第16章數(shù)字集成電路應(yīng)用舉例

1、第第 16 章章數(shù)學(xué)集成電路應(yīng)用舉例數(shù)學(xué)集成電路應(yīng)用舉例本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)16.1比較器與選擇器比較器與選擇器16.2時基集成電路的應(yīng)用時基集成電路的應(yīng)用16.3集成電路的接口電路集成電路的接口電路本章小結(jié)本章小結(jié)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 了解數(shù)據(jù)選擇器、比較器的基本工作原理。了解數(shù)據(jù)選擇器、比較器的基本工作原理。2. 了解了解 555 集成電路引腳及其組成的單穩(wěn)態(tài)電路和施密集成電路引腳及其組成的單穩(wěn)態(tài)電路和施密特電路的工作原理。特電路的工作原理。3. 了解常用的集成電路接口電路。了解常用的集成電路接口電路。16.1比較器與選擇器比較器與選擇器16.1.1數(shù)碼比較器數(shù)碼比較器16.1

2、.2多路選擇器多路選擇器16.1.116.1.1數(shù)碼比較器數(shù)碼比較器能夠比較兩個數(shù)碼的邏輯電路。能夠比較兩個數(shù)碼的邏輯電路。同比較器同比較器：只能比較兩個數(shù)碼是否相同的比較器。：只能比較兩個數(shù)碼是否相同的比較器。大小比較器大小比較器：可以比較兩個數(shù)碼的大小的比較器。：可以比較兩個數(shù)碼的大小的比較器。一、同比較器一、同比較器3. 工作原理：工作原理：Y = 1 時，時，兩個數(shù)相等；兩個數(shù)相等；Y = 0 時，時，兩數(shù)不等。兩數(shù)不等。 00112233BABABABAY 1. 電路構(gòu)成：電路構(gòu)成：由四個由四個異或異或門和一個門和一個或非或非門組成。門組成。2. 邏輯函數(shù)式：邏輯函數(shù)式：二、大小比較

3、器二、大小比較器 1電路構(gòu)成：電路構(gòu)成：( ( 1 位二進(jìn)制位二進(jìn)制數(shù)的比較數(shù)的比較) )兩個兩個非非門和兩個門和兩個與與門構(gòu)門構(gòu)成。成。2邏輯功能邏輯功能；，當(dāng)當(dāng)0121 iiiiiiABYBAYBA；，當(dāng)當(dāng)1021 iiiiiiABYBAYBA。，當(dāng)當(dāng)021 YYBAii3真值表真值表一位大小比較器真值表一位大小比較器真值表0010Y1( (AiBi) )輸輸 出出1100Ai 輸輸 入入 4多位數(shù)碼的比較多位數(shù)碼的比較可采用逐位比較法，首先從最高位開始，依次比出結(jié)果?？刹捎弥鹞槐容^法，首先從最高位開始，依次比出結(jié)果。16.1.2多路選擇多路選擇器器多路選擇器多路選擇器：從多個輸入信號中，

4、選擇一個并且單個輸：從多個輸入信號中，選擇一個并且單個輸出的電路。出的電路。14 選選 1 選擇器選擇器A1、A2、A3、A4 及及 B1、B2、B3、B4 為輸入的多個信號，為輸入的多個信號，S為旋轉(zhuǎn)開關(guān)，為旋轉(zhuǎn)開關(guān)，P 為控制信號為控制信號輸入選通脈沖。輸入選通脈沖。功能：與一個單刀多擲開關(guān)相似。功能：與一個單刀多擲開關(guān)相似。適用場合：廣泛運(yùn)用于多輸入、單輸出的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。適用場合：廣泛運(yùn)用于多輸入、單輸出的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。也叫數(shù)據(jù)選擇器。也叫數(shù)據(jù)選擇器。2集成多路選擇器集成多路選擇器數(shù)據(jù)選擇集成電路數(shù)據(jù)選擇集成電路 74LS157 的管腳排列圖：的管腳排列圖：動畫數(shù)據(jù)選擇器動畫數(shù)據(jù)選擇器

