毕业论文 自动打铃器设计

摘要文章介绍了一种以8031单片机为核心片，外接扩展芯片AT93C46电擦除可编程只读存储器，并带有数码LED显示，时、分、秒和以指示灯做标志的按键校时自动打铃器。本设计是为了方便广大师生上、下课而设计的。自动打铃声器不须人工到时打铃，整个操做过程，全是由单片机程序控制，在初次使用时须人工校时。关键词单片机、存储器、数码管ABSTRACTARTICLERECOMMENDAREGARD8031ONECHIPCOMPUTERSASCORESTRETCH,OUTERTOEXPANDELECTRICITY,AT93C46OFCHIP,WIPE,GETRIDOFPROGRAMMABLEREADONLYMEMORY,ITMOREHAVEREVEALLED,WHEN,MINUTEORSECONDANDNOTLASTBUTTONRINGINGBELLDEVICEAUTOMATICALLYATTHETIMEOFSCHOOLOFSIGNWITHINDICATORLAMPITDESIGNSTOBEFORCONVENIENCEATWIDEMASTERGROW,CLASSISOVER,DESIGNORIGINALLYTYPERINGTONESDEVICENEEDARTIFICIALTORINGBELLTHEN,SPEAKCOURSEOFDOINGENTIRELY,CONTROLBYONECHIPCOMPUTERPROCEDUREALLAUTOMATICALLY,MUSTATBEINGARTIFICIALTHESCHOOLWHILEUSINGFORTHEFIRSTTIMEKEYWORDONECHIPCOMPUTER、MEMORY、THENUMBERISMANAGED目录中文摘要ABSTRACT、引言、总体设计方案21设计思路22总体设计框图、设计原理分析31校时模式32定时模式33工作模式34存储器93C46的相关介绍341引脚功能342指令及时序358031信号引脚介绍3674LS48的芯片说明361管脚排列图362使能端的功能103774HC138的介绍11371真值表1138电路图124、程序部分1241程序分为五部分1242部分寄存器及按键说明1243程序流程图1344程序清单14441初始化程序14442键值处理程序15443读写93C46程序18444中断程序20445显示器驱动程序21446计时程序21447显示程序22总结23致谢24参考文献25附录26引言用单片机控制的自动打铃器,充分发挥单片机的体积小、价格便宜、功耗低、可靠性好等特点。单片机发展速度快，不断地进行更新换代。它将微机计算机的中央处理器CPU和外围芯片，如程序存储器ROM（或EPROM）数据存储器RAM，并行和串行接口，定时器/计数器，中断控制系统等部件集成在一个芯片之中，通过这些功能就能体现了利用单片机来控制打铃器的优势。、总体设计方案21设计思路利用单片机及定时器设计的一个时钟，在每次秒加1的计时过程中，都与规定的时间作比较，如果相等就进行开关电铃，不等则返回。22总体设计框图存储器VCCP00P04P34P37P05P07P20P10P16P21XTAL1XTAL2按键指示灯显示电路打铃驱动输出TIL1131/2光电耦合管晶振2只双向可控硅4只二极管桥TLI111/2光电耦合管电铃220V5V5V、设计原理分析31校时模式按下K1（模式选择键），将模式选择为校时模式（模式指示灯黄灯亮），K2，K3，K4分别为时钟加1键，分钟加1键，秒钟加1键，K5无用。32定时模式按下K1（模式选择键），将模式选择为定时模式（模式指示灯绿灯亮），K2为定时器组选择（本装置有24组定时器）键，K3，K4分别为定时器时钟加1键和定时器分钟加1键，K5为定时器状态选择键，每按K5一次，此组的定时器状态改变一次，并将此组数据存入93C46中。33工作模式按下K1（模式选择键），将模式选择为工作模式（模式指示灯红灯亮），K2，K3，K4，K5无用。此模式为正常工作模式34存储器93C46的相关介绍存储器AT93C46为SPI接口，1脚为CS，2脚为CLK，3脚为DI，4脚为DO，5脚为GND，6脚为ORG，7脚为NC，8脚为VCC。单5V电压，DIP8，6416（ORG为HI）或1288（ORG为LO），芯片及字的清除，时钟最高为250KHZ。读（READ）操作当下达10XXXX指令后，将地址（XXXXXX）的数据在CLKHI时由DO输出。写（WRITE）操作在写入之前，必须先下达写使能（EWEN）指令，然后在下达01XXXXXX指令后，当CLK为HI时，在把数据写入指定的地址（XXXXXX），而DO0时，表示还在烧写，烧写完成后，DO会转为HI，写入动作完成后，必须再下达写禁止（ENDS）指令。写使能（EWEN）下达0011XXXX指令后，才可进行写入（WRITE）的数据清除。写禁止（EWDS）下达0000XXXX指令后，才可重复进行写入（WRITE）的动作。341引脚功能存储器芯片的引脚排列如图所示。各引脚的功能如下片选信号。高电平有效，低电平时进入等待模式。在连续的指令之间，信号必须持续至少的低电平，才能保证芯片正常工作。串行时钟信号。在的上升沿，操作码、地址和数据位进入器件或从器件输出。在发送序列时，最好不停止，以防止读写数据的错误。