数字集成电路及其应用讲稿(王敏).ppt

三 数字集成电路四 数字集成电路的应用 乍浦高级中学王敏 课标内容 第三节数字集成电路 教学要求 1 了解晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用2 知道常用数字集成电路类型 说明 场效应管不作要求 对于有基础的学生 学会分析简单的三极管开关电路 考试标准 第四节数字电路的应用 教学要求 1 会对简单的组合逻辑电路进行分析和组装 并进行测试2 认识基本触发器的组成特征 了解基本触发器及其在电子控制系统中的作用 说明 常用基本触发器不作要求 有条件的学校可对简单组合数字电路的设计进行教学 考试标准 高电平 就是与低电平相对的高电压 是电工程上的一种说法 在电子电路中 我们通常是以电路中的 地 逻辑地或者实际地 的基础0V为准的 那么高于0V的就可以称为高电平 低于0V的就可以称为低电平 在数字逻辑电路中 低电平表示0 高电平表示1 一般规定低电平为0 0 25V 高电平为3 5 5V 高低电平的划分 对于TTL来说高电平是 2 4V 5 0V 低电平是 0 0V 0 8V 对于CMOS来说高电平是 3 5 0v低电平是 0 0 2v 非门开关模型 在右图所示用电阻和开关构成的电路中 开关闭合时 开关所呈现的电阻为0 使得开关两端的电压也就是输出电压为0 输出低电平 反之 若开关断开 因为电阻R上没有电流流过 R上的电压等于电源电压 即输出高电平 三极管开关特性 三极管开关特性 1 可看成电路 2 可看成电路 0 试验目的 观察晶体三极管的开关特性试验准备 晶体三极管3DK4C1只 10k 2 2k 电阻各1只 3v 5 v电源1只 多用电表1只 试验过程 在电路试验板上按左图搭接电路 并在下列各空格处填入试验结果 1 将输入端接地 用多用电表测量电阻Rc两端的电压Ur V 此时晶体三极管集电极的电流Ice 填 很大 或者 很小 三极管处于 填 导通 或 截止 状态 三极管集电极c与发射极e之间的电压Uce V 属于 填 高 或 低 电平 2 将输入端接3V电压 用多用电表测量电阻Rc两端的电压Ur V 此时晶体三极管集电极的电流Ice 填 很大 或者 很小 三极管处于 填 导通 或 截止 状态 三极管集电极c与发射极e之间的电压Uce V 属于 填 高 或 低 电平 很小 截止 3 高 2 8 很大 导通 0 2 低 截止时 相当于开关 断开 等效电路 饱和时 相当于开关 闭合 等效电路 结论 三极管相当于一个由基极电流控制的无触点开关 三 数字集成电路 晶体三极管的开关特性 三 数字集成电路 晶体三极管在数字电路中的应用 图1NPNPNP三极管反相器电路Vin无输入电位Q1截止 Vin高电平时Q1导通 Q2基极得高电位 Q2截止 图2两只NPN三极管反相器电路vin无输入电位Q1截止 Q2导通 Vin接入高电平Q1导通 促使Q2基极电位下级 Q2截止 图3PNP三极管开关电路当输入端悬空时Q1截止 VIN输入端接入低电平时 Q1导通 继电器吸合 图4PNP三极管开关电路当vin无输入电位时Q1截止 Vin接入高电平Q1导通 继电器吸合 图5三极管上拉电阻 当有高电位输入时Q导通 因E C导通 又因有负载电阻 所以输出看作是低电平 图6三极管下拉电阻 当有高电位输入时Q导通 因E C导通 又因有负载电阻 所以输出看作是高电平 数字集成电路的分类 CMOS和TTL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 数字集成电路的分类与特性 数字集成电路的种类繁多 在实际应用中 广泛使用的是双极型 如TTL HTL DTL ECL 等和单极型 如CMOS PMOS NMOS 等集成电路 1 TTL数字集成电路 1 74系列 2 74H系列 3 74S系列 4 74LS系列 5 74ALS系列 6 74AS系列 7 74F系列 TTL是晶体管输入 晶体管输出的逻辑电路 它由NPN或PNP型晶体管组成 74LS00 74LS04 74LS00 74LS20管脚排列图 2 CMOS数字集成电路 1 标准型4000B 4500B系列 2 74HC系列 3 74AC系列 电压范围宽 3 18V 功耗小 速度较低 品种多 价格低廉 是高速CMOS标准逻辑电路系列 在保持低功耗的前提下 具有与74LS系列同等的工作速度 具有与74AS系列同等的工作速度和CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压宽等特点 CMOS数字集成电路是由P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管 按照互补对称形式连接起来的 1 