数字集成电路及其应用讲稿(王敏)

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、知道常见的数字集成电路的类型，并能用数字集成电路安装简单的实用电路装置3、能够对数字电路进行简单的组合设计和制作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（1）晶体三级管的开关特性及其在数字电路中的应用（2）常用数字集成电路类型aa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（1）简单的组合逻辑电路的分析、制作和测试（2）基本触发器的组成特征及作用Ca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，10kΩ、2.2kΩ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（电子技术视频网站）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。14VCC131211986A76543216Y5A5Y4A4Y1A1Y2A2Y3A3YGND11111174LS041074LS0074LS04、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108~1011Ω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。两个输入端两个输出端高电平有效正常时逻辑状态相反基本S-R触发器（由2个或非门组成）QQRS≥1≥1100101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：Ｑ＝０，Ｑ＝１直接置1端直接置位端QQRS≥1≥1010110有1则0全0则1不论原状态如何，输出均为：Ｑ＝1，Ｑ＝0直接置0端直接复位端输入S=0,R=1时QQRS≥1≥1010010输入S=0,R=0时10触发器保持原态QQRS≥1≥1若原状态为：Ｑ＝1，Ｑ＝0010001输入R=0,S=0时若原状态为：Ｑ＝0，Ｑ＝110触发器保持原态QQRS≥1≥11100信号撤销后触发器状态由二或非门信号传输的快慢决定，仍为不定状态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QQRS≥1≥1基本S-R触发器的真值表ＳＲ11不定０１０1１０１0１１ＱｎQQ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？&1&2QQRS两个输入端两个输出端低电平有效正常时逻辑状态相反基本R-S触发器（由2个与非门组成）100101&1&2QQRS输入R=0,S=1时全1则0任0则1不论原状态如何，输出均为：Ｑ＝０，Ｑ＝１直接置0端直接复位端010110&1&2QQRS输入R=1,S=0时全1则0任0则1不论原状态如何，输出均为：Ｑ＝1，Ｑ＝0直接置1端直接置位端101101&1&2QQRS输入R=1,S=1时若原状态为：Ｑ＝0，Ｑ＝101触发器保持原态101110&1&2QQRS输入R=1,S=1时若原状态为：Ｑ＝1，Ｑ＝001触发器保持原态0011&1&2QQRS输入R=0,S=0时信号撤销后触发器状态由二与非门信号传输的快慢决定，仍为不定状态破坏了二输出状态相反的要求触发器状态不定基本R-S触发器的真值表ＲＳＱｎ＋１００不定０１０１０１１１Ｑｎ基本R-S触发器的逻辑符号SRQQRS低电平有效R-S触发器特点:(1)具有两个稳态(Q=0,Q=1或Q=1,Q=0),称为双稳态触发器.(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的参数。单稳态触发器的特点：1011010011多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换。多谐振荡器1.多谐振荡器的工作原理R1R2CuCCC32VCC31VuCtUOHuOtUOL电路组成和工作原理1+VCC865724Tuo3Q&&1&QBreakTime#输入不亮，输出亮（0，1）输入亮，输出不亮（1，0）该电路是逻辑非门