項目10 門電路認知及應(yīng)用電路的制作

項目十一門電路認知及應(yīng)用電路的制作

11.1基本集成門電路認知及測試

11.2集成組合邏輯門電路認知及測試

11.3常用集成TTL及CMOS門電路認知

11.4數(shù)顯電容計超量程指示電路的制作項目目標：認識常見的集成門電路，制作數(shù)顯電容計超量程指示部分的電路；項目要求：超量程在整個電路過程中的作用是當(dāng)計數(shù)器計數(shù)的脈沖超過999時，產(chǎn)生一個指示信號。

項目提示：數(shù)顯電容計超量程指示電路如圖11.1所示。項目任務(wù)：圖11.1數(shù)顯電容計超量程指示電路實物11.1基本集成門電路認知及測試

(a)74LS154 (b)74LS00 (c)74LS164 (d)74LS02

(e)CG2260 (f)SD8272 (g)CG2272 (h)LX4A01圖11.2集成門電路實物圖先來測試一下,測試電路如圖11.3所示。

(a)74LS08測試電路(b)74LS32測試電路

圖11.3門電路測試電路

1.SN74LS00及CD4001邏輯功能測試

查得SN74LS00及CD4001的外部引腳分布圖，選擇A1、B1、Y1引腳，按圖11.10（a）和(b)在面包板上正確接線，并按74LS08和74LS32測試步驟進行相同的測試；2．測試結(jié)果分析：（1）SN74LS00測試結(jié)果表明只有當(dāng)兩輸入端均為高電平時，Y輸出為低電平，其它三種情況均為高電平，其邏輯功能如下表11.6所示。表11.6SN74LS00測試記錄表ABY001011101110測試步驟：（2）CD4001測試結(jié)果表明其邏輯功能是輸入端全為低電平時，輸出才為高電平，其它三種情況輸出均為低電平，其邏輯功能如下表11.7所示。表11.7CD4001測試記錄表ABY001010100110其邏輯符號及外部引腳如圖11.11所示。

(a)邏輯符號(b)外部引腳圖11.11與非門SN74LS00邏輯符號及外部引腳CD4001為四2輸入或非門，其特性表達式為：,其邏輯符號及外部引腳如圖11.12所示。

(a)邏輯符號(b)外部引腳圖11.12與非門CD4001邏輯符號及外部引腳

與或非門電路相當(dāng)于兩個與門、一個或門和一個非門的組合，可完成與或非運算。與或非門電路用圖11.13所示的邏輯符號表示，其邏輯表達式為：。

11.13與或非門邏輯符號二、異或門

異或是一種二變量邏輯運算，當(dāng)兩個變量取值相同時，邏輯函數(shù)值為0；當(dāng)兩個變量取值不同時，邏輯函數(shù)值為1。異或的邏輯表達式為：其邏輯符號如圖11.14所示。

11.14異或門邏輯符號一、與或非門三、同或門

同或運算符號是“⊙”。當(dāng)兩個變量取值不同時，邏輯函數(shù)值為0；當(dāng)兩個變量取值相同時，邏輯函數(shù)值為1；輸入相異時為0。同或運算的邏輯表達式為：

Y=A⊙B其特性表如表11.9所示。表11.9同或運算列表ABY=A⊙B001010100111其邏輯符號如圖11.15所示。

11.15同或門邏輯符號11.3常用集成TTL及CMOS門電路認知一、TTL集成邏輯門電路1．TTL反相器輸出和輸入之間是反相關(guān)系，即2.三態(tài)門（1）三態(tài)門特性其輸出有0、1和高阻三種狀態(tài)，如圖11.20所示為三態(tài)與非門邏輯符號。圖11.20三態(tài)與非門邏輯符號（2）三態(tài)門的應(yīng)用圖11.21（a）所示為三態(tài)與非門組成的單向總線，可實現(xiàn)信號的分時傳送。圖11.21（b）所示為三態(tài)非門組成的雙向總線。（a）單向總線（b）雙向總線圖11.21三態(tài)門組成的總線其輸出邏輯函數(shù)式為：3.集電極開路與非門（OC門）集電極開路與非門，其邏輯符號如圖11.22所示。圖11.22集電極開路與非門邏輯符號（1）集電極開路與非門實現(xiàn)線與圖11.23OC門實現(xiàn)線與此時的邏輯關(guān)系為：（2）電平轉(zhuǎn)換把上拉電阻接到10V電源上，這樣在OC門輸入普通的TTL電平時，其輸出高電平都可為10V。圖11.24實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換圖（3）用做驅(qū)動器 圖11.25驅(qū)動發(fā)光二極管二、常用集成TTL門電路多余輸入端的處理1.TTL與門、與非門的多余輸入端的處理（a）并聯(lián)(b)懸空(c)通過電阻接高電平2.TTL或門、或非門的多余輸入端的處理≥1ABYA≥1Y（a）并聯(lián)(b)接低電平或接地圖11.27TTL或門、或非門多余輸入端的處理圖11.26TTL與門、與非門多余輸入端的處理3.異或門的輸入端處理=1A=1AY=AY=A+5V(a)同相

