数字集成电路及应用.ppt
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1、第第9章章 数字集成电路及应用数字集成电路及应用 9.1 9.1 数字集成电路的分类与特性数字集成电路的分类与特性9.2 9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路集成门电路和中规模组合逻辑电路 9.3 9.3 中规模时序逻辑集成电路中规模时序逻辑集成电路9.4 9.4 集成集成555555定时器及其应用定时器及其应用10/28/202219.1.1 数字集成电路的分类数字集成电路的分类 CMOS和和TTL集成电路是生产数量最多、应用集成电路是生产数量最多、应用 最广泛、通用性最强的两大主流数字集成电路。最广泛、通用性最强的两大主流数字集成电路。9.1 数字集成电路的分类与特性数字集成电路的分类与
2、特性 数字集成电路的种类繁多,在实际应用中,广数字集成电路的种类繁多,在实际应用中,广泛使用的是泛使用的是双极型双极型(如(如TTL、HTL、DTL、ECL)等和等和单极型单极型(如(如CMOS、PMOS、NMOS)等集成)等集成电路。电路。10/28/202221.TTL数字集成电路数字集成电路(1)74系列系列(2)74H系列系列(3)74S系列系列(4)74LS系列系列(5)74ALS系列系列(6)74AS系列系列(7)74F系列系列 TTL是晶体管输入是晶体管输入-晶体管输出的逻辑电路,晶体管输出的逻辑电路,它由它由NPN或或PNP型晶体管组成。型晶体管组成。10/28/202232.
3、CMOS数字集成电路数字集成电路(1)标准型)标准型4000B/4500B系列系列(2)74HC系列系列(3)74AC系列系列 电压范围宽(电压范围宽(318V)、功耗小、速度较低、品种)、功耗小、速度较低、品种多、价格低廉多、价格低廉。是高速是高速CMOS标准逻辑电路系列,在保持低功耗的标准逻辑电路系列,在保持低功耗的前提下,具有与前提下,具有与74LS系列同等的工作速度。系列同等的工作速度。具有与具有与74AS系列同等的工作速度和系列同等的工作速度和CMOS集成电路集成电路固有的低功耗及电源电压宽等特点。固有的低功耗及电源电压宽等特点。CMOS数字集成电路是由数字集成电路是由P沟道增强型沟
4、道增强型MOS管和管和N沟沟道增强型道增强型MOS管,按照互补对称形式连接起来的。管,按照互补对称形式连接起来的。10/28/20224电路的一般特性电路的一般特性 9.1.2 数字集成电路的一般特性数字集成电路的一般特性(1)电源电压范围)电源电压范围(2)频率特性)频率特性(3)TTL电路的电压输出特性电路的电压输出特性 TTL电路的工作电源电压范围很窄。电路的工作电源电压范围很窄。S、LS、F系列系列为为5.05%;AS、ALS系列为系列为5.010%TTL电路的工作频率比电路的工作频率比4000系列的高系列的高。当工作电压为当工作电压为+5V时,输出高电平大于,输入高电平时,输出高电平
5、大于,输入高电平大于;输出低电平小于,输入低电平小于大于;输出低电平小于,输入低电平小于0.8V。10/28/20225标准标准TTL电路为电路为16mA;LS-TTL电路为电路为8mA;S-TTL电路为电路为20mA;ALS-TTL电路为电路为8mA;AS-TTL电路为电路为20mA。标准标准TTL电路为电路为40;LS-TTL电路为电路为20;S-TTL电路电路为为50;ALS-TTL电路为电路为20;AS-TTL电路为电路为50。(4)最小输出驱动电流)最小输出驱动电流(5)扇出能力)扇出能力 对于对于同一功能编号同一功能编号的各系列的各系列TTL集成电路,它们集成电路,它们的的引脚排列
6、与逻辑功能完全相同引脚排列与逻辑功能完全相同,但是它们在电但是它们在电路的路的速度和功耗速度和功耗方面存在着方面存在着明显的差别明显的差别。10/28/202262.CMOS系列集成电路的一般特性系列集成电路的一般特性(1)电源电压范围)电源电压范围(2)功耗)功耗(3)输入阻抗)输入阻抗(4)抗干扰能力)抗干扰能力 电源电压范围为电源电压范围为318V。74HC系列约在系列约在26伏伏。当电源电压当电源电压VDD=5V时,时,CMOS电路的静态功耗分别电路的静态功耗分别是:门电路类为是:门电路类为2.55 W;缓冲器和触发器类为;缓冲器和触发器类为520uW;中规模集成电路类为;中规模集成电