TTL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 2 频率特性 3 TTL电路的电压输出特性 TTL电路的工作电源电压范围很窄 S LS F系列为5 0 5 AS ALS系列为5 0 10 TTL电路的工作频率比4000系列的高 当工作电压为 5V时 输出高电平大于2 4V 输入高电平大于2 0V 输出低电平小于0 4V 输入低电平小于0 8V 2 CMOS系列集成电路的一般特性 1 电源电压范围 2 功耗 3 输入阻抗 4 抗干扰能力 电源电压范围为3 18V 74HC系列约在2 6伏 当电源电压VDD 5V时 CMOS电路的静态功耗分别是 门电路类为2 5 5 W 缓冲器和触发器类为5 20uW 中规模集成电路类为25 100 W CMOS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108 1011 以上 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 1 不允许在超过极限参数的条件下工作 电路在超过极限参数的条件下工作 就可能工作不正常 且容易引起损坏 使用数字集成电路的注意事项 2 电源的电压的极性千万不能接反 3 CMOS电路要求输入信号幅度不能超过VDD VSS 4 对多余输入端的处理 对CMOS电路 多余的输入端不能悬空 对TTL电路 对多余的输入端允许悬空 5 多余的输出端 应该悬空处理 决不允许直接接到VDD或VSS 触发器 数字电路中能将二进制数据记忆住的基本单元电路 是由门电路加上适当的反馈而构成的逻辑部件 触发器及其在电子控制系统中的作用 四 数字电路的应用 基本触发器是数字电路的基本部件之一 它具有记忆和存储的功能 触发器特点具有两个状态 分别表示逻辑0和逻辑1 在输入信号作用下 可从一种状态翻转到另一种状态 在输入信号取消后 能保持状态不变 触发器分类按触发方式分 电位触发方式 主从触发方式及边沿触发方式 按逻辑功能分 RS触发器 D触发器 JK触发器和T触发器 基本S R触发器 由2个或非门组成 1 0 0 1 0 1 输入S 1 R 0时 有1则0 全0则1 不论原状态如何 输出均为 直接置1端直接置位端 0 1 0 1 1 0 有1则0 全0则1 不论原状态如何 输出均为 1 0 直接置0端直接复位端 输入S 0 R 1时 0 1 输入S 0 R 0时 1 0 若原状态为 1 0 0 1 输入R 0 S 0时 若原状态为 0 1 1 0 破坏了二输出状态相反的要求 触发器状态不定 输入S 1 R 1时 基本S R触发器的真值表 Q 苏苏和蓉蓉是一对快乐的孪生兄妹 有一天他们随父母一起去儿童公园 走进公园只见一个跷跷板安静地等待小朋友来玩 苏苏和蓉蓉一阵风似的冲过去 苏苏占领了标有Q的一边 蓉蓉只好在标有Q的一边就坐 苏苏一蹬地 犹如触发器的S端加上触发器信号 跷跷板标有Q的一边翘了上去 成了Q高Q低的状态 蓉蓉一蹬地 又犹如触发器的R端加上触发信号 跷跷板又回到Q低Q高的状态 接着苏苏又一蹬地 跷跷板又变成了Q高Q低 妈妈过来了 喊到 停 苏苏和蓉蓉都停止用力 跷跷板也停住了 不在变化 妈妈说 刚才最后一次是苏苏蹬地的 对不对 苏苏和蓉蓉很奇怪 妈妈怎么会知道的呢 妈妈说 刚才谁是最后一个用力 跷跷板上记着哩 不一会儿 苏苏和蓉蓉闹别扭了 他们同时用力蹬地 争持不下 这时的跷跷板会处于什么状态呢 还能保持一边高一边低吗 基本R S触发器 由2个与非门组成 1 0 0 1 0 1 全1则0 任0则1 直接置0端直接复位端 0 1 0 1 1 0 全1则0 任0则1 直接置1端直接置位端 1 0 0 1 1 0 0 1 破坏了二输出状态相反的要求 触发器状态不定 低电平有效 R S触发器特点 2 可触发使之翻转 使RD SD之一为0时可翻转 3 具有记忆功能 RD SD都为1时 保持原来状态 4 触发器 RD SD都为0时 状态不定 亮 试验目的 熟悉基本触发器的功能 试验准备 CT74LS001片 电位器1只 电阻6只 发光二极管1只 试验过程 按电路图搭接电路 调节Ui使其由0变大 观察发光二极管的发光情况 并记录发光二极管状态变化时的Ui值 当发光二极管状态变化后 再将Ui由大变小 观察发光二极管的发光情况 并记录发光二极管状态改变时的Ui值 试验记录 初始状态 Ui 0 发光二极管状态发光二极管状态改变时的Ui发光二极管状态再次改变时的Ui试验总结 1 该电路是如何体现基本触发器功能的 2 该电路有何用途 基本触发器功能 由小变大到3 2V时二极管灭 单稳态触发器 1 单稳态触发器的工作原理 1 有一个稳态和一个暂稳态 2 在外来触发脉冲作用下 电路将从稳态翻转到暂稳态 暂稳态停留一段时间后 又返回到稳定状态 3 暂稳态持续时间取决于电路