數字集成電路的輸入方式

1、主講人： 樓天良 副教授數字集成電路的輸入方式數字集成電路的輸入方式數字集成電路的輸入方式n一、實訓目的n通過本實訓能使同學掌握各種方式的輸入連接及應用場合，鞏固對數字集成電路輸入參數的理解，使同學們能在今后的實踐中靈活引用。二、實訓要求n掌握開關輸入方式n掌握開關晶體管輸入方式n了解光電耦合輸入方式n掌握施密特觸發(fā)器輸入方式n了解輸入端保護三、實訓原理數字電路應用實例（一）數字電路應用實例（二）說明：n在這二個實例中，除數字集成電路外，還有眾多的外圍電路，這包括輸入電路和輸出電路，有了這些電路，數字集成電路才能發(fā)揮應有的作用，今天就介紹輸入電路部分實訓原理：n理論上數字電路的邏輯 “0”、“

2、1”所對應的電平分別為：0V 和+5V。但實際輸入不可能為這樣理想的電平，也沒有這樣的必要。n實際的數字電路請查閱有關集成電路手冊，現以74LS00為例，加以說明，有幾個參數對我們連接十分重要。74LS00的技術參數表推薦工作條件 符號 參 數最小正常最大最小正常最大單 位 VCC工作電壓4.555.54.7555.25VVIH高電平輸人電壓22VVIL 低電平輸入電壓0.70.8V IOH高電平輸出電流-0.4-0.4mAIOL 低電平輸出電流48mATA自然通風時工作溫度-55125070 DM54LS00 DM74LS00電氣特性：n滿足自然通風時的工作溫度范圍符號參 數最小值典型值(注

3、1)最大值單位VI輸入鉗位電壓-1.5VVcc最小，IOH最大，DM542.53.4 VIL最大DM742.73.4VVcc最小， IOL最大，DM540.250.4VIH最小DM740.350.510L4mA，Vcc最小DM740.250.4II最大輸入電壓時的輸入電流0.1mAIIH高電平輸入電流20uA Vcc最小，II-18mA條件V Vcc最大，VI7V Vcc最大，VI27VVOHVOL高電平輸出電壓低電平輸出電壓電氣特性：n滿足自然通風時的工作溫度范圍符號參 數最小值典型值(注1)最大值單位IIL低電平輸人電流-0.34 mADM54-20-100 mAIOS短路輸出電流Vcc最

4、大(注2)DM74-20-100 mAICCH高電平輸出工作電流0.81.6 mAICCL低電平輸出工作電流2.44.4 mAVcc最大Vcc最大Vcc最大，VI04V條件動態(tài)特性：Vcc=5V,TA=25oC最小 最大 最小 最大TPLH低電平到高電子延遲時間310415nSTPHL高電平到低電乎延遲時間310415nS單 位CL15pFRL2kn 符號 參 數CL50pFn輸入電壓必須滿足電壓參數和的要求，也就是說，輸入為“0”時，電壓應當在0.8V與地電位之間，輸入為“1”時，電壓應當在2V和電源電壓之間，否則數字集成電路的工作就會出現異常，由于輸入電路內部均含有一定的電阻，且輸入電流不

5、能為零，由于電阻上的壓降，實際到達數字電路輸入端的電壓不一定能滿足要求，一定在注意輸入電路電阻對電路的影響。輸入信號的要求主要是：一、機械開關輸入方式n通常的開頭有二種類型：n單刀雙擲n單刀單擲型，單刀雙擲開關 直接連接電源 開頭接+5V時，輸入為“1”，開頭接地時，輸入為“0”，這種接法要注意二種狀態(tài)切換時，輸入為來穩(wěn)定狀態(tài)，可能會造成許多不能預了的后果。 GNDS+5V單刀單擲（接地）n開關斷開時，電阻R將輸入端拉為高電位，輸入為“1”，而開關斷開時，輸 入 端 接 地 ， 輸 入 為“0”。 +5VGNDR當開關斷開時，為保證輸入VIVIH,由于集成電路器件的IIH很小，電阻R的取值范圍

