电工与电子技术基础课件 第10章 常用集成数字电路

第10章常用集成数字电路

电工与电子技术基础第10章目录

10.1集成门电路10.1.1TTL集成门电路10.1.2CMOS集成门电路10.1.3常用集成门电路10.2组合逻辑电路10.2.1编码器10.2.2译码器10.3触发器10.3.1触发器基本概念10.3.2JK触发器10.3.3D触发器10.4时序逻辑电路10.4.1寄存器10.4.2计数器10.5半导体存储器10.6习题10.6.1选择题10.6.2分析计算题10.1集成门电路

TTL是晶体管-晶体管逻辑（Transistor-TransistorLogic）集成门电路，是双极型器件组成的门电路。10.1.1TTL集成门电路

⒈分类概况54系列为满足军用要求设计，工作温度范围-50°C～+125°C；

74系列为满足民用要求设计，工作温度范围0°C～+70°C。

而每一大系列中（以74为例）又可分为：74、74L、74H、74S、74LS、74AS和74ALS系列其中，74LS子系列以其价廉物美、综合性能较好而应用最广，目前仍是主流应用品种之一。⒉外部特性和主要参数

⑴电压传输特性输出高电平，uOH＝3.4V输出低电平，uOL＝0.35V阈值电压：uTH≈1V

⑵输出特性输出高电平最大电流：IOHmax＝4mA输出高电平最小值：UOHmin＝2.7V

输出低电平最大电流：IOLmax＝8mA

输出低电平最大值：UOLmax＝0.5V⑶输入特性输入低电平最大值：UILmax＝0.8V输入高电平最小值：UIHmin＝2V

关门电阻：ROFF≈4.2kΩ开门电阻：RON≈6.3kΩ

⑷噪声容限高电平噪声容限：UNH＝0.7V低电平噪声容限：UNL＝0.3V

⑸静态动耗：PD<2mW

⑹传输延迟时间：tpd<10ns

图10-1⒊集电极开路门（OC门）

标志符号：“

”

主要作用：⑴实现“线与”功能；⑵实现电平转换；⑶用作驱动电路。图10-3⒋三态门（TSL门）

输出状态除了高电平、低电平外，还有第三种状态：高阻态（相当于输出端开路）。标志符号：“▽”控制使能端：EN（Enable）主要用途：用于总线分时传送电路信号。

图10-410.1.2CMOS集成门电路

⒈CMOS反相器及其特点⑴输入电阻高可达1015Ω，基本上不需要信号源提供电流。⑵电压传输特性好

特性曲线陡峭，接近于理想开关。⑶静态功耗低⑷抗干扰能力强⑸扇出系数大

扇出系数取决于后级门的输入电容。⑹电源电压范围大

3～18V。缺点：输入端易被静电击穿、工作速度不高、输出电流较小等。但随着CMOS电路新工艺的发展，这些问题已逐步改善。小于1μW

阈值电压UTH≈VDD／2，噪声容限也接近于VDD／2。图10-7不同系列集成门电路输入/输出特性参数表10-1

10.1.3常用集成门电路

双列直插式引脚排列规律：图10-9常用典型芯片介绍：⒈与门和与非门图10-10⒉或门和或非门图10-11⒊与或非门⒋异或门和同或门图10-12图10-13图10-14⒌反相器图10-1510.2

组合逻辑电路任一时刻，若数字电路的稳态输出只取决于该时刻输入信号的组合，而与这些输入信号作用前电路原来的状态无关，则该数字电路称为组合逻辑电路。10.2.1编码器用二进制代码表示数字、符号或某种信息的过程称为编码。能实现编码的电路称为编码器。编码器一般可分为普通编码器和优先编码器。优先编码器是将输入信号的优先顺序排队，当有2个或2个以上输入端信号同时有效时，编码器仅对其中一个优先等级最高的输入信号编码，从而避免输出编码出错。表10-3表10-410.2.2

译码器

将给定的二值代码转换为相应的输出信号或另一种形式二值代码的过程，称为译码。译码是编码的逆过程。⒈译码器工作原理⒉3-8线译码器74LS138表10-7表10-6⒊CMOS7段显示译码器CC4511图7-24CC4511引脚图图10-18表10-84.LED数码管⑴发光二极管LED数码管由发光二极管分段组成。正向压降大多在1.5～2V之间；工作电流一般为几毫安至几十毫安；亮度随电流增大而增强。特点：工作电压低、体积小、可靠性高、寿命长、响应速度快（<10ns）、使用方便灵活。

