《常用集成电路应用与实训》课件-2

1第2章常用数字集成电路

第2章常用数字集成电路2.1CD4069六反相器及其应用2.2CD4011四2输入端与非门及其应用2.3CD4017十进制计数器/脉冲分配器及其应用2.4CD406014级二进制串行计数/分频器及其应用2.5CD4066四双向模拟开关及其应用2.674HC14六反相施密特触发器及其应用2第2章常用数字集成电路

2.1CD4069六反相器及其应用CD4069包含六个独立的反相器，采用低功耗的CMOS工艺，有宽的电压范围，较强的抗干扰能力和对称的上升和下降沿。CD4069一般作为通用的反相器，对于要求更高抗干扰能力的IC，可以选择使用74HC14等反向施密特触发器。所有的输入端均通过2个二极管对VDD和VSS进行放电以保护芯片。3CD4069六反相器的特性主要特点：1.宽电压范围3.0V到15V2.高噪声抑制0.45VDD3.低功耗TTL兼容扇出可以驱动2个74L或者1个74LS4.与74C04通用。4表2.1CD4069极限参数符号参数名典型单位VDD电源电压-0.5/18VVIN输入电压-0.5V到VDDVTS贮存温度-65到150℃PD耗散功率700mWTL10秒焊接温度260℃5678图2.1CD4069的原理图和引脚配置（顶视）9SOP14封装DIP14封装10图2.2CD4069制作的定时灯光提醒器

112.1.3CD4069制作的定时灯光提醒器1.电路组成电路如图3所示，由六非门CD4069（仅用到其中两个非门，分别用IC－1和IC－2表示）和电阻、电容、电源等组成，此电路可以在1～25分钟内预定提醒时间，使用时，利用时间标尺预定时间，打开电源开关，定时器绿灯亮，表示开始计时，到了预定的时间，绿灯灭，红灯亮。12图2.3太阳能充电器电路132.工作原理太阳能电池的电压往往比较低，要给一个更高电压的镍氢电池充电一定要使用DC-DC升压电路。图中L、Q和D就组成了基本的升压电路。CD4069的G1和G2门组成基本的振荡器，频率为f=1/(2.2R2C2)

，图中取值得到的频率大概为155kHz，产生的脉冲信号通过G3-G6门并联的缓冲后驱动MOS管VT工作。14第2章常用数字集成电路

2.2CD4011四2输入端与非门及其应用CD4011包含4个独立的2输入与非门，采用低功耗的CMOS工艺，有宽的电压范围，有相同的拉电流和灌电流能力。CD4011实现的是与非的功能。所有的输入端均通过2个二极管对VDD和VSS进行放电以保护芯片。CD4011的输入输出参数等可参考CD4069，这里只指出其引脚图和应用。152.2.1CD4011的引脚配置图2.4CD4011的引脚配置图（顶视）16SOP14封装DIP14封装17图2.5CD4011构成的超温与降温报警器电路18CD4011构成的超温与降温报警器电路工作原理二极管反向工作时，反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10℃，反向电流增大一倍。例如2AP9型锗二极管，在25℃时反向电流若为250uA，温度升高到35℃，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75℃时，它的反向电流已达8mA，已经失去了单方向导电特性。二极管VD1和VD2均置于环境温度内，当温度低于下限值时，图中a点电位大于门A输入端的阈值电压U，门A输出端为低电平，使门B输出高电平，这时由门C、门D组成的多谐振荡器起振，压电片发出报警声；当箱内温度高于上限值时，b点电位小于门B阈值电压U，也可使门B输出高电平，蜂鸣器发出报警声。只有当箱内温度处于上、下限之间的值时，蜂鸣器才不会发出声响。分别调节RP1和RP2的值可分别改变下限和上限值。19图2.6CD4011制作的延迟节能灯20GR为光敏电阻，有光或者较亮时阻值很小，导致D1的第1脚为低电平0，D1输出1，D2输出0，D3输出1，D4输出0，可控硅不导通，灯不亮，这种情况下，无论话筒是否接收到声音均不会亮灯。当夜晚或者光线较暗时，GR阻值很大，导致D1的第1脚为高电平1，这时候的状态取决于话筒接收到的声音。当话筒接收到较大声音时，经过9013的放大D1第2脚会有交流电压，也就是有时为高电平。当是高电平的时候，D1输出0，D2输出1，C2被很快充电成高电平，所以D3输出0，D4输出1，可控硅导通，灯亮。当声音消失或者很小时，尽管D2变成0，但由于VD6的单向导通作用，C2仍然为高电平，但是会被电阻逐步放电，知道电压翻转，D3就会输出高电平，D4输出0，可控硅截止，灯灭。这就形成了当晚上有声音的时候灯就会亮，直到连续30秒左右均没有声音灯才会熄灭的节能控制效果。CD4011制作的延迟节能灯21图2.7CD4011制作的水满报警器当水满时，AB两个探测电极均与水接触时，AB两端电阻很小，远小于R1(200K)，CD4011的A门输入端电压很低，为低电平0输入，故A门输出高电平1，三极管Q1导通，继电器J1（常闭型）线圈中有电流通过，继电器断开（可用于断开抽水电机电源）；同时与非门C的上输入端和与非门A的输出端相连，也为高电平，故由与非门C、D组成的音频振荡器起振，蜂鸣器发出报警声响。另外，与非门B输出低电平，发光二极管LED发光指示水满。22图2.7CD4011制作的水满报警器当水未满(或未达到预定水位时)，电极B未与水接触，逻辑状态与水满时相反23第2章常用数字集成电路