串行数据输入。可在的同步下输入开始位、操作码、地址位和数据位。串行数据输出。在同步下读周期时，用于输出数据；而在地址擦写周期或芯片擦写周期时，该端用于提供忙闲信息。接地。接电源。存贮器构造配置端。该端接或悬空时，输出为位；接时，输出为位。空脚，不连接。表1AT93C46系统指令地址位数据位指令起始位操作码816空备注READ110ANAOANAO空从指定的单元读数EWEN10011XXXXX11XXXX空允许写指令ERASE111ANAOAN1AO空擦除指定单元WRITE101ANAOAN1AOD7D0D15D0写入存储单元ERAL10010XXXXX10XXXX空擦除存储器所有单元WRAL10001XXXX01XXXXD7D0D15D0写入存储器所有单元EWDS10000XXXXX00XXXX空禁止写指令表中，93C46N693C56N793C66N8342指令及时序的指令如表所列，各指令的具体含义如下1擦写允许指令由于在上电复位后首先将处于擦写不允许状态。故该指令必须在所有编程模式前执行，一旦该指令执行后，只要外部没有断电就可以对芯片进行编程。2地址擦指令该指令用于强迫指定地址中所有数据位都为“”。一旦信息在端上被译码，就需使信号保持至少的低电平，然后将置为高电平，这时，端就会指示“忙”标志。为“”，表示编程正在进行；为“”，表示该指定地址的寄存器单元已擦完，可以执行下一条指令。3地址写指令写指令时，先写地址，然后将位的或位数据写入到指定地址中。当端输出最后一个数据位后，在时钟的下一个上升沿以前，必须为低，且需至少保持，然后将置为高电平。需要说明的是写周期时，每写一个字节需耗时。4地址读指令读指令用于从指定的单元中把数据从高位到低位输出至端，但逻辑“”位先于数据位输出。读指令在的上升沿触发，且需经过一段时间方可稳定。为防止出错，建议在读指令结束后，再输出个脉冲。5芯片擦指令该指令可将整个存贮器阵列置为，其它功能与地址擦指令相同。6芯片写指令该指令可将命令中指定的数据写入整个存贮器阵列，其它功能与地址写指令相同。该指令周期所花费时间的最大值为。7擦写禁止指令使用该指令可对写入的数据进行保护，操作步骤与擦写允许指令相同。358031信号引脚介绍P00P07P0口8位双向口线；P10P17P1口8位双向口线；P20P27P2口8位双向口线；P30P37P3口8位双向口线；ALE地址锁存控制信号。在系统扩展时ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。PSEN外部程序存储器选通信号在读外部ROM时PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。EA访问程序存储器控制信号当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当EA信号为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序想念器。RST复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。复位以后，P0P3口输出高电平，SP指针重新赋值为07H，其他特殊功能寄存器和程序计数器PC被清0。XTAL1和XTAL2外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。VSS地线VCC5V电源3674LS48的芯片说明74LS48是控制七段显示器显示的集成译码电路之一，其引线排列图如图310所示。A、B、C、D为BCD码输入端，A为最高位,YAYG为输出端，分别驱动七段显示器的AG输入端，高电平触发显示，可驱动共阴极发光二极管组成的七段显示器显示。其它端为使能端。36174LS48的管脚排列图A074LS48YAA1A2LTIB/YBR7123451234567816151413121110974LS48GNDVCCYFYGYAYBYCYDYEA2LTABA3IBR6A1IB/YBRIBRA3A0YBYCYDYEYFYG36274LS48的使能端的功能如下1消隐输入BI/RBO。当BI0时，不论其它各使能端和输入端处于何种状态，YAYG均输出低电平，显示器的七个字段全熄灭。这个端子是个双功能端子，既可作输入端子，也可作输出端子。作输入端子用时，它是消隐输入BI；作输出端子用时，它是灭零输出RBO。2灭零输出BI/RBO。RBO为灭零输出。当RBI0，输入ABCD0000时，RBO0，利用该灭零输出信号可将多位显示中的无用零熄灭。3774HC138的介绍74HC系列的逻辑功能、引出端排列与74LS系列相一致；其工作速度与74LS相似，而功耗仍与CMOS4000系列相一致。74HC系列的所有输入均有内部保护线路，以减小由于静电感应而损坏器件的可能性。74HC具有高抗噪声度和驱动负载的能力。HC138有三个地址输入（A0A2）、三个选通输入（STA、STB、STC）和八个输出（Y0Y7）。当STA为高电平、STB和STC为低电平时器件被选通，A0A2可确定Y0Y7中的一个以低电平呈现；对于STA、STB、STC的其它任何组合，均为高电平。