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1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITYch5数字集成电路数字集成电路5.1 数字集成电路的分类与特点数字集成电路的分类与特点数字集成电路有双极型集成电路（如数字集成电路有双极型集成电路（如TTL、ECL）和单极型集）和单极型集成电路（如成电路（如CMOS）两大类，每类中又包含有不同的系列品种）两大类，每类中又包含有不同的系列品种5.1.1 TTL数字集成电路数字集成电路这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。其主要系列有：于双极型数字集成电路。其主要系列有
2、：174 系列系列这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。274H 系列系列这是这是74 系列的改进型，属于高速系列的改进型，属于高速TTL产品。其产品。其“与非门与非门”的平均传输时间达的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。1YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY374S 系列系列这是这是TTL的高速型肖特基系列。在该系列中，采用了抗饱和肖的高速型肖特基系列。在该
3、系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。特基二极管，速度较高，但品种较少。474LS 系列系列这是当前这是当前TTL类型中的主要产品系列。品种和生产厂家都非常多。类型中的主要产品系列。品种和生产厂家都非常多。性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。574ALS 系列系列这是这是“先进的低功耗肖特基先进的低功耗肖特基”系列。属于系列。属于74LS 系列的后继产品，系列的后继产品，速度（典型值为速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为）、功耗（典型值为1mW）等方面都有较大）等方面都有较大的改进，但价格比较高。的改进，但
4、价格比较高。674AS 系列系列这是这是74S 系列的后继产品，尤其速度（典型值为系列的后继产品，尤其速度（典型值为1.5ns）有显）有显著的提高，又称著的提高，又称“先进超高速肖特基先进超高速肖特基”系列。系列。2YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.1.2 CMOS集成电路集成电路CMOS数字集成电路是利用数字集成电路是利用NMOS管和管和PMOS管巧妙组合成的管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。主要系列有：电路，属于一种微功耗的数字集成电路。主要系列有：1标准型标准型4000B/4500B系列系列该系列是以美
5、国该系列是以美国RCA公司的公司的CD4000B系列和系列和CD4500B系列制定的，与美国系列制定的，与美国Motorola公司的公司的MC14000B系列和系列和MC14500B系列产品完全兼容。该系列产品系列产品完全兼容。该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽（的最大特点是工作电源电压范围宽（318V）、功耗最小、速度较低、品种多、）、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。集成电路的主要应用产品。274HC 系列系列54/74HC 系列是高速系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与标准逻辑电路系列，具有与74LS 系列同等的工系列
6、同等的工作度和作度和CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。74HCxxx是是74LSxxx同序号的翻版，型号最后几位数字相同，表示电路的逻辑功能、管脚同序号的翻版，型号最后几位数字相同，表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容，为用排列完全兼容，为用74HC替代替代74LS提供了方便。提供了方便。3YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY374AC 系列系列该系列又称该系列又称“先进的先进的CMOS集成电路集成电路”，54/74AC 系列具有与系列具有与74AS系列等同系列等同的工
