数字集成电路应用.ppt

第第 16 章章数学集成电路应用举例数学集成电路应用举例本章学习目标本章学习目标16.1比较器与选择器比较器与选择器16.2时基集成电路的应用时基集成电路的应用16.3集成电路的接口电路集成电路的接口电路本章小结本章小结本章学习目标本章学习目标1. 了解数据选择器、比较器的基本工作原理。了解数据选择器、比较器的基本工作原理。2. 了解了解 555 集成电路引脚及其组成的单稳态电路和施密集成电路引脚及其组成的单稳态电路和施密特电路的工作原理。特电路的工作原理。3. 了解常用的集成电路接口电路。了解常用的集成电路接口电路。16.1比较器与选择器比较器与选择器16.1.1数码比较器数码比较器16.1.2多路选择器多路选择器16.1.1数码比较器数码比较器能够比较两个数码的逻辑电路。能够比较两个数码的逻辑电路。同比较器同比较器：只能比较两个数码是否相同的比较器。：只能比较两个数码是否相同的比较器。大小比较器大小比较器：可以比较两个数码的大小的比较器。：可以比较两个数码的大小的比较器。一、同比较器一、同比较器3. 工作原理：工作原理：Y = 1 时，时，两个数相等；两个数相等；Y = 0 时，时，两数不等。两数不等。 00112233BABABABAY 1. 电路构成：电路构成：由四个由四个异或异或门和一个门和一个或非或非门组成。门组成。2. 逻辑函数式：逻辑函数式：二、大小比较器二、大小比较器 1电路构成：电路构成：( ( 1 位二进制位二进制数的比较数的比较) )两个两个非非门和两个门和两个与与门构门构成。成。2逻辑功能逻辑功能；，当当0121 iiiiiiABYBAYBA；，当当1021 iiiiiiABYBAYBA。，当当021 YYBAii3真值表真值表一位大小比较器真值表一位大小比较器真值表0010Y1( (AiBi) )输输 出出1100Ai 输输 入入 4多位数码的比较多位数码的比较可采用逐位比较法，首先从最高位开始，依次比出结果。可采用逐位比较法，首先从最高位开始，依次比出结果。16.1.2多路选择器多路选择器多路选择器多路选择器：从多个输入信号中，选择一个并且单个输：从多个输入信号中，选择一个并且单个输出的电路。出的电路。14 选选 1 选择器选择器A1、A2、A3、A4 及及 B1、B2、B3、B4 为输入的多个信号，为输入的多个信号，S为旋转开关，为旋转开关，P 为控制信号为控制信号输入选通脉冲。输入选通脉冲。功能：与一个单刀多掷开关相似。功能：与一个单刀多掷开关相似。适用场合：广泛运用于多输入、单输出的数据传输网络。适用场合：广泛运用于多输入、单输出的数据传输网络。也叫数据选择器。也叫数据选择器。2集成多路选择器集成多路选择器数据选择集成电路数据选择集成电路 74LS157 的管脚排列图：的管脚排列图：动画数据选择器动画数据选择器功能表：功能表：输入输入输出输出YGSAB1x xx xx x0000000011101x x0001x x11当当 G 为低电平时，选中该电路。为低电平时，选中该电路。若若 S 为低电平，为低电平，A 被选中，输出被选中，输出 Y 的状态与的状态与 A 同，同，若若 S 为高电平，为高电平，B 被选中，输出被选中，输出 Y 的状态与的状态与 B 同。同。G 是选通信号端，低电平有效；是选通信号端，低电平有效；S 是选择信号端，用来选是选择信号端，用来选择哪一路信号输出。择哪一路信号输出。16.2时基集成电路的应用时基集成电路的应用16.2.1555 时基集成电路简介时基集成电路简介16.2.2555 时基集成电路应用举例时基集成电路应用举例16.2.1555 时基集成电路简介时基集成电路简介555 时基电路开始出现时，通常作为定时器应用，所以称为时基电路开始出现时，通常作为定时器应用，所以称为 555 定时器或定时器或 555 时基电路。时基电路。优点：优点：工作可靠，使用方便、价格低廉。工作可靠，使用方便、价格低廉。用途：用途：可用作定时控制；用于调光、调温、调压、调速等可用作定时控制；用于调光、调温、调压、调速等多种控制；组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路等。