2.3CD4017十进制计数器/脉冲分配器及其应用

CD4017是5位约翰逊计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH三个端入端的施密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数，反之，计数功能无效。CR为计数器清零端，高电平有效。在10个时钟输入周期输出一次CO进位信号，可用作多级计数器的下级时钟，实现级联计数。24图2.8CD4017的引脚配置图（顶视）

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图2.11CD4017制作的缆线测试器26

工作原理

NE555组成多谐振荡器，从其引脚3输出一个脉冲信号送给CD4017作为时钟，因CD4017的引脚15（RESET）接地，输出端(Q0—Q9)只有一个高电平循环出现，其余均为低电平。这样，如果主机电路中的LED1被点亮，副机中的LED9也被点亮，则表示被测网线第一根线为“通”，其它例同。对网线进行检测时，如果LED1-LED8有不亮者，即表示此线短路。如果LED9一LED16非顺序点亮，则表示线序有误。测试熟练后，还可根据发光二极管的发光情况判断出某根网线是否接触不良。网线通常两端为RJ45头，本电路的1-8可分别焊接在RJ45插座的对应引脚上，这样插入网线即可检测。27图2.12CD4017制作的单键触摸开关

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工作原理接通电源后，因C2电压不能突变，CD4017的引脚15为短时高电平，IC自动复位清零，可控硅关断，灯不亮。当人手触摸M1后，氖灯发光，光敏电阻CDS感光阻值减小使IC的CLOCK端变为高电平，Q1由此输出高电平，9013三极管有基极电流，使可控硅导通点亮灯泡。当人手再一次触摸M1后，IC计数一次，Q1变为低电平，Q2输出高电平，9013三极管无基极电流，可控硅截止，灯灭，依次类推，从而实现触摸开关功能。市电两输入线分别通过R1、R2接至触摸电路，安装时需区分相线和零线。29图2.13CD4017和MC1413制作的流水灯

30工作原理电路由NE555振荡电路输出脉冲信号给CD4017作为时钟，CD4017依次在Q0-Q9循环输出高电平，通过MC1413的驱动分别输出大电流给串联的LED，这种闪烁的场景可通过在摩托车尾部大灯的下方装本电路来实现。在摩托车夜间行驶时，能产生彩灯往复闪烁，行如流水的动感效果。这种流水灯控制电路也可用于节日灯饰控制或广告背景灯等其他应用场合。使用VD整流二极管的作用是为了防止电源反接。31第2章常用数字集成电路

2.4CD406014级二进制串行计数/分频器及其应用CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，RESET为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。各级计数器均为T触发器，当T=1时对时钟进行计数。在Φ0的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用施密特触发器，对时钟上升和下降时间无限制。分频系数为16~16384（Q4~Q10,Q12~Q14输出）。32图2.14CD4060的引脚配置图（顶视）