7、作速度和与的工作速度和与CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。CMOS集成电路的主要特点有：集成电路的主要特点有：（1）具有非常低的静态功耗。在电源电压）具有非常低的静态功耗。在电源电压VCC=5V时，中规模集成电路的静时，中规模集成电路的静态功耗小于态功耗小于100m mW。（2）具有非常高的输入阻抗。正常工作的）具有非常高的输入阻抗。正常工作的CMOS集成电路，其输入保护二极集成电路，其输入保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗大于管处于反偏状态，直流输入阻抗大于100M。（3）宽的电源电压范围。）宽的电源电压范围。CMOS集成电路标
8、准集成电路标准4000B/4500B系列产品的电源系列产品的电源电压为电压为318V。（4）扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动）扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动CMOS器件器件50个以上输个以上输入端。入端。（5）抗干扰能力强。）抗干扰能力强。CMOS集成电路的电压噪声容限可达电源电压值的集成电路的电压噪声容限可达电源电压值的45%，且高电平和低电平的噪声容限值基本相等。，且高电平和低电平的噪声容限值基本相等。（6）逻辑摆幅大。）逻辑摆幅大。CMOS电路在空载时，输出高电平电路在空载时，输出高电平VOHVCC-0.05V，输出，输出低电平低电平V0L0.05V。4YANGTZ
9、E NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.2 数字集成电路的应用要点数字集成电路的应用要点5.2.1 数字集成电路使用中注意事项数字集成电路使用中注意事项仔细认真查阅使用器件型号的资料仔细认真查阅使用器件型号的资料对于要使用的集成电路，首先要根据手册查出该型号器件的资料，对于要使用的集成电路，首先要根据手册查出该型号器件的资料，注意器件的管脚排列图接线，按参数表给出的参数规范使用，在注意器件的管脚排列图接线，按参数表给出的参数规范使用，在使用中，不得超过最大额定值（如电源电压、环境温度、输出电使用中，不得超过最大额定值（如电源电压、环境温度、输
10、出电流等），否则将损坏器件。流等），否则将损坏器件。注意电源电压的稳定性注意电源电压的稳定性为了保证电路的稳定性，供电电源的质量一定要好，要稳压。在为了保证电路的稳定性，供电电源的质量一定要好，要稳压。在电源的引线端并联大的滤波电容，以避免由于电源通断的瞬间而电源的引线端并联大的滤波电容，以避免由于电源通断的瞬间而产生冲击电压。更注意不要将电源的极性接反，否则将会损坏器产生冲击电压。更注意不要将电源的极性接反，否则将会损坏器件。件。5YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY采用合适的方法焊接集成电路采用合适的方法焊接集成电路在需要弯曲
11、管脚引线时，不要靠近根部弯曲。焊接前不允许用在需要弯曲管脚引线时，不要靠近根部弯曲。焊接前不允许用刀刮去引线上的镀金层，焊接所用的烙铁功率不应超过刀刮去引线上的镀金层，焊接所用的烙铁功率不应超过25W，焊接时间不应过长。焊接时最好选用中性焊剂。焊接后严禁将焊接时间不应过长。焊接时最好选用中性焊剂。焊接后严禁将器件连同印制线路板放入有机溶液中浸泡。器件连同印制线路板放入有机溶液中浸泡。注意设计工艺，增强抗干扰措施注意设计工艺，增强抗干扰措施在设计印刷线路板时，应避免引线过长，以防止窜扰和对信号在设计印刷线路板时，应避免引线过长，以防止窜扰和对信号传输延迟。此外要把电源线设计的宽些，地线要进行大面
12、积接传输延迟。此外要把电源线设计的宽些，地线要进行大面积接地，这样可减少接地噪声干扰。地，这样可减少接地噪声干扰。5.2.2 TTL集成电路使用应注意的问题集成电路使用应注意的问题正确选择电源电压正确选择电源电压TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5V5.5V之间。之间。在使用时更不能将电源与地颠倒接错，否则将会因为过大电流而造成器件在使用时更不能将电源与地颠倒接错，否则将会因为过大电流而造成器件损坏。损坏。6YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY对输入端的处理对输入端的