7、路类为25100 W。CMOS电路的输入阻抗取决于输入端保护二极管的电路的输入阻抗取决于输入端保护二极管的漏电流,因此输入阻抗极高,可达漏电流,因此输入阻抗极高,可达1081011以上以上。因为它们的电源电压允许范围大,因此它们输出高因为它们的电源电压允许范围大,因此它们输出高低电平摆幅也大,抗干扰能力就强低电平摆幅也大,抗干扰能力就强。10/28/20227(5)逻辑摆幅)逻辑摆幅(6)扇出能力)扇出能力(7)抗辐射能力)抗辐射能力(8)CMOS集成电路的制造集成电路的制造 输出的逻辑高电平输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压非常接近电源电压VDD,逻辑低电平逻辑低电平“0”接近电源接近电
8、源VSS。在低频工作时,一个输出端可驱动在低频工作时,一个输出端可驱动50个以上个以上CMOS器件器件。CMOS管是多数载流子受控导电器件,射线辐射对管是多数载流子受控导电器件,射线辐射对多数载流子浓度影响不大多数载流子浓度影响不大。CMOS集成电路的制造工艺比集成电路的制造工艺比TTL集成电路的制造集成电路的制造工艺简单工艺简单,占用硅片面积小,适合于制造大规模和占用硅片面积小,适合于制造大规模和超大规模集成电路超大规模集成电路。10/28/202281.不允许在超过极限参数不允许在超过极限参数的条件下工作。电路在超的条件下工作。电路在超过极限参数的条件下工作,就可能工作不正常,且过极限参数
9、的条件下工作,就可能工作不正常,且容易引起损坏。容易引起损坏。9.1.3 使用数字集成电路的注意事项使用数字集成电路的注意事项2.电源的电压的极性电源的电压的极性千万千万不能接反不能接反。3.CMOS电路要求电路要求输入信号幅度输入信号幅度不能超过不能超过VDDVSS。4.对多余输入端的处理。对对多余输入端的处理。对CMOS电路电路,多余的输入,多余的输入端端不能悬空不能悬空;对;对TTL电路电路,对多余的输入端对多余的输入端允许悬空允许悬空。5.多余的输出端多余的输出端,应该,应该悬空悬空处理,决不允许直接接处理,决不允许直接接到到VDD或或VSS。10/28/202296.由于由于CMOS
10、电路输入阻抗高,容易受静电感应电路输入阻抗高,容易受静电感应发生击穿,除电路发生击穿,除电路内部设置保护电路外,在使用内部设置保护电路外,在使用和存放时应和存放时应注意静电屏蔽注意静电屏蔽。7.多型号的数字电路多型号的数字电路它们之间可以直接互换使用它们之间可以直接互换使用,但有些引脚功能、封装形式相同的但有些引脚功能、封装形式相同的IC,电参数有一,电参数有一定差别,互换时应注意定差别,互换时应注意。8.注意注意设计工艺设计工艺,增强抗干扰措施。,增强抗干扰措施。在设计印刷线在设计印刷线路板时,应避免引线过长,要把电源线设计得宽一路板时,应避免引线过长,要把电源线设计得宽一些,地线要进行大面
11、积接地,这样可减少接地噪声些,地线要进行大面积接地,这样可减少接地噪声干扰。在干扰。在CMOS逻辑系统设计中,应尽量减少电容逻辑系统设计中,应尽量减少电容负载负载。10/28/2022109.2.1 集成逻辑门电路及应用集成逻辑门电路及应用(1)常用逻辑门电路图形符号)常用逻辑门电路图形符号 9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路集成门电路和中规模组合逻辑电路 1.集成逻辑门电路集成逻辑门电路 1)与非门与非门AB&2)或非门或非门AB110/28/2022113)与门与门4)或门或门AB&AB15)非门非门6)与或非门与或非门AB&CD1A110/28/2022127)异或门异或门AB=1(
12、2)反相器与缓冲器)反相器与缓冲器 74LS04、CD4069管脚排列图管脚排列图14VCC131211986A76543216Y 5A5Y 4A4Y1A1Y 2A 2Y3A 3Y GND11111174LS041014VDD13121110986A76543216Y 5A 5Y 4A 4Y1A1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS111111CD406910/28/202213(3)与门和与非门)与门和与非门VCC4B76543214A 4Y 3B 3A 3Y1A1B 1Y 2A 2B 2Y GND&74LS00&14 1312111098VCC4B 4A 4Y 3B 3A 3Y1A1B 1Y