利用STA、STB、STC可级联扩展为24线译码器；若外接一个反向器还可级联扩展为32线译码器。当将一个选通端作为数据输入而另外两个选通端保持其有效值时，该器件还可作为多路分配器使用。371真值表输入输出STASTBSTCA2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7XHXXXXHHHHHHHHXXHXXXHHHHHHHHXXXXXXHHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLH注H高电平、L低电平、X任意。引脚功能定义A0A2地址输入端；GND地；STA选通端；STB、STC选通端（低电平有效）；Y0Y7译码输出端（低电平有效）。38电路图HLLHHHHHHHHHHL4、程序部分41程序分为五部分1初始化程序，2键值处理程序，3中断程序，4显示程序，5存储器93C46读写程序42部分寄存器及按键说明28H扫描指针寄存器20H25H显示缓存寄存器R6时钟寄存器R5分钟寄存器R4秒钟寄存器K1模式选择键K2时加1（定时器组加1）键K3分加1（定时器时加1）键K4秒加1（定时器分加1）键K5定时器状态改变既存储键43程序流程图44程序清单441初始化程序READEQU0；读93C46WRITEEQU2；写入93C46EWENEQU4；93C46写入使能EWDSEQU6；93C46写入禁止ADR46EQU21H；93C46地址THIGHEQU0F8HTLOWEQU5FHTIMENEQU30；打铃持续时间（30秒）CSBITP37；93C46CSCLKBITP36；93C46CLKDIBITP35；93C46DIDOBITP34；93C46DOORG0000H；主程序起始地址AJMPSTART；跳至主程序ORG000BH；TIMER0中断起始地址AJMPTIM0；跳至TIMER0中断子程序STARTMOVSP,60H；设置堆栈在60HMOV28H,00；显示寄存器初值为00MOVR6,12H；时寄存器值为12HMOVR5,00H；“分”寄存器值为00HMOVR4,00H；“秒”寄存器值为00HMOVTMOD,01H；设TIMER0为MODE1MOVTH0,THIGH；计时中断为4000微秒MOVTL0,TLOWMOVIE,82；TIMER中断使能MOVR2,250；中断250次SETBTR0；启动TIMER0442键值处理程序LOOPSETBP05；工作模式CLRP06CLRP07JBP00,N1；K1（模式选择键）按了不是则跳至N1ACALLDELAY；消除抖动JNBP00,；K1（模式选择键）放开了ACALLDELAY；消除抖动AJMPSET；转到定时模式SETN1MOV2FH,R6；将时钟数据载入2FH中MOV2EH,R5；将分钟数据载入2EH中MOVADR46,00；把93C46地址置0SETBRS0；将工作寄存器组选择1区LOOP1MOVA,READ；读93C46ACALLTO93C46MOVA,R3；取出定时器的状态ANLA,01HCJNEA,01H,N2；定时器为关闭，则跳转至N2MOVA,R4；取出定时器分钟数据CJNEA,2FH,N2；定时器分钟数据与时钟分钟不同则转至N2MOVA,R5；取出定时器时钟数据CJNEA,2EH,N2；定时器时钟数据与时钟时钟不同则转至N2SETBP21；定时器时间到，打铃MOVA,ADR46；将93C46地址载入A中N2CJNEA,1EH,N3；到定时器数据表表尾没到转至N3MOVADR46,00；到表尾，置93C46地址为表头AJMPLOOP1；转至LOOP1N3INCADR46；93C46地址加2INCADR46AJMPLOOP1；转至LOOP1SETCLRP05；校时模式SETBP06CLRP07LOOPSJBP00,N11；K1（模式选择键）按了不是则跳至N11ACALLDELAY；消除抖动JNBP00,；K1（模式选择键）放开了ACALLDELAY；消除抖动AJMPSETTIME；转至SETTIMEN11JBP01,N13；K2（时钟加1键）按了不是则跳至N13ACALLDELAY；消除抖动MOVA,R6；将时寄存器的值载入AADDA,01H；A内容加1DAA；做十进制调整MOVR6,A；将A的值存入时寄存器CJNEA,24H,N12；是否超过24时不是则跳至N12MOVR6,00H；是则清除时寄存器的值为00N12JNBP01,；K2（时钟加1键）放开了ACALLDELAY；消除抖动N13JBP02,N15；K3（分钟加1键）按了不是则跳至N15ACALLDELAY；消除抖动MOVA,R5；将分寄存器的值载入AADDA,01；A内容加1DAA；做十进制调整MOVR5,A；将A的值存入分寄存器CJNEA,60H,N14；是否超过60分不是则跳至N14MOVR5,00H；是则清除分寄存器的值为00N14JNBP02,；K3（分钟加1键）放开了ACALLDELAY；消除抖动N15JBP03,N17；K4（秒钟加1键）按了不是则跳至N17ACALLDELAY；消除抖动MOVA,R4；将秒寄存器的值载入AADDA,01；A内容加1DAA；做十进制调整MOVR4,A；将A的值存入秒寄存器CJNEA,60H,N16；是否超过60秒不是则跳至N16MOVR4