数字集成电路应用举例

第15章 数字集成电路应用举例
教学重点：
1．掌握比较器的工作原理。

2．了解数据选择器工作原理。

3．掌握555时基电路的功能，了解555时基电路的应用。

4．了解各种集成电路的接口电路。

教学难点：
1．555时基集成电路的应用。

2．集成电路的接口电路。

学时分配：
序号 容
学 时 1 15.1 比较器与选择器 2 2 15.2 时基集成电路的应用 2 3 15.3 集成电路的接口电路 1.5 4 本章小结与习题 0.5 5
本章总学时
6
15.1 比较器与选择器
15.1.1 数码比较器
数码比较器是能够比较两个数码的逻辑电路。

同比较器：只能比较两个数码是否相同的比较器；
大小比较器：可以比较两个数码的大小的比较器。

一、同比较器
1．电路构成：由四个异或门和一个或非门组成。

2．逻辑函数式：
00112233B A B A B A B A Y ⊕+⊕+⊕+⊕=
3．工作原理：
Y 1时，两个数相等；Y 0时，两数不等。

二、大小比较器
图15.1.1 同比较器
图15.1.2 一位大小比较器
1．电路构成：(一位二进制数的比较)两个非门和两个与门构成。

2．逻辑功能：当0121====>i i i i i i A B Y B A Y B A ，，； 当1021====<i i i i i i A B Y B A Y B A ，，； 当A i
B i ，Y 1Y 20。

3．真值表
一位大小比较器真值表参见表15.1.1。

表15.1.1 一位大小比较器真值表 输 入
输 出
A i
B i
Y 1(A i
B i ) Y 1(A i
B i )
0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1
1
4．多位数码的比较
可采用逐位比较法，首先从最高位开始，依次比出结果。

15.1.2 多路选择器
多路选择器是从多个输入信号中，选择一个并且单个输出的电路。

图15.1.3是4选1选择器。

A 1、A 2、A 3、A 4及
B 1、B 2、B 3、B 4为输入的多个信号，S 为旋转开关，P 为控制信号――输
入选通脉冲。

功能：与一个单刀多掷开关相似。

适用场合：广泛运用于多输入、单输出的数据传输网络。

也叫数据选择器。

图15.1.4为集成多路数据选择器。

集成多路数据选择器的功能参见表15.1.2。

图15.1.3 4选1的选择器示意图 图15.1.4 4选1数据选择器74LS157的管脚排列图
表15.1.2 功能表 输 入
输出
G
S
A
B
Y
H × × × L L L L × L L L H × H L H × L L L
H
×
H
H
G 是选通信号端，低电平有效；S 是选择信号端，用来选择哪一路信号输出。

15.2 时基集成电路的应用
15.2.1 555时基集成电路简介
555时基电路开始出现时，通常作为定时器应用，所以称为555定时器或555时基电路。

优点：工作可靠，使用方便、价格低廉。

用途：可用作定时控制；用于调光、调温、调压、调速等多种控制；组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路等。

1．555集成电路
555集成电路为8脚双列直插型封装。

外引线排列如图15.2.1所示。

通常，555集成电路采用单电源，在5
15V 电压围均能工作，最大输出
电流达200mA ，可与TTL 、MOS 逻辑电路或模拟电路相配合使用。

2．功能
555电路可看成一个带放电开关的RS 触发器。

当V TR
V TH 0V ，Y 1V ； 当V TH ≤2／3V CC 、V TR
1／3V CC ，
Y 1V ； 当V TH
2／3V CC ，V TR ≥1／3V CC ，
Y
0V ；
当V TH ≤2／3V CC ，V TR ≥1／3V CC ，Y 维持原态； 当V TH 2／3V CC ，V TR ≥1／3V CC ，Y 维持原态。

3．类型
双极型，输出功率大，驱动电流达200mA ，其它指标不如CMOS 型；
CMOS 型，功耗低，电源电压低，输入阻抗高，但输出功率小，驱动电流几毫安。

15.2.2 555时基集成电路应用举例
1．人工启动型单稳
555构成的单稳电路是利用电容的充放电形成暂稳态的，因此它的输入端是带有定时电阻和定时电容。

图15.2.1 555时基集成电路外引线排列
图15.2.3 用“555”组成人工启动型单稳态电路 图15.2.4 用“555”组成脉冲启动型单稳态电路
用“555”组成人工启动型单稳态电路如图15.2.3所示。