13、处理TTL集成电路的各个输入端不能直接与高于集成电路的各个输入端不能直接与高于+5.5V和低于和低于-0.5V的的低内阻电源连接。对多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相当低内阻电源连接。对多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相当于高电平，并不影响于高电平，并不影响“与门、与非门与门、与非门”的逻辑关系，但悬空容易接的逻辑关系，但悬空容易接受干扰，有时会造成电路的误动作。因此，多余输入端要根据实受干扰，有时会造成电路的误动作。因此，多余输入端要根据实际需要作适当处理。例如际需要作适当处理。例如“与门、与非门与门、与非门”的多余输入端可直接接的多余输入端可直接接到电源到电源Vcc上；也可将不同的输入
14、端共用一个电阻连接到上；也可将不同的输入端共用一个电阻连接到Vcc上；上；或将多余的输入端并联使用。对于或将多余的输入端并联使用。对于“或门、或非门或门、或非门”的多余输入端的多余输入端应直接接地。应直接接地。对于触发器等中规模集成电路来说，不使用的输入端不能悬空，对于触发器等中规模集成电路来说，不使用的输入端不能悬空，应根据逻辑功能接入适当电平。应根据逻辑功能接入适当电平。对于输出端的处理对于输出端的处理除除“三态门、集电极开路门三态门、集电极开路门”外，外，TTL集成电路的输出端不允许集成电路的输出端不允许并联使用。如果将几个并联使用。如果将几个“集电极开路门集电极开路门”电路的输出端并联
15、电路的输出端并联,实实现线与功能时，应在输出端与电源之间接入一个计算好的上拉现线与功能时，应在输出端与电源之间接入一个计算好的上拉电阻。电阻。集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否则可能造成器集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否则可能造成器件损坏。件损坏。7YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.2.3 CMOS集成电路使用应注意的问题集成电路使用应注意的问题1正确选择电源正确选择电源由于由于CMOS集成电路的工作电源电压范围比较宽集成电路的工作电源电压范围比较宽（CD4000B/4500B：318V），选择电源电压时首
16、先考虑要避免），选择电源电压时首先考虑要避免超过极限电源电压。其次要注意电源电压的高低将影响电路的工超过极限电源电压。其次要注意电源电压的高低将影响电路的工作频率。降低电源电压会引起电路工作频率下降或增加传输延迟作频率。降低电源电压会引起电路工作频率下降或增加传输延迟时间。例如时间。例如CMOS触发器，当触发器，当Vcc由由+15V下降到下降到+3V时，其最高频时，其最高频率将从率将从10MHz下降到几十下降到几十kHz。防止防止CMOS电路出现可控硅效应的措施电路出现可控硅效应的措施当当CMOS电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低（小于
17、（小于V），或者电源电压突然变化时，电源电流可能会迅），或者电源电压突然变化时，电源电流可能会迅速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。预防可控硅效应的措施主要有：预防可控硅效应的措施主要有：（1）输入端信号幅度不能大于）输入端信号幅度不能大于Vcc和小于和小于0V。8YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY（2）要消除电源上的干扰。）要消除电源上的干扰。（3）在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压。如果电路工作）在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压。如果电路工作频率比较低，用频率比较低，
18、用+5V电源供电最好。电源供电最好。（4）对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在）对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在30mA以内。以内。常用的电源限流电路如图常用的电源限流电路如图4.2.1所示。所示。9YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY对输入端的处理对输入端的处理在使用在使用CMOS电路器件时，对输入端一般要求如下：电路器件时，对输入端一般要求如下：（1）应保证输入信号幅值不超过）应保证输入信号幅值不超过CMOS电路的电源电压。即电路的电源电压。即满足满足VSSVIVcc，一般，一般VSSV。（2）输入脉冲信号的上