多种控制；组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路等。1555 集成电路为集成电路为 8 脚双列直插型封装脚双列直插型封装555 时基集成电路外引线排列时基集成电路外引线排列 通常，通常，555 集成电路采用单电源，在集成电路采用单电源，在 +5 +15 V 电压范电压范围内均能工作，最大输出电流达围内均能工作，最大输出电流达 200 mA，可与，可与 TTL、MOS 逻辑电路或模拟电路相配合使用。逻辑电路或模拟电路相配合使用。2功能功能555 电路可看成一个带放电开关的电路可看成一个带放电开关的 RS 触发器。触发器。当当 VTR = VTH = 0 V，VO = 1 V；当当 VTH 23VCC，VTR 23VCC，VTR VCC 3 ， VO = 0 V；当当 VTH 23VCC，VTR VCC 3 ， VO 维持原态；维持原态；当当 VTH 23VCC，VTR VCC 3 ， VO 维持原态。维持原态。3类型类型双极型，输出功率大，驱动电流达双极型，输出功率大，驱动电流达 200 mA，其他指标不，其他指标不如如 CMOS 型；型；CMOS 型，功耗低，电源电压低，输入阻抗高，但输出型，功耗低，电源电压低，输入阻抗高，但输出功率小，驱动电流几毫安。功率小，驱动电流几毫安。16.2.2555 时基集成电路应用举例时基集成电路应用举例555 构成的单稳电路是利用电容的构成的单稳电路是利用电容的充放电形成暂稳态的，因此它的输入端充放电形成暂稳态的，因此它的输入端都带有定时电阻和定时电容。都带有定时电阻和定时电容。1人工启动型单稳人工启动型单稳电路特点：将电路特点：将 555 电路的电路的 6、2 端并端并接起来接在接起来接在 RC 定时电路上。定时电路上。等效电路等效电路工作原理：工作原理：接上电源后，接上电源后，R = 1，vO = 0，电路进入稳态；按下，电路进入稳态；按下开关开关 S，R = 0，vO = 1，暂稳态开始；开关放开后，电，暂稳态开始；开关放开后，电容开始充电，当电容容开始充电，当电容 C 上的电压升到大于上的电压升到大于 2/3 VCC 时，输出时，输出又翻转成又翻转成 vO = 0，暂稳态结束。，暂稳态结束。1 S0 S应用：用作定时、延时控制。应用：用作定时、延时控制。2脉冲启动型单稳脉冲启动型单稳 电路特点：把电路特点：把 555 电路的电路的 6、7端并接起来接到定时电容端并接起来接到定时电容 C 上，用上，用 2 端作为输入端。端作为输入端。 等效电路等效电路工作原理：工作原理：通电后，通电后，R = 1，输出，输出 vO = 0，这是电路的稳态；，这是电路的稳态；输入负脉冲后，输出翻转成输入负脉冲后，输出翻转成 vO = 1，暂稳态开始；经，暂稳态开始；经过过 tp 后，电容后，电容 C 上电压升到大于上电压升到大于 2/3 VCC ，R = 1， ，输，输出出 vO = 0，暂稳态结束。，暂稳态结束。1 S1 S0 S应用：用作定时、延时控制。应用：用作定时、延时控制。 例例 16.1 把把 555 电路的电路的 6、2 端并接起来，成为只有一个端并接起来，成为只有一个输入端的触发器。这个触发器因为输出电压和输入电压的关系输入端的触发器。这个触发器因为输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线，称为施密特触发器，试对其工作原理作是一个长方形的回线，称为施密特触发器，试对其工作原理作简要的说明。简要的说明。解：从图解：从图( (b) )的曲线看到，当输入的曲线看到，当输入 v = 0 时，输出时，输出 vO = 1；当输入电压从；当输入电压从 0 上升时，要升到大于上升时，要升到大于 23VCC 以后，以后，vO 才翻转成才翻转成 0；而当输入电压从最高；而当输入电压从最高值下降时，要降到小于值下降时，要降到小于 13VCC以后，以后，vO 才又翻转成才又翻转成 1。所以输出电压所以输出电压 vO 和输入电压和输入电压 vI 之间是一个回线形曲线。由之间是一个回线形曲线。由于这种电路有两个不同的阈值电压，所以这种电路常被用于电于这种电路有两个不同的阈值电压，所以这种电路常被用于电子开关、控制电路、波形变换和整形电路等。