33CD4060的DIP16封装

342.4.2CD4060的三种时钟方式

图中RC振荡的电路图，振荡频率为f=1/(2.2

R1*C)，R2为R1的2-10倍。显然当RESET端为1时，电路无法起振。图中晶体振荡可产生高稳定度的时钟。图2.15CD4060的时钟连接方式35图2.16CD4060的外部时钟连接图（不使用内部振荡电路）图2.16所示为使用外部时钟时，引脚10和引脚9均悬空，外部是镇南关从引脚11输入即可。36CD4060组成的秒信号发生器图2.17CD4060组成的秒脉冲发生器372.工作原理图2.17的振荡部分为晶体振荡电路，产生的频率为32768Hz，经过CD4060的分频，从引脚3脚输出14级信号，即经过了16384分频后，得到的频率为2Hz,再经过BCD加法计数器CD4518的再一次分频，就得到了1Hz的秒脉冲信号。38表2.3电路输出频率IC引脚名称频率（Hz）周期(s)CD40607Q420480.0004885Q510240.0009774Q65120.0019536Q72560.00390614Q81280.00781313Q9640.01562515Q10320.031251Q1280.1252Q1340.253Q1420.5CD45183Q1A114Q2A0.525Q3A0.2546Q4A0.125811Q1B0.06251612Q2B0.031253213Q3B0.0156256414Q4B0.00781312839图2.18CD4060组成的频率计电路40

工作原理当R2选择合适时，将在4060的Q4端输出一个高电位持续时间为1秒的基准脉冲信号并用LED显示，在这1秒时内计数器从000开始对外接待测信号进行计数，1秒过后，Q4变为“0”，CD4011的引脚11不再接通外接信号，计数停止。当Q3=“1”,且Q5=“1”时CD4011的引脚10输出复位信号，将CD4060和CD4026复位，即完成了一次频率测试。本电路会以反复计数的方式完成外接信号的频率测试。412.4.5CD4060组成的长延时电路图2.19CD4060组成的长延时电路42工作原理CD4060接成RC振荡模式，振荡频率大约为1Hz，经过14级分频在引脚3(Q14)的脉冲周期为16841秒（约4小时40分），同理引脚15(Q10)的脉冲周期为1058秒。在电路接通的情况下，按一下AN按钮，电路重新开始计时，延时1058秒后，Q10由“0”变“1”，通过4148二极管使振荡停止，LED点亮，计时终止。通过波段开关可以选择其他延时时间。43第2章常用数字集成电路

2.5CD4066四双向模拟开关及其应用CD4066为四双向模拟开关，内部含有四个独立的能控制数字或者模拟信号传输的双向开关，每个开关有一个控制端CON和2个IO端，当控制端CON为“1”时开关打开，当控制端CON为“0”时开关关断，实际上它就相当于可控的单刀双掷开关。模拟开关在电视机、影碟机、电话机、各种电子仪器仪表等上应用相当广泛。作为模拟开关的同类集成电路还有单八路模拟开关CD4051、双四路模拟开关CD4052、单十六路模拟开关CD4067和三组二路模拟开关CD4053等，美国Maxim公司更是提供了更高性能（更快速、更低导通电阻）的模拟开关，如MAX4621导通电阻可低至3Ω，甚至可以作为簧片继电器的替代品。44图2.20CD4066的引脚配置图（顶视）452.5.2CD4066的特性主要特点：☆导通电阻低至125Ω☆关断电阻高至180MΩ☆静态电流低至0.01uA46表2.6CD4066主要电气参数符号参数名条件最小典型最大单位IDD静态电流VDD=5，10，15V0.01uAVDD=20V0.02uARON导通电阻VDD=5V4701050ΩVDD=15V180400ΩVDD=20V125240ΩRIN控制输入电阻Ω

响应频率VDD=5V40MHz472.5.3CD4066构成的单键控制视频切换器图2.21CD4066构成的单键控制视频切换器48工作原理按键每按一下，相当于给CD4017输入一个时钟脉冲，CD4017就会计数，分别从Q0~Q3依次输出高电平，打开相应的CD4066开关让相应的视频通过。当Q4为高电平时，再按一次按键就会导致Q5为高电平，由于Q5与MR相连，CD4017复位，所有的Q全部置“0”。这样实际的开关除了分别接通视频1、2、3、4外还有一个空闲状态，也就是视频输出端不接通任何输入端。49制作要点由于视频信号的速率很高，为了防止互相干扰，连接视频信号时要注意各组相互之间的隔离、视频信号线的屏蔽层的良好接地等。50CD4066构成的单键控制电压输出装置图2.22CD4066组成的单键控制电压输出装置512.工作原理