19、升和下降时间一般应小于数）输入脉冲信号的上升和下降时间一般应小于数m ms，否则，否则电路工作不稳定或损坏器件。电路工作不稳定或损坏器件。（3）所有不用的输入端不能悬空，应根据实际要求接入适当）所有不用的输入端不能悬空，应根据实际要求接入适当的电压（的电压（Vcc或或V）。由于）。由于CMOS集成电路输入阻抗极高，一集成电路输入阻抗极高，一旦输入端悬空，极易受外界噪声影响，从而破坏了电路的正常旦输入端悬空，极易受外界噪声影响，从而破坏了电路的正常逻辑关系，也可能感应静电，造成栅极被击穿。逻辑关系，也可能感应静电，造成栅极被击穿。对输出端的处理对输出端的处理（1）CMOS电路的输出端不能直接连到
20、一起。否则导通的电路的输出端不能直接连到一起。否则导通的P沟道沟道MOS场效应管和导通的场效应管和导通的N沟道沟道MOS场效应管形成低阻通路，造成电场效应管形成低阻通路，造成电源短路。源短路。（2）在）在CMOS逻辑系统设计中，应尽量减少电容负载。电容负载逻辑系统设计中，应尽量减少电容负载。电容负载会降低会降低CMOS集成电路的工作速度和增加功耗。集成电路的工作速度和增加功耗。10YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY（3）CMOS电路在特定条件下可以并联使用。当同一芯片上个电路在特定条件下可以并联使用。当同一芯片上个以上同样器件并
21、联使用（例如各种门电路）时，可增大输出灌电流以上同样器件并联使用（例如各种门电路）时，可增大输出灌电流和拉电流负载能力，同样也提高了电路的速度。但器件的输出端并和拉电流负载能力，同样也提高了电路的速度。但器件的输出端并联，输入端也必须并联。联，输入端也必须并联。（4）从）从CMOS器件的输出驱动电流大小来看，器件的输出驱动电流大小来看，CMOS电路的驱动电路的驱动能力比能力比TTL电路要差很多，一般电路要差很多，一般CMOS器件的输出只能驱动一个器件的输出只能驱动一个LS-TTL负载。但从驱动和它本身相同的负载来看，负载。但从驱动和它本身相同的负载来看，CMOS的扇出的扇出系数比系数比TTL电
22、路大的多（电路大的多（CMOS的扇出系数的扇出系数500）。）。CMOS电路电路驱动其他负载，一般要外加一级驱动器接口电路。驱动其他负载，一般要外加一级驱动器接口电路。5.3 数字集成电路的接口电路数字集成电路的接口电路在使用数字集成电路设计一个电子系统时，经常把不同类型的在使用数字集成电路设计一个电子系统时，经常把不同类型的集成电路进行转接，这就需要增加接口电路，使各级电平或阻集成电路进行转接，这就需要增加接口电路，使各级电平或阻抗相匹配。抗相匹配。11YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.3.1 TTL与与CMOS接口接口图
23、图4.3.1(a)是是TTL电路与电路与CMOS电路采用不同电源电压时的接口电路。电路采用不同电源电压时的接口电路。C是是加速电容，能改善频率响应，使信号波形的上、下沿更加陡直。假如加速电容，能改善频率响应，使信号波形的上、下沿更加陡直。假如TTL与与CMOS电路采用同样的电源（电路采用同样的电源（5V），为提高），为提高TTL输出的高电平，应在输出的高电平，应在其输出端与其输出端与+5V端接一只上拉电阻。电路如图端接一只上拉电阻。电路如图4.3.1(b)所示。所示。12YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.3.2 CMOS电路
24、驱动电路驱动LED或继电器接口电路或继电器接口电路图图4.3.2(a)电路是电路是CMOS驱动小型直流继电器的接口电路。当驱动小型直流继电器的接口电路。当CMOS输出高电平时，三极管饱和，继电器线圈有电流通过，输出高电平时，三极管饱和，继电器线圈有电流通过，继电器吸合，可驱动报警器或执行机构工作。反之，继电器不继电器吸合，可驱动报警器或执行机构工作。反之，继电器不动作。为了保护三极管，在继电器线圈两端并联一只续流二极动作。为了保护三极管，在继电器线圈两端并联一只续流二极管。注意二极管的极性不得接反，否则不仅起不到保护作用，管。注意二极管的极性不得接反，否则不仅起不到保护作用，还使继电器无法正常