13、 2A 2B 2Y GND&74LS08&1413 12111098765432114 13121110982D 2C NC 2B 2A 2Y1A1B NC 1C 1D 1Y GND74LS20&VCC76543211A1B 1Y 2Y 2A 2B VSS&CD4011&VDD4B 4A 4Y 3Y 3B3A765432114131211109810/28/2022142.集成门电路的应用集成门电路的应用(1)定时灯光提醒器)定时灯光提醒器R125k+RP510kR21kR31kVD1绿绿VD2红红C3300F关开3V123411IC-1IC-210/28/2022152.集成门电路的应用集成
14、门电路的应用(2)定时声音提醒器)定时声音提醒器R133k234+6VSA1BLC1 RP4.7M1000FR25.1kC20.1FVT19013R31kSA21234610958121371114IC1-1IC1-2IC1-3IC1-4110/28/2022162.集成门电路的应用集成门电路的应用(3)双音门铃电路)双音门铃电路220VSA1TVD1VD4+6VIC1-1IC1-2IC1-3IC2-1 IC2-2IC2-3IC2-4R136.9k&VD5VD6VT111112345612568910121311390134BLIC1:CD4069IC2:CD4011VD1VD6:IN4414
15、8C122FR324kC40.047FC30.1FR25.3kC2220F10/28/2022179.2.2 中规模组合逻辑电路中规模组合逻辑电路 1.编码器编码器编码:编码:用文字、符号或者数字表示特定对象的用文字、符号或者数字表示特定对象的过程过程(用二进制代码表示不同事物用二进制代码表示不同事物)。分类:分类:二进制编码器二进制编码器2nn二二十进制编码器十进制编码器104或或普通编码器普通编码器优先编码器优先编码器10/28/202218(1)二进制编码器二进制编码器用用 n 位二进制代码对位二进制代码对 N=2n 个信号进行编码的电路个信号进行编码的电路。3 位二进制编码器位二进制编
16、码器(8 线线-3 线线)编码表编码表输输入入输输出出 I0 I7 是一组互相排斥的是一组互相排斥的输入变量,任何时刻只能有输入变量,任何时刻只能有一个端输入有效信号。一个端输入有效信号。输输 入入 输输 出出0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Y2 Y1 Y0I0I1I2I3I4I5I6I73 位位二进制二进制编码器编码器I0I1I6I7Y2Y1Y0I2I4I5I310/28/202219函数式函数式逻辑图逻辑图 用用或门或门实现实现 用用与非门与非门实现实现Y0 Y1 Y2111I7 I6 I5 I4 I3I2 I1I0&Y0 Y1 Y210/2
17、8/202220二十进制编码器是将十进制的十个数码二十进制编码器是将十进制的十个数码0 9编成对应的二进制代码的电路编成对应的二进制代码的电路。几种常用编码几种常用编码二二-十进制编码十进制编码8421 码、余码、余 3 码、码、2421 码、码、5211 码、余码、余 3 循环码、右移循环码循环码、右移循环码循环码(反射码或格雷码)循环码(反射码或格雷码)ISO码、码、ANSCII(ASCII)码)码(2)二十进制编码器)二十进制编码器 其他编码其他编码10/28/2022218421BCD码编码编码器的真值表码器的真值表 输输 入入输输 出出Y3 Y2 Y1 Y0I0I1I2I3I4I5I
18、6I7I8I90 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 110/28/202222优先编码:优先编码:允许几个信号同时输入,但只对允许几个信号同时输入,但只对优先级别最高优先级别最高的进行编码。的进行编码。(3)优先编码器)优先编码器74LS148 输出使能端输出使能端 YS74LS148:输入输入低电平有效低电平有效低电平有效低电平有效8个信号个信号输入端输入端 I0 I7,优先顺序优先顺序 I7 I0输入输入使能端使能端 ST优先编码工作状态标志端优先编码工作状态标志端 YES3个二进制码个二进
