1、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
2、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00.25V，高电平为3.55V。 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。
3、,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，10 k 、2.2 k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
4、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,http:/ NPN PNP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
5、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3 PNP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4 PNP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
6、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（318
7、V）、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5.05%；AS、ALS系列为5.010%,TTL电路的工作频率比4000系列的高。,当工作电压为+5V时，输出
8、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318V。74HC系列约在26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2.55W；缓冲器和触发器类为520uW；中规模集成电路类为25100W 。,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1081011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
9、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VDDVSS。,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
10、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
11、：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
12、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
13、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:
14、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：,1,0,1,1,0,1,0,0,1,1,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,电路组成和工作原理,Break Time,#,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,