5、功能表：功能表：輸入輸入輸出輸出YGSAB1x xx xx x0000000011101x x0001x x11當(dāng)當(dāng) G 為低電平時，選中該電路。為低電平時，選中該電路。若若 S 為低電平，為低電平，A 被選中，輸出被選中，輸出 Y 的狀態(tài)與的狀態(tài)與 A 同，同，若若 S 為高電平，為高電平，B 被選中，輸出被選中，輸出 Y 的狀態(tài)與的狀態(tài)與 B 同。同。G 是選通信號端，低電平有效；是選通信號端，低電平有效；S 是選擇信號端，用來選是選擇信號端，用來選擇哪一路信號輸出。擇哪一路信號輸出。16.2時基集成電路的應(yīng)用時基集成電路的應(yīng)用16.2.1555 時基集成電路簡介時基集成電路簡介16.2.

6、2555 時基集成電路應(yīng)用舉例時基集成電路應(yīng)用舉例16.2.116.2.1555 555 時基集成電路簡介時基集成電路簡介555 時基電路開始出現(xiàn)時，通常作為定時器應(yīng)用，所以稱為時基電路開始出現(xiàn)時，通常作為定時器應(yīng)用，所以稱為 555 定時器或定時器或 555 時基電路。時基電路。優(yōu)點：優(yōu)點：工作可靠，使用方便、價格低廉。工作可靠，使用方便、價格低廉。用途：用途：可用作定時控制；用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等可用作定時控制；用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制；組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路等。多種控制；組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路等。1555 集成電路為集成電路為 8 腳雙列

7、直插型封裝腳雙列直插型封裝555 時基集成電路外引線排列時基集成電路外引線排列 通常，通常，555 集成電路采用單電源，在集成電路采用單電源，在 +5 +15 V 電壓范電壓范圍內(nèi)均能工作，最大輸出電流達(dá)圍內(nèi)均能工作，最大輸出電流達(dá) 200 mA，可與，可與 TTL、MOS 邏輯電路或模擬電路相配合使用。邏輯電路或模擬電路相配合使用。2功能功能555 電路可看成一個帶放電開關(guān)的電路可看成一個帶放電開關(guān)的 RS 觸發(fā)器。觸發(fā)器。當(dāng)當(dāng) VTR = VTH = 0 V，VO = 1 V；當(dāng)當(dāng) VTH 23VCC，VTR 23VCC，VTR VCC 3 ， VO = 0 V；當(dāng)當(dāng) VTH 23VCC，

8、VTR VCC 3 ， VO 維持原態(tài)；維持原態(tài)；當(dāng)當(dāng) VTH 23VCC，VTR VCC 3 ， VO 維持原態(tài)。維持原態(tài)。3類型類型雙極型，輸出功率大，驅(qū)動電流達(dá)雙極型，輸出功率大，驅(qū)動電流達(dá) 200 mA，其他指標(biāo)不，其他指標(biāo)不如如 CMOS 型；型；CMOS 型，功耗低，電源電壓低，輸入阻抗高，但輸出型，功耗低，電源電壓低，輸入阻抗高，但輸出功率小，驅(qū)動電流幾毫安。功率小，驅(qū)動電流幾毫安。16.2.2555 時基集成電路應(yīng)用舉時基集成電路應(yīng)用舉例例555 構(gòu)成的單穩(wěn)電路是利用電容的構(gòu)成的單穩(wěn)電路是利用電容的充放電形成暫穩(wěn)態(tài)的，因此它的輸入端充放電形成暫穩(wěn)態(tài)的，因此它的輸入端都帶有定時電

