של ג'וקים מכל אחד מהסוגים*. ה-SN74LVC1G97, בו נתקלתי ממש לאחרונה (אף על פי שהוא לא ממש חדש) חוסך לפחות את הטרחה הזו של ניהול המלאי: יש לו שלוש כניסות, ועל ידי חיבור מתאים של קלטים, אדמה או מתח לכל אחת מהכניסות הללו אפשר לממש בעזרתו שערי OR, AND, NOT, מולטיפלקסר 2 ערוצים, באפר, ואפילו NAND ו-NOR אם אתם מוכנים שאחד הקלטים יהיה "הפוך". רק XOR נעדר מהרשימה.

*כידוע, בעזרת שילוב של שערי NAND (או של שערי NOR) בלבד אפשר לממש את כל השערים הלוגיים האחרים, אבל זה מחייב מספר שונה של שערים וצורת חיבור שונה ביניהם. עם הג'וק שעליו אני מדבר כאן, רכיב יחיד מספיק לכל המימושים, והחיווט השונה הוא רק בכניסות.

אז איך זה מתבצע? הנה, מתוך ה-Datasheet, שרטוט של המעגל הפנימי ו"טבלת האמת" הלוגית שהוא מממש:

כיוון שיש למעגל הזה שלוש כניסות, טבלת האמת כוללת שמונה צירופים אפשריים שונים (2 בחזקת 3). אבל בואו "נקשור", לדוגמה, את הכניסה in1 לאדמה (L), נמחק את השורות הלא-רלוונטיות (כלומר אלה שבהן in1 היא H) ונסתכל על הערכים הנותרים בטבלה. קיבלנו בעצם שער AND על הכניסות in0 ו-in2 !

באופן דומה, אפשר לקשור את in1 ל-Vcc ואת in0 ל-GND, ולקבל ביציאה את ההיפך של in2 – במילים אחרות, שער NOT. ה-Datasheet כולל גם שרטוטים ברורים לכל האופציות האלה, למשל:

הג'וק מסוגל לעבוד במתח אספקה 1.65-5.5V, עם קלט עד 5.5V, ולהעביר עד 32 מיליאמפר לשני הכיוונים ביציאה (אם מתח האספקה הוא 4.5V ומעלה). זמן התגובה המרבי שלו הוא 5.1 ננו-שניות (במתח של 5V; ממושך יותר במתחים נמוכים יותר). החיסרון העיקרי שלו הוא שהוא מגיע רק במארז SOT23-6 הקטנטן או במארזים זעירים עוד יותר, כך שהוא לא ממש מתאים לניסויים זריזים על מטריצה, אלא אם מלחימים אותו מראש על מתאם ל-DIP. למרות זאת, מדובר ברכיב "אולר שוויצרי" שימושי, שאפשר לאגור בקלות ולשים במעגל בלי יותר מדי מחשבה והתעסקות.