CD4017和按键一起组成十进制计数器，在按键的作用下，依次从Q0~Q9输出高电平，接通对应的CD4066模拟开关，电阻R1分别和对应模拟开关下的电阻组成分压网络，由于每个开关控制的电阻不同，所以依次得到不同的电压输出。52CD4066组成的继电器控制电路图2.23CD4066组成的继电器控制电路

532.工作原理当“开”脉冲出现时，B电子开关的引脚3和引脚4接通，引脚4输出+5v，+5v电位一路连到继电器的驱动三极管基极，三极管饱和，使继电器线圈通电，继电器吸合，+5v电位另一路至C电子开关的控制端引脚6,使C开关的引脚8和引脚9导通，呈现+5V，并输出到A开关的引脚2，使得引脚2也得到+5v电位。由于此时关脉冲输出为“0”电位，D开关关闭，被拉高的引脚11给A开关的控制端引脚13的电压也为+5v，所以A开关导通，引脚1和引脚2接通，均为+5V，并输出给B开关的控制端引脚5，使得B开关自锁保持导通状态，即使开脉冲过去，但B开关的引脚4引脚输出到继电器驱动管仍保持高电平，继电器触点维持吸合状态。只要B开关的引脚4引脚输出+5V，LED上就能得到正向导通电压而发亮。5455

图2.24为CD4001或非门搭建的同样功能的电路。电路使用2个或非门即可实现同样的功能，而且电路更加简洁可靠，设计数字电路的过程中选择合适的集成电路，能更好的简化电路，节约成本。562.工作原理当关脉冲来到时，D开关的引脚11才变为“0”电位，使得A开关的控制端引脚13也为“0”电位，A开关断开，引脚1和引脚5的电位为“0”电位，导致B开关关闭，引脚3和引脚4断开，自锁状态解除（此时“开”脉冲输入为“0”电位），CD4066输出电压为“0”电位，三极管截止，继电器维持不吸合状态。本电路的关键之处是，只依靠一个脉冲即可维持继电器的状态，所以设计上必须能实现状态的自锁。57第2章常用数字集成电路

2.674HC14六反相施密特触发器及其应用74HC14包含六个反相施密特触发器。施密特触发器具有滞后特性，具体的说，有如下两个特点：1．电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压V+和负向阈值电压V-；2．与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发型”电路，而不依赖于边沿陡峭的脉冲。施密特触发器经常被设计用于阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-时，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，对于要求一定延迟启动的电路，施密特触发器是特别适用的。另外在脉冲整形、脉冲幅度鉴定等方面，施密特触发器也广泛使用。58图2.2574HC14的引脚配置图（顶视）592.6.274HC14的性能表2.874HC14极限参数符号参数名典型单位VDD电源电压7VVIN输入电压7VTS贮存温度-65~150℃60表2.974HC14主要电气参数mA8VDD=5V低电平输出电流IOLmA-0.4VDD=5V高电平输出电流IOHV10.80.5VDD=5V反向输入阈值电压VT-V1.91.61.4VDD=5V正向输入阈值电压VT+VVDD0输入输出电压VIN,VOUTuA0.25静态工作电流IDDV6.02.0电源电压VDD单位最大典型最小条件参数名符号6174HC14输入输出特性示意图（a）输入正常正弦波（b）输入强干扰波形图2.26典型的输入输出波形示意图2.26（a）表明施密特触发器的正向阶段（输入电压Vin上升）和反向阶段（输入电压Vin下降）的输出转换阈值电压VT+和VT-是大小不同的，这样看起来输出波形相对输入波形有滞后。62636465正弦波HC14HC0440696674HC14输入输出特性示意图（a）输入正常正弦波（b）输入强干扰波形图2.26典型的输入输出波形示意图2.23（b）表明了当输入波形噪声较大时，通过施密特触发器后信号被整形并滤去了干扰噪声。当然74HC14为反相的施密特触发器，所以如要得到同相的信号，可再接一级反相器。67图2.27典型的施密特触发器传输示意图2.27为典型的施密特触发器传输示意图，可以看出正向和反向的传输曲线不完全一致。682.6.4采用74HC14的光耦合器接收整形电路

图2.28采用74HC14的光耦合器接收整形电路69

工作原理

8052单片机的输出口一般为集电极开路型，所以跟PNP三极管来驱动光耦合器6N136的发光二极管。当8052输出低电平0时，发光二极管发光，被光敏二极管接收并被三极管放大，此时的信号由于经过电光和光电转换，会有一定的噪声，通过74HC14整形后还原成原始8052信号的反相信号，此信号驱动场