⑵LED数码管共阴型共阳型10.3触发器1.基本RS触发器⑴电路组成

⑵逻辑功能

⑶功能缺陷①触发时刻不能同步；②有不定状态

可由“与非门”或“或非门”组成电路逻辑符号

10.3.1触发器基本概念表10-9

10.3.2JK触发器⒈JK触发器基本特性⑴逻辑功能⒉常用典型JK触发器芯片介绍⑵逻辑符号表10-10

图10-26图10-25【例10-7】已知边沿型JK触发器CP、、、J、K输入波形如图所示，试分别按上升沿触发和下降沿触发画出其输出端Q波形。解：

图10-27例10-710.3.3D触发器⒈D触发器基本特性⑴逻辑功能⒉常用典型D触发器芯片介绍⑵逻辑符号图10-30图10-31表10-11

【例10-9】已知4013输入信号CP、Rd、Sd、D波形如图所示，试画出输出信号Q波形（设初态Q=1）。解：图10-32例10-9

⒊触发器应用⑴组成分频电路⑵数据锁存⑶数据缓冲图10-33图10-3410.4

时序逻辑电路⒈定义：电路输出信号，不仅取决于该时刻的输入信号，而且还与输入信号作用前电路的输出状态有关。⒉特点：具有记忆功能。

⒊组成：由组合逻辑电路和存储电路组成。

例如：触发器、寄存器、计数器和顺序脉冲发生器等。⒈工作原理输入信号D0～D3必须在CP脉冲触发有效前输入，否则将出错。10.4.1

寄存器⒉集成数码寄存器⑴74LS377⑵74LS373表10-12

表10-13

（8D触发器）（8D锁存器）⒊移位寄存器⑴功能：移位寄存器除具有数码寄存功能外，还能使寄存数码逐位移动。⑵用途：①是组成计算机系统中的一个重要部件。②将并行数据转换为串行传送，也可将串行数据转换为并行传送。⑶分类：按数据移位方向，可分为左移和右移移位寄存器，单向移位型和双向移位型。按数据形式变换，可分为串入并出型和并入串出型。⑷

工作原理图10-384.集成移位寄存器⑴串入并出8位移位寄存器

74LS164表10-14

⑵并入串出8位移位寄存器

74LS165表10-15

⒍寄存器应用举例74LS164用作串入并出数据缓冲器。10.4.2

计数器⑴定义：统计输入脉冲个数的过程叫做计数，能够完成计数工作的数字电路称为计数器。⑵功能：除用于对脉冲计数，还可用于分频、定时、延时、顺序脉冲发生和数字运算等。⑶分类：

按计数脉冲引入方式可分为异步计数器和同步计数器；按计数长度可分为二进制、十进制和N进制计数器；按计数增减趋势可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。⒈计数器基本概念⑷工作原理电路时序波形图b)上升沿触发

下降沿触发异步计数器的特点⑴电路结构简单。⑵组成计数器的触发器的翻转时刻不同。⑶工作速度较慢。⑷译码时易出错。同步计数器的特点⑴电路结构较异步计数器稍复杂些。⑵组成计数器的触发器的翻转时刻相同。⑶工作速度较快。⑷译码时不会出错。2.

集成计数器74LS160/161【例10-10】试利用74LS161组成12进制计数器。⑴反馈置数法表10-17

⑵反馈复位法⑶进位信号置位法3.

计数器应用举例计数器主要用于计数、分频。此外，还常用于测量脉冲频率和脉冲宽度（或周期），组成定时电路、数字钟和顺序脉冲发生器等。⑴测量脉冲频率⑵测量脉冲宽度⑶组成定时电路和数字钟图10-50数字钟电路框图⒈存储器的主要技术指标⑴存储容量存储容量通常用位（bit，缩写为小写字母b）或字节（Byte，缩写为大写字母B）表示。能够存储二进制数码1或0的电路称为存储单元。存储器含有存储单元的数量称为存储容量。存取周期表明了读写存储器的工作速度，不同类型的存储器存取周期相差很大。快的约ns级，慢的约几十ms。⑵存取周期连续两次读（写）操作间隔的最短时间称为存取周期。10.5半导体存储器

存储器是一种能存储二进制数据的器件。具有三态结构。⑴存储单元地址每一存储单元有一个相应的编码，称为存储单元地址。8位地址编码可区分28=256个存储单元，n位地址编码可区分2n个存储单元。⑵地址寄存器和地址译码器寄存n位地址并将其译码为选通相应存储单元的信号。⑶存储单元矩阵存储单元矩阵就是存储单元按序组成的矩阵，是存储二进制数据的实体。⑷数据缓冲器⑸控制电路片选控制CE；输入(写)允许WE；输出(读)允许OE。⒉存储器结构存储器结构示意图⑵存储器读操作步骤：⒊存储器的读/写操作⑴存储器写操作步骤：①写存储器的主器件将地址编码信号放在地址线上，同时使存储器片选控制信号CE有效；②存储器地址译码器根据地址信号选通相应存储单元；③主器件将写入数据信号放在数据线上，同时使存储器输入允许信号WE有效；④存储器将数据线上的数据写入已选通的存储单元。①读存储器的主器件将地址编码信号放在地址线上，同时使存储器片选控制信号CE有效；②存储器地址译码器根据地址信号选通相应存储单元，同时将被选通存储单元与数据缓冲器接通，被选通存储单元数据被复制进入数据缓冲器暂存（此时数据缓冲器对数据线呈高阻态）；③主器件使存储器输出允许信号OE有效，存储器数据缓冲器中的数据被放在数据线上；④主器件从数据线上读入数据。⒋半导体存储器的分类半导体存储器按其使用功能可分为两大类。⑴

只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）用途：一般用于存放固定的程序和常数。特点：信息写入后，能长期保存，不会因断电而丢失。并要求使用时，信息（程序和常数）不能被改写，即“只读”。对ROM写入必须在特定条件下才能完成写入操作。特点：能随机读出或写入，读写速度快（能跟上微机快速操作）、方便（不需特定条件）。⑵随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）用途：主要用于存放各种现场的输入输出数据和中间运算结果。缺点：断电后，被存储的信息丢失，不能保存。⒌只读存储器ROMEPROM

图10-52ROM分类概况

⑷电可擦除EPROM（E2PROM）擦除时不需紫外线，且可按字节擦写其中一部分，写入速度较快，应用相对方便，但价格比UVEPROM稍贵。⑸快闪存储器（Flash