25、工作。还使继电器无法正常工作。在数字仪器中，经常要用发光二极管（在数字仪器中，经常要用发光二极管（LED）作电平指示或工）作电平指示或工作指示灯。此时可将作指示灯。此时可将LED串一限流电阻代替三极管集电极负载。串一限流电阻代替三极管集电极负载。电路如图电路如图4.3.2(b)。13YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.3.3 利用光电耦合器构成的接口电路利用光电耦合器构成的接口电路图图4.3.3电路是利用光电耦合器电路是利用光电耦合器4N25组成的晶闸管触发接口电路。该电组成的晶闸管触发接口电路。该电路由同相驱动器路由同相驱动
26、器74LS07、4N25、三极管、变压器和整流电路等组成。、三极管、变压器和整流电路等组成。触发电路使用独立电源，触发脉冲由触发电路使用独立电源，触发脉冲由A、B两端输出，两端输出，A端为正输出端。端为正输出端。当同相驱动器当同相驱动器74LS07输出低电平时，光电耦合器的输出端导通，晶体输出低电平时，光电耦合器的输出端导通，晶体管管9013导通，导通，A、B端有触发脉冲输出。反之，晶体管截止，触发脉冲端有触发脉冲输出。反之，晶体管截止，触发脉冲结束。结束。14YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY图图4.3.4是利用光电耦合器构成
27、的另一种接口电路。用于触发双向晶是利用光电耦合器构成的另一种接口电路。用于触发双向晶闸管，不需要另外的触发电源，利用双向晶闸管的工作电源作为触闸管，不需要另外的触发电源，利用双向晶闸管的工作电源作为触发电源。发电源。MOC3021是双向晶闸管输出型的光电耦合器，输出端的是双向晶闸管输出型的光电耦合器，输出端的额定电压为额定电压为400V，最大输出电流为，最大输出电流为1A，最大隔离电压为，最大隔离电压为7500V，输，输入端控制电流小于入端控制电流小于15mA。当。当74LS07输出低电平时，输出低电平时，MOC3021的输的输入端有电流流入，输出端的双向晶闸管导通，触发外部的双向晶闸入端有电
28、流流入，输出端的双向晶闸管导通，触发外部的双向晶闸管管KS导通。反之，导通。反之，MOC3021输出端的双向晶闸管关断，外部双向输出端的双向晶闸管关断，外部双向晶闸管晶闸管KS在外部电压过零后也关断。在外部电压过零后也关断。15YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.4 集成逻辑门电路集成逻辑门电路5.4.1 集成反相器与缓冲器集成反相器与缓冲器在数字电路中，反相器就是在数字电路中，反相器就是“非门非门”电路。其中电路。其中74LS04是通用型是通用型六反六反相器。相器。与该器件具有相同的逻辑功能且管脚排列兼容的器件有：与该器件具
29、有相同的逻辑功能且管脚排列兼容的器件有：74HC04（CMOS器件）、器件）、CD4069（CMOS器件）等器件）等 74LS05也是六反相器，该器件的封装、引脚排列、逻辑功能均与也是六反相器，该器件的封装、引脚排列、逻辑功能均与74LS04相同，不同的是相同，不同的是74LS05是集电极开路输出（简称是集电极开路输出（简称OC门）。在门）。在实际使用时，必须在输出端至电源正端接一个实际使用时，必须在输出端至电源正端接一个1k3k的上拉电阻。的上拉电阻。缓冲器缓冲器:的输出与输入信号同相位，它用于改变输入输出电平以及提的输出与输入信号同相位，它用于改变输入输出电平以及提高电路的驱动能力。图高电
30、路的驱动能力。图4.4.1(b)是集电极开路输出同相驱动器是集电极开路输出同相驱动器74LS07管脚排列图。该器件的输出管耐压为管脚排列图。该器件的输出管耐压为30V，吸收电流可达，吸收电流可达40mA左右。左右。与之兼容的器件有与之兼容的器件有74HC07（CMOS）、）、74LS17。16YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY若需要更强的驱动能力门电路，可采用若需要更强的驱动能力门电路，可采用ULN2000A系列系列。该系列包括。该系列包括ULN2001AULN2005A。管脚排列如图。管脚排列如图4.4.1(c)所示。内部有所
31、示。内部有7个相同的驱动门。个相同的驱动门。ULN2000A系列的吸收电流可达系列的吸收电流可达500mA,输出管耐压为输出管耐压为50V左右，故它们有很强左右，故它们有很强的低电平驱动能力，可用于小型继电器、微型步进电机的相绕组驱动。图的低电平驱动能力，可用于小型继电器、微型步进电机的相绕组驱动。图4.4.2所示电路为所示电路为ULN2000A驱动一直流继电器的典型接法。驱动一直流继电器的典型接法。VCC_CIRCLE1/7 ULN2000AGNDJ+12V911617YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.4.2 集成与门和与