6、很大，一般TTL電路取幾千歐至幾萬歐，COMS電路取幾萬歐至數十萬歐。單刀單擲（接正電源） n開關斷開時，電阻R將輸入端電位拉為低 電 平 ， 輸 入 為“0”，反之為高電平。+5VGNDRR必須小于“關門電阻”ROFF,對于TTL器件，ROFF為700歐，而對CMOS器件，ROFF可達數十萬歐。指出開關連接的錯誤原因指出開關連接的錯誤原因指出開關連接的錯誤原因指出開關連接的錯誤原因二、撥碼開關1位撥碼開關內部接線n撥碼開關實際上是一個4刀10擲開關，在許多控制設備中常用于設定一些具體的數值，如溫度、繞圈的匝數、速度等，使用中，操作者可根據需要來改變設定，撥碼開關分別有5根引線，分別為A、8、

7、4、2、1。其中A為公共線，而8、4、2、1分別為四個開關的引腳，按8421碼的規(guī)律與A線接通。撥碼開關接線方式之一n使用時，將撥碼開關的四個開關狀態(tài)轉換為二進制代碼，直接實現十進制到二進制的轉換。三、干簧管n干簧管是一種非接觸性機械開關，觸點被封裝在玻璃管內，當磁體靠近干簧管時，管內有二簧片被磁化，從而接通或斷開觸點。干簧管應用舉例（水泵控制）n儲水箱內的塑料管內安裝兩只干簧管，塑料管外套一塊組裝在浮子內的環(huán)型形永久磁鐵，能隨水位的高低而上下浮動，要求設計的電路能夠在水位低于低水位時啟動水泵供水，高于高水位時，關閉水泵，停止向水向內供水?？刂齐娐稟B&CD&R2R1C2C1高

8、水位管低水位管水泵控制=0 水泵停機=1 水泵運轉G1G2+5V這是一個由基本RS觸發(fā)器及外圍電路組成的自動控制電路，干簧管應用舉例（水泵控制）AB&CD&R2R1C2C1高水位管低水位管水泵控制=0 水泵停機=1 水泵運轉G1G2+5V控制電路和水泵工作情況磁鐵位置觸發(fā)器G1、G2輸出水泵工作狀態(tài)水位情況低水位干簧管處1、0 工作、供水低水位高低水位之間上升1、0工作、供水水位上升高水位0、1停止工作高水位高低水位之間上升0、1停止工作水位下降n晶體管作為數字集成電路的輸入時，工作在開關狀態(tài)，分為晶體管飽和導通和截止情況.R1R2+5VVT90131TTL+5VR3R4VT9

9、0121TTL4、開關晶體管輸入方式NPN型晶體管n對NPN型晶體管，管子截止時，輸出為邏輯“1”狀態(tài)，管子導通時，輸出電壓為0.3V左右，即邏輯“0”狀態(tài)，R1的阻值大小必須保證當管子飽和時，能達到飽和狀態(tài)。R1R2+5VVT90131TTLPNP型晶體管n對PNP型晶體管，使用時的狀態(tài)與NPN型的管子情況相反，但同樣也能保證電阻R3能使管子飽和導通；管子截止時，R4阻值必須小于“關門電阻”，對TTL電路，一般為500歐。+5VR3R4VT90121TTL3、光電管n光電耦合器是以光為媒體傳輸電信號的一種“電-光-電”轉換隔離器件。它由發(fā)光器和光敏器件兩部分組成。把發(fā)光器件與光敏器件組裝在同

10、一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離，光線不通過外界媒體，分離型光電管n有把發(fā)光器件與光敏器件分開，光線要通過外界媒體才能到達對方。光電管的作用n不管是哪種類型，發(fā)光器件都作為輸入回路，它將電能轉換成光能，光敏器件為輸出回路，將光能再轉換成電能。實現了兩部分電路之間能傳遞信號但電氣上被隔離開來，從而可有效的實現高低電壓的分離及電氣干擾。光電耦合器的外觀n光電耦合器的外觀大多為淺黃色或白色，市面上見到淺黃色或白色封裝的集成電路幾乎都是光電耦合器。光電耦合器分類n光電耦合器中的發(fā)光器件為紅外發(fā)光二極管，而光敏器件有多種類型，根據光敏器件的不同，可分為光敏二極管型、光敏晶體管型、光敏電阻型、光控晶