9、阻和定時電容。都帶有定時電阻和定時電容。1人工啟動型單穩(wěn)人工啟動型單穩(wěn)電路特點：將電路特點：將 555 電路的電路的 6、2 端并端并接起來接在接起來接在 RC 定時電路上。定時電路上。等效電路等效電路工作原理：工作原理：接上電源后，接上電源后，R = 1，vO = 0，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；按下，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；按下開關(guān)開關(guān) S，R = 0，vO = 1，暫穩(wěn)態(tài)開始；開關(guān)放開后，電，暫穩(wěn)態(tài)開始；開關(guān)放開后，電容開始充電，當(dāng)電容容開始充電，當(dāng)電容 C 上的電壓升到大于上的電壓升到大于 2/3 VCC 時，輸出時，輸出又翻轉(zhuǎn)成又翻轉(zhuǎn)成 vO = 0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。1 S0 S應(yīng)用：用作定時、延

10、時控制。應(yīng)用：用作定時、延時控制。2脈沖啟動型單穩(wěn)脈沖啟動型單穩(wěn) 電路特點：把電路特點：把 555 電路的電路的 6、7端并接起來接到定時電容端并接起來接到定時電容 C 上，用上，用 2 端作為輸入端。端作為輸入端。 等效電路等效電路工作原理：工作原理：通電后，通電后，R = 1，輸出，輸出 vO = 0，這是電路的穩(wěn)態(tài)；，這是電路的穩(wěn)態(tài)；輸入負(fù)脈沖后，輸出翻轉(zhuǎn)成輸入負(fù)脈沖后，輸出翻轉(zhuǎn)成 vO = 1，暫穩(wěn)態(tài)開始；經(jīng)，暫穩(wěn)態(tài)開始；經(jīng)過過 tp 后，電容后，電容 C 上電壓升到大于上電壓升到大于 2/3 VCC ，R = 1， ，輸，輸出出 vO = 0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。1 S1 S0

11、 S應(yīng)用：用作定時、延時控制。應(yīng)用：用作定時、延時控制。 例例 16.1 把把 555 電路的電路的 6、2 端并接起來，成為只有一個端并接起來，成為只有一個輸入端的觸發(fā)器。這個觸發(fā)器因為輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系輸入端的觸發(fā)器。這個觸發(fā)器因為輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系是一個長方形的回線，稱為施密特觸發(fā)器，試對其工作原理作是一個長方形的回線，稱為施密特觸發(fā)器，試對其工作原理作簡要的說明。簡要的說明。解：從圖解：從圖( (b) )的曲線看到，當(dāng)輸入的曲線看到，當(dāng)輸入 v = 0 時，輸出時，輸出 vO = 1；當(dāng)輸入電壓從；當(dāng)輸入電壓從 0 上升時，要升到大于上升時，要升到大于 23VCC 以后，以

12、后，vO 才翻轉(zhuǎn)成才翻轉(zhuǎn)成 0；而當(dāng)輸入電壓從最高；而當(dāng)輸入電壓從最高值下降時，要降到小于值下降時，要降到小于 13VCC以后，以后，vO 才又翻轉(zhuǎn)成才又翻轉(zhuǎn)成 1。所以輸出電壓所以輸出電壓 vO 和輸入電壓和輸入電壓 vI 之間是一個回線形曲線。由之間是一個回線形曲線。由于這種電路有兩個不同的閾值電壓，所以這種電路常被用于電于這種電路有兩個不同的閾值電壓，所以這種電路常被用于電子開關(guān)、控制電路、波形變換和整形電路等。子開關(guān)、控制電路、波形變換和整形電路等。16.3集成電路的接口電路集成電路的接口電路16.3.1TTL 電路驅(qū)動電路驅(qū)動 CMOS 電路電路16.3.2CMOS 電路驅(qū)動電路驅(qū)動

13、 TTL 電路電路16.3.3集成門電路與其他負(fù)載連接集成門電路與其他負(fù)載連接16.3.116.3.1TTL TTL 電路驅(qū)動電路驅(qū)動 CMOS CMOS 電路電路接口電路接口電路：在：在 TTL 與與 CMOS 兩類門電路連接處加入的附兩類門電路連接處加入的附加電路。加電路。功能：使驅(qū)動門的輸出邏輯電平與負(fù)載門的輸入邏輯電平功能：使驅(qū)動門的輸出邏輯電平與負(fù)載門的輸入邏輯電平合理配合；使驅(qū)動門輸出的最大電流滿足負(fù)載門所需的輸入電合理配合；使驅(qū)動門輸出的最大電流滿足負(fù)載門所需的輸入電流；隔離前級電路和后級電路，互不干擾。流；隔離前級電路和后級電路，互不干擾。1接口主要解決的問題：接口主要解決的問