子开关、控制电路、波形变换和整形电路等。16.3集成电路的接口电路集成电路的接口电路16.3.1TTL 电路驱动电路驱动 CMOS 电路电路16.3.2CMOS 电路驱动电路驱动 TTL 电路电路16.3.3集成门电路与其他负载连接集成门电路与其他负载连接16.3.1TTL 电路驱动电路驱动 CMOS 电路电路接口电路接口电路：在：在 TTL 与与 CMOS 两类门电路连接处加入的附两类门电路连接处加入的附加电路。加电路。功能：使驱动门的输出逻辑电平与负载门的输入逻辑电平功能：使驱动门的输出逻辑电平与负载门的输入逻辑电平合理配合；使驱动门输出的最大电流满足负载门所需的输入电合理配合；使驱动门输出的最大电流满足负载门所需的输入电流；隔离前级电路和后级电路，互不干扰。流；隔离前级电路和后级电路，互不干扰。1接口主要解决的问题：接口主要解决的问题：电平匹配电平匹配2采取措施：采取措施：插入相互连接的接口电路插入相互连接的接口电路接口电路：接口电路： OC 门接口电路：将门接口电路：将 OC 门门 输出端电阻输出端电阻 R 接到接到 +VDD 处，处，使使 OC 门的输出电平与门的输出电平与 CMOS 电路输入电平一致；电路输入电平一致；反相器作接口电路：使反相器作接口电路：使 TTL 电路输出电平转换为与电路输出电平转换为与CMOS 电路相匹配的电平；电路相匹配的电平；采用提升电阻采用提升电阻( (上拉电阻上拉电阻) )：将：将 TTL 的输出电平提高到的输出电平提高到 5 V 左右。左右。16.3.2CMOS 电路驱动电路驱动 TTL 电路电路1. 接口主要解决的问题：接口主要解决的问题：降低降低 CMOS 电路的输出电平电路的输出电平 但又要保证有足够的驱动但又要保证有足够的驱动 TTL 电路的能力。电路的能力。2. 采取措施：采取措施：采用反相器作缓冲器，实现电平变换及驱动功能。采用反相器作缓冲器，实现电平变换及驱动功能。采用专用缓冲器作接口电路。采用专用缓冲器作接口电路。16.3.3集成门电路与其他负载连接集成门电路与其他负载连接1. 主要考虑的问题：主要考虑的问题：集成门电路的集成门电路的驱动能力及负载的工作电流。驱动能力及负载的工作电流。2. 采取措施：采取措施：用用 TTL 门电路直接驱动。门电路直接驱动。TTL 门经驱动器与负载连接。门经驱动器与负载连接。CMOS 门经驱动器与负载连接。门经驱动器与负载连接。总之，集成电路在应用时，接口总之，集成电路在应用时，接口电路相当重要，应认真选用合适的接电路相当重要，应认真选用合适的接口电路，保证电路能长期正常工作。口电路，保证电路能长期正常工作。本章小结本章小结一、数码比较器一、数码比较器同比较器是比较两个数是否相同；大小比较器是比较两个同比较器是比较两个数是否相同；大小比较器是比较两个数码的大小。数码的大小。二、多路选择器二、多路选择器从多个输入信号种选择一个并且单路输出的电路。它的功从多个输入信号种选择一个并且单路输出的电路。它的功能相当于一个单刀多掷开关。能相当于一个单刀多掷开关。三、三、“555”时基集成电路应用时基集成电路应用利用利用“555”时基集成电路可以组成单稳态、双稳态和无稳时基集成电路可以组成单稳态、双稳态和无稳态电路。态电路。四、集成电路接口电路四、集成电路接口电路集成门电路驱动不同类型负载时，为保证电路的正常使用，集成门电路驱动不同类型负载时，为保证电路的正常使用，需选用合适的接口电路。需选用合适的接口电路。本章重点本章重点1掌握比较器的工作原理。掌握比较器的工作原理。2了解数据选择器工作原理。了解数据选择器工作原理。3. 掌握掌握 555 时基电路的功能，了解时基电路的功能，了解 555 时基电路的应时基电路的应用。用。4了解各种集成电路的接口电路。了解各种集成电路的接口电路。本章难点本章难点1555 时基集成电路的应用。时基集成电路的应用。2集成电路的接口电路。集成电路的接口电路。学时分配学时分配序序 号号 内内 容容学学 时时1 16.1比较器与选择器比较器与选择器2216.2时基集成电路的应用时基集成电路的应用2316.3集成电路的接口电路集成电路的接口电路1.54本章小结本章小结0.55本章总学时本章总学时6