19、制码输出端输出端 Y2 Y1 Y010/28/202223输输 入入 输输 出出 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1优先编优先编码器码器74LS14874LS148功能表功能表 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 10 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 0 110/28/202224VCCGNDYS12345
20、67816151413121110974148I4I5I6I7STY1Y2YESI3I2I1I0Y0优先编码器优先编码器74LS14874LS148电路及引脚电路及引脚&111111Y0Y1Y2111111111YSYESI0I1I2I3I5I6I7I4ST&10/28/2022252.集成译码器集成译码器译码是译码是编码的逆过编码的逆过程程,是将具有特定,是将具有特定含义的一组代码含义的一组代码“翻译翻译”出它的原意。出它的原意。&111111&1A0A1A2S2S3Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S1VCCS1A0A11234567816151413121110974LS138A2GNDS
21、2S3Y7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6(1)3线线8线译码线译码器器74LS13810/28/20222674LS138的真值表的真值表 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1
22、 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 输输 入入输输 出出10/28/202227半导体显示半导体显示(LED)液晶显示液晶显示(LCD)共阳极共阳极每字段是一只每字段是一只发光二极管发光二极管(2)数码显示器)数码显示器数码显示器数码显示器aebcfgdabcdefgR+5 VYaA3A2A1A0+VCC+VCC显示显示译码器译码器共阳共阳YbYcYdYeYfYg00000000001000100101001111001001000110100010101100000110100110001001000100000 低电平低电平驱动驱动
23、01110001111100000000001001000010010/28/202228共阴极共阴极abcdefgR+5 VYaA3A2A1A0+VCC显示显示译码器译码器共阴共阴YbYcYdYeYfYg 高电平高电平驱动驱动00001111110000100100110000110110100110100010101100111100010011111001011001110110111011111111000011111111111011aebcfgd10/28/202229(3)七段显示译码器)七段显示译码器74LS247 是把是把8421BCD码译成对应于数码管的七个字段信码译成对应
24、于数码管的七个字段信号,驱动数码管,显示出相应的十进制数码。号,驱动数码管,显示出相应的十进制数码。输入信号输入信号 A3,A2,A1,A0输出信号输出信号控制端控制端,VCCA1A2A3A0GND1234567816151413121110974LS247gLTBIRBIfedcba10/28/20223074LS247功能表功能表 输输 入入 输输 出出 显示显示 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1
25、1 0 1 8 全灭全灭 灭零灭零 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 4 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 5 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 6 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 8 9 10/28/20223174LS247和共阳极和共阳极TLRO5O1HRA数码管连接图数码管连接图+5V+5Va a
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