（b）反相

圖11.28異或門的輸入端處理4．TTL集成電路使用規(guī)則

（1）接插集成塊時，要認清定位標記，不得插反。（2）電源電壓使用范圍為＋4.5V～＋5.5V之間，。（3）輸入端通過電阻接地，電阻值的大小將直接影響電路所處的狀態(tài)。當(dāng)R≤680Ω時，輸入端相當(dāng)于邏輯“0”；當(dāng)R≥4.7KΩ時，輸入端相當(dāng)于邏輯“1”。（4）輸出端不允許并聯(lián)使用。（5）輸出端不允許直接接地或直接接＋5V電源，有時為了使后級電路獲得較高的輸出電平，允許輸出端通過電阻R接至VCC，一般取R=3～5.1KΩ。

5.集成TTL電路分類表11.1174系列集成TTL電路類型系列分類特性及應(yīng)用現(xiàn)狀74系列早期的產(chǎn)品，現(xiàn)仍在使用，但正逐漸被淘汰。74H系列是74系列的改進型，屬于高速TTL產(chǎn)品。其“與非門”的平均傳輸時間達10ns左右，但電路的靜態(tài)功耗較大，目前該系列產(chǎn)品使用越來越少，逐漸被淘汰。74S系列TTL的高速型肖特基系列。在該系列中，采用了抗飽和肖特基二極管，速度較高，但品種較少。74LS系列是當(dāng)前TTL類型中的主要產(chǎn)品系列。品種和生產(chǎn)廠家都非常多。性能價格比比較高，目前在中小規(guī)模電路中應(yīng)用非常普遍。74ALS系列是“先進的低功耗肖特基”系列。屬于74LS–系列的后繼產(chǎn)品，速度（典型值為4ns）、功耗（典型值為1mW）等方面都有較大的改進，但價格比較高。74AS系列是74S系列的后繼產(chǎn)品，尤其速度（典型值為1.5ns）有顯著的提高，又稱“先進超高速肖特基”系列。74HC系列54/74HC系列是高速CMOS標準邏輯電路系列，具有與74LS–系列同等的工作度和CMOS集成電路固有的低功耗及電源電壓范圍寬等特點。74HCxxx是74LSxxx同序號的翻版，型號最后幾位數(shù)字相同，表示電路的邏輯功能、管腳排列完全兼容，為用74HC替代74LS提供了方便。三、CMOS集成邏輯門電路1.CMOS集成電路特點

CMOS集成電路的特點是功耗極低，輸出幅度大噪聲容限大，扇出能力強。2.集成CMOS電路特性參數(shù)

（1）輸出高電平VOH與輸出低電平VOL（2）閾值電壓VTH（3）抗干擾容限（4）傳輸延遲與功耗（5）扇出系數(shù)3.CMOS電路多余輸入端處理方法（1）CMOS與門、與非門，處理方法有兩種：多余端與其它有用的輸入端并聯(lián)使用；將多余輸入端接高電平。&AY+VDD&AY+VDD圖11.29CMOS與非門多余輸入端的處理（2）CMOS或非門，處理方法也有兩種：多余端與其它有用的輸入端并聯(lián)使用；將多余輸入端接地?！?AY+VDD≥1AY+VDD圖11.30CMOS或非門多余輸入端的處理4.使用注意事項（1）器件應(yīng)在導(dǎo)電容器內(nèi)存放，器件引線可用金屬導(dǎo)線、導(dǎo)電泡沫等將其一并短路。（2）多余輸入端不允許懸空，應(yīng)按邏輯要求處理接電源或地，否則將會使電路的邏輯混亂并損壞器件。（3）器件的輸入信號不允許超出電源電壓范圍，或者說輸入端的電流不得超過10mA。（4）CMOS電路的電源電壓應(yīng)先接通，再接入信號，否則會破壞輸入端的結(jié)構(gòu)，工作結(jié)束時，應(yīng)先斷輸入信號再切斷電源。（5）輸出端所接電容負載不能大于500pF，否則輸出級功耗過大而損壞電路。（6）CMOS電路不能以線與方式進行連接。5.集成CMOS電路分類

表11.13集成CMOS電路類型系列分類特性及應(yīng)用現(xiàn)狀基本CMOS4000系列是早期的CMOS集成邏輯門產(chǎn)品，工作電源電壓范圍為3～18V，由于具有功耗低、噪聲容限大、扇出系數(shù)大等優(yōu)點，已得到普遍使用。缺點是工作速度較低，平均傳輸延遲時間為幾十ns，最高工作頻率小于5MHz。高速CMOSHC（HCT）系列該系列電路在制造工藝上作了改進，使工作速度大大提高，平均傳輸延遲時間小于10ns，最高工作頻率可達50MHz。HC系列的電源電壓范圍為2～6V。HCT系列的主要特點是與TTL器件電壓兼容，它的電源電壓范圍為4.5～5.5V。它的輸入電壓參數(shù)為VIH（min）=2.0V；VIL（max）=0.8V，與TTL完全相同。另外，74HC/HCT系列與74LS系列的產(chǎn)品，只要最后3位數(shù)字相同，則兩種器件的邏輯功能、外形尺寸，引腳排列順序也完全相同，這樣就為以CMOS產(chǎn)品代替TTL產(chǎn)品提供了方便。先進CMOSAC（ACT）系列該系列的工作頻率得到了進一步的提高，同時保持了CMOS超低功耗的特點。其中ACT系列與TTL器件電壓兼容，電源電壓范圍為4.5～5.5V。AC系列的電源電壓范圍為1.5～5.5V。AC（ACT）系列的邏輯功能、引腳排列順序等都與同型號的HC（HCT）系列完全相同。11.4數(shù)顯電容計超量程指示電路的制作項目電路如圖11.31所示。圖11.31超量程指示部分原理圖制作步驟：（1）按圖正確接線，