14、題：電平匹配電平匹配2采取措施：采取措施：插入相互連接的接口電路插入相互連接的接口電路接口電路：接口電路： OC 門接口電路：將門接口電路：將 OC 門門 輸出端電阻輸出端電阻 R 接到接到 +VDD 處，處，使使 OC 門的輸出電平與門的輸出電平與 CMOS 電路輸入電平一致；電路輸入電平一致；反相器作接口電路：使反相器作接口電路：使 TTL 電路輸出電平轉(zhuǎn)換為與電路輸出電平轉(zhuǎn)換為與CMOS 電路相匹配的電平；電路相匹配的電平；采用提升電阻采用提升電阻( (上拉電阻上拉電阻) )：將：將 TTL 的輸出電平提高到的輸出電平提高到 5 V 左右。左右。16.3.2CMOS 電路驅(qū)動電路驅(qū)動 T

15、TL 電電路路1. 接口主要解決的問題：接口主要解決的問題：降低降低 CMOS 電路的輸出電平電路的輸出電平 但又要保證有足夠的驅(qū)動但又要保證有足夠的驅(qū)動 TTL 電路的能力。電路的能力。2. 采取措施：采取措施：采用反相器作緩沖器，實現(xiàn)電平變換及驅(qū)動功能。采用反相器作緩沖器，實現(xiàn)電平變換及驅(qū)動功能。采用專用緩沖器作接口電路。采用專用緩沖器作接口電路。16.3.3集成門電路與其他負(fù)載連集成門電路與其他負(fù)載連接接1. 主要考慮的問題：主要考慮的問題：集成門電路的集成門電路的驅(qū)動能力及負(fù)載的工作電流。驅(qū)動能力及負(fù)載的工作電流。2. 采取措施：采取措施：用用 TTL 門電路直接驅(qū)動。門電路直接驅(qū)動。

16、TTL 門經(jīng)驅(qū)動器與負(fù)載連接。門經(jīng)驅(qū)動器與負(fù)載連接。CMOS 門經(jīng)驅(qū)動器與負(fù)載連接。門經(jīng)驅(qū)動器與負(fù)載連接?？傊?，集成電路在應(yīng)用時，接口總之，集成電路在應(yīng)用時，接口電路相當(dāng)重要，應(yīng)認(rèn)真選用合適的接電路相當(dāng)重要，應(yīng)認(rèn)真選用合適的接口電路，保證電路能長期正常工作。口電路，保證電路能長期正常工作。本章小結(jié)本章小結(jié)一、數(shù)碼比較器一、數(shù)碼比較器同比較器是比較兩個數(shù)是否相同；大小比較器是比較兩個同比較器是比較兩個數(shù)是否相同；大小比較器是比較兩個數(shù)碼的大小。數(shù)碼的大小。二、多路選擇器二、多路選擇器從多個輸入信號種選擇一個并且單路輸出的電路。它的功從多個輸入信號種選擇一個并且單路輸出的電路。它的功能相當(dāng)于一個單刀多擲開關(guān)。能相當(dāng)于一個單刀多擲開關(guān)。三、三、“555”時基集成電路應(yīng)用時基集成電路應(yīng)用利用利用“555”時基集成電路可以組成單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和無時基集成電路可以組成單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和無穩(wěn)態(tài)電路。穩(wěn)態(tài)電路。四、集成電路接口電路四、集成電路接口電路集成門電路驅(qū)動不同類型負(fù)載時，為保證電路的正常使用，集成門電路驅(qū)動不同類型負(fù)載時，為保證電路的正常使用，需選用合適的接口電路。需選用合適的接口電路。本章重點本章重點1掌握比較器的工作原理。掌握比較器的工作原理。2了解數(shù)據(jù)選擇器工作原理。了解