11、閘管型、光敏達林頓弄等。光電耦合器的使用n使用硅光敏晶體管型光電耦合器作數字集成電路輸入時，與普通晶體管使用方法相同。光電耦合輸入的典型應用光電耦合器的型號n（1）TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4，分別是每個封裝內包含1個、2個、4個光電耦合器，由HP公司和日本東芝公司生產。n（2）4N系列，如4N25、4N32等，由Motorola公司生產。n（3）MOC30系列，如MOC3010、MOC3021、MOC3041等，為晶閘管驅動輸出。n（4）6N137，由HP公司生產，用于高速數據。TLP521-1 光電耦合器的參數正向電流反向電壓功耗擊穿電壓最大電流功耗耐壓溫度正向

12、電流正向電壓導通時間截止時間mAV mW V mA mWV度 mA VususTLP521-1晶體管輸出505100 5550100 2500-3010010 1.2215型號輸出方式極限參數工作參數發(fā)光器件受光器件整體發(fā)光器件延遲時間4、施密特觸發(fā)器的輸入方式n數字集成電路中各器件都工作在開關狀態(tài)，對輸入信號也要求是邏輯量狀態(tài)。但是實際的輸入信號往往并不是理想脈沖波形，甚至輸入信號是一種緩慢變化的波形。施密特觸發(fā)器n這種波形加在普通的數字集成電路的輸入端時，輸入就會有一段較長的時間處于“邏輯不明區(qū)” 。此時，本應工作在開關狀態(tài)的器件可能會在放大狀態(tài)，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至出現故障施密特觸發(fā)器n

13、施密特觸發(fā)器的輸入電路是一種內部帶有正反饋的特殊結構，它的輸入可以不是一個標準的邏輯電平，而輸出為標準的邏輯電平。施密特反相器74LS14的電壓轉移特性n其邏輯功能為反器，當輸入電壓升高，達 到 并 超 過 VT +（1.7V）時，輸出為低電平，而輸入電 壓 降 低 至 VT -（0.9V）后，輸出為高電平。而VT +-VT-=0.8V的差值稱為回差。施密特反相器應用實例n分析電茶水爐自動控制器溫度檢測電路n要求：自動控制電茶水爐的加熱器，當水燒開后（1000C）自動停止加熱，當溫度降到70oC以下時，自動接通電路加熱。MF58-502-3540型熱敏電阻n使用熱敏電阻檢測水溫是較為簡單的溫度

14、檢測方式，本例采用MF58-502-3540型熱敏電阻，阻值與溫度的對應關系如下表所示：溫度（度）010202530405060708090100阻值（k）14.257 9.2032 6.09254.1265 2.8552.0151.4481.05920.7870.5940.4545電路原理圖電路原理圖說明n輸出采用復合管驅動微型繼電器，由于微型繼電器不能直接驅動大功率加熱器，所以采用微型繼電器驅動交流接觸器，由交流接觸器驅動加熱器。5、輸入端保護措施n 在某些場合中數字集成電路的輸入電壓有可能超過允許范圍造成器件的損壞。為防止輸入電壓超出范圍，可以采用鉗位二極管保護。1+5VTTLVD1VD

15、2R輸入端的保護n當輸入電壓高于電源電壓時，二極管VD1導通，使輸入端電壓鉗制在VCC+0.7V；而當輸入電壓出現負值時，二極管VD2導通，使輸入端電壓鉗制在VCC-0.7V左右。1+5VTTLVD1VD2R輸入端的保護n圖中電阻為限流保護，阻值越大越好，但過大的阻值會產生較大的電壓降，影響輸入信號的電位，一般TTL電路使用100歐，CMOS電路選用1千歐。1+5VTTLVD1VD2R四、實訓內容1、對簡易水泵控制電路進行進一步分析，是否還存在不足之處，如何改進？畫出線路圖。2、請查閱有關干簧管的型號、種類以及參數，并以表格的形式寫入實訓報告。3、請查閱型號為4N35的管子的功能、參數及集成電路的引腳功能。實訓內容4、識圖訓練，下圖為一種觸摸延時燈電路，當人手觸摸金屬片M時燈亮，經過一段時間后，自動熄滅，可用于公共場所（如樓道）的照明，可根據圖說明電路工作過程，并說明如何調節(jié)才能改變燈亮的時間，并用具體的電路實施。&+5