32、非门集成与门和与非门常见的与门有常见的与门有2输入、输入、3输入和输入和4输入等几种；与非门有输入等几种；与非门有2输入、输入、3输入、输入、8输入及输入及13输入等几种。图输入等几种。图4.4.3为为74LS系列和系列和74HC系列系列管脚排列图。图管脚排列图。图4.4.4为为D4000B/MC14000B系列管脚排列图系列管脚排列图。18YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.4.3 集成或门和或非门集成或门和或非门各种或门和或非门的管脚排列如图各种或门和或非门的管脚排列如图4.4.5和和4.4.6所示。图所示。图4.4.5属
33、于属于74LS和和74HC系列；图系列；图4.4.6为为CD4000B/MC14000B系列。系列。19YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.4.4 集成异或门集成异或门异或门是实现数码比较常用的一种集成电路。常用的异或门异或门是实现数码比较常用的一种集成电路。常用的异或门集成电路管脚排列图如图集成电路管脚排列图如图4.4.7所示。所示。20YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.4.5 集成门电路的应用集成门电路的应用1、方波发生器、方波发生器振荡频率：振荡频率：
34、21YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY2、晶体振荡器、晶体振荡器22YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY3、倍压电路、倍压电路23YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY4、水位显示器、水位显示器24YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.5数字集成电路及应用数字集成电路及应用5.5.1 集成编码器集成编码器 编码器的逻辑功能是将加在电路若干个
35、输入端中的某一个输入端的信号变换成相应的一组二进制代码输出。常用的编码器集成电路有8/3线优先编码器和10/4线优先编码器等器件。图4.5.1(a)是8/3线优先编码器74LS148的管脚排列图。I0I7是输入信号输入端，输入8个信号，低电平有效。C、B、A为三输出端，可组成8组二进制码输出，且为反码输出。在I0I7输入端中，优先权排列顺序为I7(最高)I0（最低）。74LS148编码器的真值表如表4-1所示。图图4.5.1(b)是是10/4线优先编码器线优先编码器74LS147的管脚排列图。该器件的管脚排列图。该器件无使能控制端。它有无使能控制端。它有9根输入线根输入线I1I9，4根输出线根
36、输出线DCBA，编码，编码优先权顺序为优先权顺序为I9（最高）（最高）I1（最低），输入为低电平有效，（最低），输入为低电平有效，输出为反码输出。输出为反码输出。74LS147编码器的真值表如表编码器的真值表如表4-2。25YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.5.2 集成译码器集成译码器 译码是编码的相反过程，译码器是将输入的二进制代码翻译成相应的输出信号以表示编码时所赋予原意的电路。常用的集成译码器有二进制译码器、二十进制译码器和BCD7段译码器。26YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORM
37、AL UNIVERSITY 74LS138是一种常用的二进制译码器。有3个输入端A、B、C接受二进制编码，输出端Y0Y7共8条译码输出线。74LS138的管脚排列图如图4.5.2(a)所示。其真值表见表4-3所示。另外74LS137是具有地址锁存功能的3/8译码器，与74LS138相比，仅4号管脚不同，在74LS137中，该脚为锁存控制端。当=0时，所有的功能与74LS138相同。27YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。74LS46/47的管脚排列与74LS48完全相同，
38、所不同的是输出ag为反码输出，且输出端为集电极开路形式，可用于驱动共阳极7段LED数码管。CD4511也是一种BCD-7段显示译码器，它属于CMOS器件，高电平输出电流可达25mA。其管脚排列见图.5.2(d)所示。真值表如表-6所示。该器件用于驱动共阴极7段LED数码管。5.5.3 集成数据选择器集成数据选择器 数据选择器是一种能从多路平行输入数据中，任选一路作为输出信号的电路。但只能传送数字信号，不能传送模拟信号。这种器件在微机系统、数字通讯设备使用较多。28YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY29YANGTZE NORMAL
39、 UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.5.4 集成数字运算电路集成数字运算电路 数字运算电路包括数字比较器、半加器、全加器、奇偶检测器等逻辑单元电路。下面简单介绍几种常用的数字运算 路。74LS85和CD4585B是其功能相似的4位二进制码比较器。其管脚排列图分别见图 4.5.4(a)和图4.5.4(b)。功能表见表4-8。30YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 常用的全加器集成电路是74LS183，它是包含两个完全独立的全加器。可实现2位二进制数加法运算。管脚排列如图4.5.5(a)所示。
40、74LS283则是一个四位二进制加法器，可实现4位二进制数的加法运算。其管脚排列如图4.5.5(b)所示。31YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY4.6 中规模时序逻辑集成电路中规模时序逻辑集成电路5.6.1 集成触发器和锁存器集成触发器和锁存器 常用负边沿集成J-K触发器有74LS76、74LS112、74LS114等，常用的集成正边沿J-K触发器有74LS109、CD4027等。它们都是在一片芯片内包含了两个相同且独立的J-K触发器。它们不仅包含CP、J、K信号输入端，而且还具有复位、置位功能。他们的管脚排列和功能表，不作详细
41、讨论。D触发器也是一种常用的双稳态电路，常用的集成D触发器有74LS74、CD4013等。74LS74和CD4013的不同是“复位”和“置数”所要求的信号电平高低不同，它们每片都包含两个独立的D触发器。管脚排列见图4.6.1(a)和4.6.1(b)所示。32YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 锁存器有无输出控制信号和带输出控制信号两种类型。无输锁存器有无输出控制信号和带输出控制信号两种类型。无输出控制信号的出控制信号的D锁存器有锁存器有74LS77、74LS75、74LS375等，它们等，它们的功能是当输入控制端的功能是当输入控
42、制端G为高电平时，为高电平时，D锁存器中的门是打开的，锁存器中的门是打开的，输入数据输入数据D通过门传输到输出通过门传输到输出Q端；当端；当G为低电平时，门是关闭为低电平时，门是关闭的，输出数据的，输出数据Q保持上次输入的数据，即为锁存状态。象这类锁保持上次输入的数据，即为锁存状态。象这类锁存器又称存器又称“透明锁存器透明锁存器”。33YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 带输出控制信号的锁存器常用的有74LS373、74HC573、74HC563等。它们的数据输出端是三态输出。34YANGTZE NORMAL UNIVERSIT
43、YYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.6.2 集成移位寄存器集成移位寄存器 移位寄存器是暂时记忆数据的“寄存器”，其特征是具有将数据向左或向右移动的功能。移位寄存器有各种形式。按存数据的位数有4位、8位等，按“输入/输出数据”形式有“串入/串出”、“串入/并出”、“并入/串出”、“并入/并入”等。35YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.6.3 集成计数器集成计数器 计数器具有累积计数脉冲的功能。它是数字电路系统中一个十分重要的逻辑部件，目前生产厂家已制造出了具有不同功能的集成计数芯片，各种计数器的不同点主要表
44、现在计数方式（同步计数或异步计数）、输出编码形式（自然二进制码、BCD编码、时序分配输出）、计数规律（加法计数或可逆计数）、预置方式（同步预置或异步预置）以及复位方式（同步复位或异步复位）等六个方面。下面将简单介绍几种常用的集成计数器。二进制计数器二进制计数器。常用多级异步二进制计数器有CD4020、CD4024、CD4040及CD4060。其中CD4024是7级串行二进制计数器，CD4040是12级计数器，CD4020及CD4060是14级串行二进制计数器 36YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 十进制计数器的编码一般都是十进