电路特点：将555电路的6、2端并接起来接在RC 定时电路上。

工作原理：
接上电源后，011O ===v S R ，，，电路进入稳态；按下开关S ，100O ===v S R ，，，暂稳态开始；开关放开后，电容开始充电，当电容C 上的电压升到大于2/3V CC 时，输出又翻转成v O
0，暂稳态结束。

应用：用作定时、延时控制。

2．脉冲启动型单稳
如图15.2.4所示。

电路特点：把555电路的6、7端并接起来接到定时电容C 上，用2端端作为输入端。

工作原理：
通电后，11==S R ，，输出v O
0，这是电路的稳态；输入负脉冲后，0=S ，输
出翻转成v O 1，暂稳态开始；经过t p 后，电容C 上电压升到大于2/3 V CC ，11==S R ，，
输出v O
0，暂稳态结束。

应用：用作定时、延时控制。

[例15.1] 图15.2.5(a)是把555电路的6、2端并接起来，成为只有一个输入端的触发器。

这个触发器因为输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线，见图15.2.5(b)，称为施密特触发器，试对其工作原理作简要的说明。

解 从图15.2.5(b)的曲线看到，当输入v I
时，输出v O
1；当输入电压从0上升时，要升到大
于2／3V CC 以后，v O 才翻转成0；而当输入电压从最高值下降时，要降到小于1／3V CC 以后，v O
才又翻转成1。

所以输出电压v O 和输入电压v I 之间是一个回线形曲线。

由于这种电路有两个不同的阈值电压，所以这种电路常被用于开关、控制电路、波形变换和整形电路等。

15.3 集成电路的接口电路
接口电路：在TTL 与CMOS 两类门电路连接处加入的附加电路。

功能：使驱动门的输出逻辑电平与负载门的输入逻辑电平合理配合；使驱动门输出的最大电流满足负载门所需的输入电流；隔离前级电路和后级电路，互不干扰。

15.3.1 TTL 电路驱动CMOS 电路
1．接口主要解决的问题：电平匹配。

2．采取措施：如图15.3.1电路所示。

在图15.3.1(a)中，采用OC 门接口电路。

将OC 门输出端电阻R 接到+V DD 处，使OC 门的输出电平与CMOS 电路输入电平一致。

图15.2.5 用“555”组成施密特电路
图15.3.1 TTL 电路驱动CMOS 电路的接口电路
在图15.3.1(b)中，采用反相器作接口电路。

使TTL 电路输出电平转换为与CMOS 电路相匹配的电平。

在图15.3.1(c)中，采用提升电阻(上拉电阻)，将TTL 的输出电平提高到5V 左右。

15.3.2 CMOS 电路驱动TTL 电路
1．接口主要解决的问题：降低CMOS 电路的输出电平但又要保证有足够的驱动TTL 电路的能力。

2．采取措施：如图15.3.2电路所示。

在图15.3.2(a)中，采用反相器作缓冲器，实现电平变换及驱动功能；
在图15.3.2(b)中，采用专用缓冲器作接口电路。

15.3.3 集成门电路与其它负载连接
1．主要考虑的问题：集成门电路的驱动能力及负载的工作电流。

2．采取措施：如图15.3.3电路所示。

在图15.3.3(a)中，用TTL 门电路直接驱动；
在图15.3.3(b)中，TTL 门经驱动器与负载连接；
在图15.3.3(c)中，CMOS 门经驱动器与负载连接。

总之，集成电路在应用时，接口电路相当重要，应认真选用合适的接口电路，保证电路能长期正常工作。

图15.3.2 CMOS 电路驱动TTL 电路接口电路
图15.3.3 门电路与负载连接示意图
本章小结
一、数码比较器：同比较器是比较两个数是否相同；大小比较器是比较两个数码的大小。

二、多路选择器：是从多个输入信号种选择一个并且单路输出的电路。

它的功能相当于一个单刀多掷开关。

三、“555”时基集成电路应用：利用“555”时基集成电路可以组成单稳态、双稳态和无稳态电路。

四、集成电路接口电路：集成门电路驱动不同类型负载时，为保证电路的正常使用，需选用合适的接口电路。