,00；是则清除分寄存器的值为00N16JNBP03,；K4（秒钟加1键）放开了ACALLDELAY；消除抖动N17AJMPLOOPS；转至LOOPSSETTIMECLRP05；定时模式CLRP06SETBP07MOVADR46,00HMOVA,READ；读93C46地址为ADR46中的数据ACALLTO9346LOOPBACALLDISP；调用DISPJBP00,N21；K1（模式选择键）按了不是则跳至N21ACALLDELAY；消除抖动JNBP00,；K1（模式选择键）放开了ACALLDELAY；消除抖动AJMPLOOP；转至LOOPN21JBP01,N22；K2（定时器组加1键）按了不是则跳至N22ACALLDELAY；消除抖动MOVA,ADR46；将地址载入ACLRC；清除进位位RRCA；A右移1位ADDA,01H；地址加1MOVR6,A；将A存入R6CLRC；清除进位位RLCA；A左移1位MOVADR46,A；将A中地址存入ADR46MOVA,READ；读93C46地址为ADR46中的数据ACALLTO9346JNBP01,；K2（定时器组加1键）放开了ACALLDELAY；消除抖动N22JBP02,N24；K3（定时器分钟加1键）按了不是则跳至N24ACALLDELAY；消除抖动MOVA,R4；将定时器分寄存器的值载入AADDA,01；A内容加1DAA；做十进制调整MOVR4,A；将A的值存入定时器分寄存器CJNEA,60H,N23；是否超过60分不是则跳至N16MOVR4,00H；是则清除分寄存器的值为00N23JNBP02,；K3（定时器分钟加1键）放开了ACALLDELAY；消除抖动N24JBP03,N26；K4（定时器时钟加1键）按了不是则跳至N26ACALLDELAY；消除抖动MOVA,R5；将定时器时寄存器的值载入AADDA,01H；A内容加1DAA；做十进制调整MOVR5,A；将A的值存入定时器时寄存器CJNEA,24H,N25；是否超过24时不是则跳至N25MOVR5,00；是则清除分寄存器的值为00N25JNBP03,；K4（定时器时钟加1键）放开了ACALLDELAY；消除抖动N26JBP04,N27；K5（改变定时器状态存储键）按了不是则跳至N27ACALLDELAY；消除抖动INCR3；改变R3最低位的值（表示定时器的状态，1表示开，0表示关）MOVA,WRITE；将A的值写入93C46地址为ADR46中ACALLTO9346JNBP04,；K5（改变定时器状态存储键）放开了ACALLDELAY；消除抖动N27AJMPLOOPB；转至LOOPB443读写93C46程序TO9346SETBCS；CS1SETBDI；DI1SETBCLK；CLK1ACALLDELAYCLRCLK；CLK0ACALLDELAYMOVDPTR,JPTBL46JMPADPTR；JPTBL46AJMPSREAD；读AJMPSWRITE；写AJMPSEWEN；写使能AJMPSEWDS；写禁止SREADMOVA,ADR46；地址载入AADDA,80H；10XXXX读指令ACALLSDT46；读入地址ACALLRDT46；读定时器时钟数据MOVR5,A；存入R5ACALLRDT46；读定时器分钟数据MOVR4,A；存入R4INCADR46；地址加1MOVA,ADR46；地址载入AADDA,80H；10XXXX读指令ACALLSDT46；读入地址ACALLRDT46；读定时器状态数据ACALLRDT46DECADR46MOVR3,A；存入R3AJMPEX9346SWRITEMOVA,ADR46；写入地址载入AADDA,40H；01XXXX写指令ACALLSDT46；载入地址MOVA,R5；载入定时器时钟数据ACALLSDT46；写入定时器时钟数据MOVA,R4；载入定时器分钟数据ACALLSDT46；写入定时器分钟数据INCADR46；地址加1MOVA,ADR46；写入地址载入AADDA,40H；01XXXX写指令ACALLSDT46；载入地址MOVA,R3；载入定时器状态数据DECADR46；地址减1ACALLADR46；写入定时器状态数据AJMPEX9346；转至EX9346SEWENMOVA,30H；0011XXXX写使能指令ACALLSDT46AJMPEX9346SEWDSCLRA；0000XXXX写禁止指令ACALLSDT46EX9346CLRCS；CS0RETSDT46MOVR2,8；写入8位数据SD1RLCAMOVDI,CSETBCLKACALLDELAYCLRCLKACALLDELAYDJNZR2,SD1RETRDT46MOVR2,8；读出8位数据RD1SETBCLKACALLDELAYCLRCLKACALLDELAYMOVC,DORLCADJNZR2,RD1RETDELAYMOVR7,0FHDJNZR7,RET444中断程序TIM0MOVTH0,THIGH；重设计时4000微秒MOVTL0,TLOWPUSHACC；将A的值存入堆栈PUSHPSW；将PSW的值存入堆栈CLRRS0；设置工作寄存器为0区DJNZR2,X2；计时1秒MOVR2,250ACALLCLOCK；调用计时子程序CLOCKACALLDISP；调用显示子程序X2ACALLSCAN；调用扫描子程序POPPSWPOPACCRETI445显示器驱动程序SCANMOVR0,28H；（28H）为扫描指针INCR0；扫描指针加1CJNER0,6,X3；扫描完6个显示器不是跳至X3MOVR0,00；是则扫描指针为0X3MOVA,R0；扫描指针载入AADDA,20；A加常数20H（显示寄存器地址）各时间显示区地址；存入R1各时间显示地址MOVR1,A；扫描指针存入AMOVA,R0；将A高低4位交换（P1高4位为扫描值，SWAPA；低4位为显示数据值）ORLA,R1；扫描值显示值MOVR1,A；输出至P1RET446计时程序CLOCKMOVA,R4；R4为秒寄存器ADDA,01；加1DAA；做十进制调整MOVR4,A；存入秒寄存器CJNEA,TIMEN,X4；是否超过打零连续时间不是则跳至X4CLRP20；关铃X4CJNEA,60H,X5；是否超过60秒不是则跳至X5MOVR4,00；是则清除为0MOVA,R5；R5为分寄存器ADDA,01；加1DAA；做十进制调整MOVR5,A；存入分寄存器CJNEA,60H,X5；是否超过60分不是则跳至X5MOVR5,00；是则清除为0MOVA,R6；R6为时寄存器ADDA,01；加1DAA；做十进制调整MOVR6,A；存入时寄存器CJNEA,60H,X5；是否超过24时不是则跳至X5MOVR6,00；是则清除为0X5RET447显示程序DISPMOVR1,20；（20H）为显示寄存器，R120HMOVA,R6；将时寄存器的内容存入AMOVB,01H；设B累加器的值为10HDIVAB；A/B，商（十位数）存入A，余数（个位数）存入BMOVR1,B；将B的内容存入（20H）INCR1；R121HMOVR1,A；将A的内容存入（21H）INCR1；R122HMOVA,R5；将分寄存器的内容存入AMOVB,01H；设B累加器的值为10HDIVAB；A/B，商（十位数）存入A，余数（个位数）存入BMOVR1,B；将B的内容存入（22H）INCR1；R123HMOVR1,A；将A的内容存入（23H）INCR1；R124HMOVA,R4；将秒寄存器的内容存入AMOVB,01H；设B累加器的值为10HDIVAB；A/B，商（十位数）存入A，余数（个位数）存入BMOVR1,B；将B的内容存入（24H）INCR1；R125HMOVR1,A；将A的内容存入（25H）RETEND总结经过近这几周的努力，在老师和同学的帮助下，我基本上完成了设计任务。通过这次课程设计，我充分认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理。我在图书馆查阅了大量的资料，同时也认识到了图书馆的重要作用。在今后的学习过程中，应该多到图书馆看一些专业方面的书籍，以丰富自己的知识。也使我加深了对单片机知识的了解和应用和对线路PROTEL99的理解和应用。由于知识水平的局限和时间的仓促，设计中可能会存在着一些不足，我真诚的接受老师和同学的批评和指正。致谢为期周的毕业设计已经接近尾声，本次设计是我们学生在校期间的最后一次学习，我十分重视设计的全部过程。本次设计我能够顺利的完成。首先我要感谢带我们这组毕业设计的导师李川教授，李川教授带我们的毕业设计，虽然他工作极其繁忙，但他从来未忽视我们，无论我们什么时候有问题，他都会认真耐心的给我们讲授，还借给我们相关的辅导材料及查阅资料；其次感谢我们系的各位老师，对我的设计都给予了一定的指导；最后，感谢我们这个小组的全部成员，在一起的共同探讨与研究，团结向上互相帮助。参考文献1李朝青单片机原理及接口技术（修订版）北京航空航天大学出版社，19982李广弟单片机基础北京航空航天大学出版社，19923何立民单片机应用技术大全北京航空航天大学出版社，19944张毅刚单片机原理及接口技术哈尔滨工业大学出版社，19905谭浩强单片机课程设计清华大学出版社，19896胡汉才单片机原理及其接口技术清华大学出版社7王福瑞单片微机测控系统设计大全北京航天航空大学出版社8楼然苗51系列单片机设计实例北京航空航天大学出版社9李刚51系列单片机系统设计与应用技巧北京航空航天大学出版社10张立红单片微型机算计机原理与应用中国劳动社会保障出版社11万福君单片微机原理系统设计与应用中国科学技术大学出版社12冯毛官单片计算机原理与应用西安交通大学出版社13郝波数字电路电子工业出版社14杨志忠数字电子技术高等教育出版社15谭建生数字电路与逻辑设计电子工业出版社附录INTEGRATEDCIRCUITTHEINTEGRATEDCIRCUITISSOMETIMESCALLEDANICITISSOCALLEDBECAUSEALLOFTHECIRCUITELEMENTSAREBONDEDTOGETHERRATHERTHANSEPARATELYWIREDTOEACHOTHERAFTERBEINGMANUFACTUREDTHEICWASINVENTEDFEWERTHANFORTYYEARSAGO,ANDITHASALREADYBECOMEONEOFTHEMARVELSOFTHE70YEAROLDELECTRONICSINDUSTRY,ANDITISBEINGUSEDWIDELYINDOZENSOFINDUSTRIESANDCONSUMERPRODUCTSYETTHERANGEOFUSESOFTHISELECTRONICDEVICEISCONSIDEREDTOBEMERELYONTHETHRESHOLDOFANALMOSTLIMITLESSPOTENTIALULTIMATELY,ITPROMISESTOPROCESSING,ANDTOEXERCISEANINFLUENCEONALMOSTEVERYHUMANACTIVITYANINTEGRATEDCIRCUITLOOKSLIKENOTHINGMORETHANATINYSILVERGRAYCHIPOFMETAL,PERHAPSONEHALFOFACENTIMETERONASIDE,ANDNOTMUCHTHICKERTHANASHEETOFPAPERITISSOSMALLTHATIFITFELLONTHEFLOOR,ITCOULDBEEASILYSWEPTUPWITHTHEDUSTALTHOUGHITVERYSMALL,ITREPRESENTSTHEMOSTHIGHLYSKILLEDTECHNOLOGYATEVERYSTEPOFITSMANUFACTUREATTODAYSLEVELOFDEVELOPMENT,ITMIGHTCOMPRISEMORETHANTENTHOUSANDSEPARATEELECTRONICELEMENTSINCLUDINGELEMENTSOFMANYDIFFERENTFUNCTIONS,SUCHASDIODES,TRANSISTORS,CAPACITORSANDRESISTORSBEFORE1947,THEHEARTOFTHEELECTRONICCIRCUITWASVACUUMTUBE,INVENTEDIN1940BYABRITISHENGINEERFOR40YEARS,THOUGHTHISDEVICEUNDERWENTCONSTANTIMPROVEMENT,INREALITYFORITSCOMPLEXDESIGN,THEVACUUMTUBEISINHERENTLYUNSTABLE,POWERHUNGRY,ANDSUBJECTTOBURNOUTSANDINTERNALSHORTCIRCUITSITALSOTAKESUPALOTOFSPACETHESEAREAMONGTHESHORTCOMINGSOFTHEVACUUMTUBETHATLEDTOTHEDEVELOPMENTWASTHEUSEOFSILICONINSTEADOFWIREASTHEBASICCONDUCTIVEMATERIALTHISELEMENT,WHICHCOMPRISES28PERCENTOFTHEEARTHSCRUST,ISNOTONLYSTABLEOVERASIDERANGEOFTEMPERATURES,BUTALSOOFFERSDEPENDABLEMANUFACTURINGCONTROLITWASDURINGTHEEARLY1950STHATTHENEEDFOREVERSMALLERELECTRONICCOMPONENTSBECAMEREALLYINSISTENTSPACETECHNOLOGYWASONEFACTORLARGECOMPUTERSCALLEDUPONTOPERFORMHUNDREDSOFMILLIONSOFCALCULATIONSASECOND,ANDSOONTHERESULTWASIC,COMBININGFORTHEFIRSTTIMETHEMULTIPLEFUNCTIONSOFTRANSISTORS,CAPACITORS,ANDRESISTORSINCOMBININGFORTHEFIRSTTIMETHEMULTIPLEFUNCTIONSOFTRANSISTORS,CAPACITORS,ANDRESISTORSINONECOMPLETEUNITALLONASINGLE,TINYBITOFMATERIALICFIRSTAPPEAREDINPRODUCTFORTHECONSUMERFOREXAMPLE,ELECTRONICCALCULATORS,DIGITALCLOCKSANDWRISTWATCHUSEINTEGRATEDCIRCUITSTHEICISUSEDTOCONTROLTHEELECTRICRANGEANDOVEN,THECLOTHESDRYERANDTHEELECTRONICORGANTHEINTEGRATEDCIRCUITHASREDUCEDBYMANYTIMESTHESIZEOFTHECOMPUTEROFWHICHITFORMSAPART,THUSCREATINGANEWGENERATIONOFPORTABLEMINICOMPUTERSASALIGHTWEIGHT,PORTABLEINSTRUMENT,THEMINICOMPUTERISNOTCONFINEDTOAFIXEDPOSITIONBUTCANBETAKENTO,ORPLACEDIN,LOCATIONSWHEREITCANSOLVEDIFFICULTPROBLEMSINFEWERTHAN10YEARSTHEGROWINGRANGEOFAPPLICATIONOFTHEICINTHEDESIGNOFINDUSTRIALPRODUCTSHASBEENPHENOMENALEXPERTSNOWPREDICTTHATTHEICHASBROUGHTINANERAOFCHANGESOFUNDAMENTALANDWIDESWEEPINGTHATITALREADYHASTHECHARACTERISTICOFASECONDINDUSTRIALREVOLUTIONTRANSISTORTHEORYTHECONVENTIONALTRANSISTORISSOMETIMESCALLEDTRIODEITCONSISTOFASINGLESEMICONDUCTORCRYSTAL,GENERALLYOFGERMANIUMORSILICON,CONTAININGTHREEREGIONSANDTWOPNJUNCTIONSBETWEENTHEREGIONSTHECENTRALREGIONCALLEDTHEBASE,MAYBEOFEITHERTHENTYPEORPTYPETHETWOOUTERREGIONS,CALLEDTHEEMITTERANDTHECOLLECTOR,AREOFATYPEOPPOSITETOTHATOFTHEBASETHUS,IFTHEBASEISPTYPE,THEEMITTERANDCOLLECTORARENTYPEHENCETHEREISAPNJUNCTIONBETWEENTHEEMITTERANDBASEANDANOTHERBETWEENTHECOLLECTORANDBASETHEENTIRECRYSTALTHENISCALLEDANNPNTRANSISTORALTHOUGHTHETRANSISTORISASINGLECRYSTALWITHTHREEREGIONS,ITMIGHTHELPUSTOUNDERSTANDITSACTIONIFWEWERETOCONSIDERITASCONSISTINGOFTWOJUNCTIONDIODES,BACKTOTHEINPUTDIODE,TOWHICHTHEINPUTSIGNALISAPPLIEDTHEOTHERDIODEMAYBECONSIDEREDASOUTPUTDIODE,FROMWHICHTHEOUTPUTSIGNALISTAKENSINCEBOTHDIODESHAVEAREGIONINCOMMON,THEYAREBOUNDTOINFLUENCEEACHOTHERELECTRICALCHARGECARRIERSINJECTEDBYTHESIGNALINTOTHEINPUTDIODEWILLAFFECTTHEFLOWOFCARRIERSINTHEOUTPUTDIODEIFANNPNTRANSISTORISEMPLOYED,ASINFIGURE181,THERESISTANCEOFTHEEMITTERBASEJUNCTIONOFTHEINPUTDIODEISLOWBECAUSEBATTERYVEEISCONNECTEDWITHITSNEGATIVETERMINALTOTHEEMITTERNREGIONANDITSPOSITIVETERMINALTOTHEBASEPREGIONHENCETHEVOLTAGE,CALLEDABIASINGVOLTAGE,ISINTHEFORWARDDIRECTIONWESAYTHATTHEEMITTERBASEJUNCTIONISFORWARDBIASINGFORTHEOUTPUTDIODE,THEBIASINGVOLTAGEAPPLIEDTOTHECOLLECTORBASEJUNCTIONISINTHEREVERSEDIRECTIONANDTHEJUNCTIONISSAIDTOBEREVERSEBIASEDBECAUSEOFTHISREVERSEBIAS,THECOLLECTORBASEJUNCTIONAHIGHRESISTANCESHOULDAPNPTRANSISTORBEEMPLOYED,THECONNECTIONSANDRESULTSARETHESAMEEXCEPTTHATTHEPOLARITIESOFTHEBIASINGBATTERIESVEEANDVCCAREREVERSEDIFNOWACURRENTFLOWTHOUGHTTHELOWRESISTANCEEMITTERBASEDIODETHEINPUTDIODECANPRODUCEASIMILARCURRENTFLOWTHOUGHTTHEHIGHRESISTANCECOLLECTORBASEDIODETHEOUTPUTDIODETOUNDERSTANDTHEOPERATIONOFATRANSISTOR,SEVERALFACTSMUSTBEKEPTINMIND1INANREGION,ELECTRONSARETHEMAJORITYCARRIERSANDHOLESARETHEMINORITYCARRIERSINAPREGION,HOLEARETHEMAJORITYCARRIERSANDELECTRONSARETHEMINORITYCARRIERS2FORWARDBIASINGAPNJUNCTIONREDUCESTHEHEIGHTOFTHEPOTENTIALBARRIERREVERSEBIASINGTHEJUNCTIONINCREASESTHEHEIGHTOFTHEBARRIER3THEPOTENTIALBARRIEROPPOSESTHEFLOWOFMAJORITYCARRIERSTHROUGHITONTHEOTHERHAND,THEPOTENTIALBARRIERAIDSMINORITYCARRIERSTOPASSTHROUGHITNOWLETUSSEEHOWTHETRANSISTORISUSEDINAPRACTICALAPPLICATION,LETUSCONSIDERBASICNPNTRANSISTORAMPLIFIERCIRCUIT,WHICHISILLUSTRATEDINFIGURE182BECAUSETHEBASEISCOMMONTOTHEINPUTANDOUTPUTCIRCUITS,THISARRANGEMENTISCALLEDACOMMONBASECONFIGURATIONTHEINPUTSIGNALISREPRESENTEDBYTHEVOLTAGEPRODUCEDBYTHEACGENERATORINTHEEMITTERBASECIRCUITBATTERYVEEBIASESTHEEMITTERBASEJUNCTIONINTHEFORWARDDIRECTIONBATTERYVCCBIASESTHECOLLECTORBASEJUNCTIONINTHEREVERSEDIRECTIONUNDERTHEINFLUENCEOFTHEBIASINGBATTERIES,ELECTRONSFROMTHENEGATIVETERMINALOFVEEFLOWTHROUGHTHEEMITTERREGION,THENDIFFUSEACROSSTHENARROWBASEREGION,ANDFLOWTHROUGHTHECOLLECTORREGIONTOTHEPOSITIVETERMINALOFVCCTHESEBIASINGBATTERIES,SUPPLYINGASTEADYVOLTAGE,PRODUCEASTEADYCURRENTFLOWINTHETRANSISTORSINCEWEAREINTERESTEDINTHECHANGESPRODUCEDBYTHEINCOMINGSIGNAL,THECURRENTFLOWPRODUCEDBYTHEBATTERIESMAYBEDISREGARDEDINOURDISCUSSIONATTHISPOINTASSUMETHATTHEINPUTSIGNALISSUCHASTOINCREASETHEEMITTERTOBASEVOLTAGEINTHEFORWARDDIRECTIONMOREELECTRONSAREMADETOMOVEFROMTHEEMITTERTOTHEBASEFOREXAMPLE,LETUSSUPPOSETHATASADDITIONAL100MICROAMPERESFLOWINTHISMANNER,ATTHESAMETIME,THESIGNALVOLTAGECAUSESHOLESTOMOVEFROMTHEBASETOEMITTERSINCETHEREAREFEWERHOLESAVAILABLETOMOVEFROMTHEBASETOEMITTERTHANTHEELECTRONSFROMTHEEMITTERTOBASE,THISCURRENTWILLBELESSTHANTHEELECTRONCURRENTFLOWINTHEOPPOSITEDIRECTIONASSUMETHATTHECURRENTFLOWDUETOTHEMOVEMENTOFHOLESFROMTHEBASETOTHEEMITTERSIS5MICROAMPERESSINETHEBASEREGIONISVERYNARROW,PRACTICALLYALLTHEELECTRONSENTERINGTHEBASEREGIONFROMTHEEMITTERCANDIFFUSEACROSSTHECOLLECTORBASEJUNCTIONANDFLOWTHROUGHTHECOLLECTORREGIONANDTHENTHEYAREDRAWNBYTHEATTRACTIONOFTHEPOSITIVETERMINALOFBATTERYVCCHENCETHEREISAPPROXIMATELY100MICROAMPERESOFCURRENTFLOWOUTOFTHECOLLECTORREGIONTHISISTHEOUTPUTCURRENTTHUSTHECURRENTFLOWBETWEENTHEEMITTERANDBASECAUSESACURRENTFLOWTHROUGHTHECOLLECTORANDAVOLTAGEDROPACROSSRLIFTHEVOLTAGEACROSSTHEEMITTERANDBASEISINCREASEDBYTHEINCOMINGSIGNAL,THECURRENTFLOWAND,HENCE,THEVOLTAGEDROPACROSSRLAREINCREASEDIFTHESIGNALVOLTAGEISREDUCED,THECURRENTTOOISREDUCED,ANDSOISTHEVOLTAGEDROPACROSSRLYOUSEE,THEN,THATASIGNALVOLTAGEAPPLIEDTOTHEINPUTPRODUCESACORRESPONDINGOUTPUTVOLTAGETHETRANSISTOR,OFCOURSE,DOESNOTGENERATEANYPOWERTHEGAINISPROVIDEDBYTHECOLLECTO