45、制计数器的编码一般都是BCD码码，常见的十进制加法计数器有74LS160、74LS162及CD4518等。74LS160和74LS162管脚排列和逻辑功能完全相同（与74LS161、74LS163管脚相同，但74LS161、74LS163是4位二进制计数器），所不同的是74LS160是异步清零，而74LS162是同步清零 可逆计数器可逆计数器。所谓“可逆计数器”是指该器件不仅能完成加法计数，而且也能实现减法计数。常见的可逆计数器有74LS190/74LS191和74LS192/74LS193等。其中74LS190/74LS191是单时钟同步加/减计数器，管脚排列完全相同，如图4.6.4(d)所
46、示。所不同的是74LS190是十进制计数器，而74LS191是二进制计数器。37YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY38YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 时序脉冲分配器。时序脉冲分配器。它的功能是在时钟脉冲的作用下，实现顺序脉冲产生功能，整个输出时序是Q0Q1Q2Q7依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。这也属于计数器。常见的时序脉冲发生器有CD4017和CD4022两种，CD4017是十进制脉冲分配器，有Q0Q9十个输出端；CD4022是八进制脉冲分配器
47、，有Q0Q7八个输出端。它们的管脚排列见图4.6.5(a)所示。39YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY40YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.7 常用集成模拟开关常用集成模拟开关 模拟开关是用于接通和断开模拟信号（也包括数字信号）的开关。它具有功耗低、速度快、体积小、无机械触点及使用寿命长等优点。故在电子电路中获得广泛应用 5.7.1单刀单掷型集成模拟开关单刀单掷型集成模拟开关 常用的集成器件是CD4066，该器件为通用4开关，内部包含4只独立的可控CMOS开关
48、，其管脚排列如图4.7.1(a)所示。四只开关各有控制端C端和两个可互换的输入/输出端(I/O)，当C=1（VCC）时，模拟开关导通；反之，模拟开关断开。41YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.7.2单刀双掷型集成模拟开关单刀双掷型集成模拟开关 CD4053是三组二选一双向模拟开关，其管脚排列图见图4.7.1(b)。图中X、Y、Z表示三个通道，A0、A1、A2分别是X、Y、Z通道的三个控制信号。例如，当A0=0时，K1开关与0X信号接通；当A0=1时，K1开关与1X信号接通。同理，A1、A2对K2、K3的控制作用也是一样。IN
49、H是禁止端，当INH=1时，三组模拟开关全部断开。42YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY 另外，该器件有三个电源端子，其中VCC是正电源端，VEE是模拟地，VSS是数字地。例如当VCC=5V，VSS=0V，VEE=-5V时，可用05V的数字信号控制幅值为5V的模拟信号的传输。5.7.3单刀多掷型集成模拟开关单刀多掷型集成模拟开关 此类器件常用的有CD4052、CD4051、CD4067等。CD4052是双四选一模拟开关；CD4051是八选一模拟开关；CD4067是十六选一模拟开关。它们的基本功能是一样的，均包含有地址输入端、禁止
50、端、多路信号输入端、公共通道信号输出端等。它们均是双向开关。5.8 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 在数字电路控制系统中，有时需要定时、延时、脉冲展宽等操作，专用于完成这种功能的集成电路，就是“集成单稳态触发器”。目前常用的集成器件有74LS121、74LS122、74LS123、CD4538及CD4098等，它们使用非常方便简单，只需外接一只电容和电阻即可得到输出所需宽度的脉冲。43YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY5.8.1集成可重复触发单稳态触发器集成可重复触发单稳态触发器 常用的集成器件有CD4538和74LS123，