数字电路及应用

Vcc Q10 Q9 Q7 Q8 R 16 CD4040 1
CP Q0 9
Vcc CO Q0 Q1 Q2 Q3 ET LD 16 74LS163 9
Vcc 2R 2Q3 2Q2 2Q1 2Q0 2EN 2CP 16 CD4518 9
8 Q4 Q3 Q2 Q1 Vss
1
8 CP D0 D1 D2 D3 EP GND
16 74LS190/191 1
9
D1
Q1 Q0 CI U /D Q2 Q3 GND
D1 Q1 Q0 CP- CP+ Q2 Q3 GND
LD Q3 D3 D0 CI Q0 CO Vss
(d)
(e)
(f)
时序脉冲分配器。它的功能是在时钟脉冲的作用下，实现顺 序脉冲产生功能，整个输出时序是Q0—Q1—Q2……Q7……依 次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。这也属于计 数器。常见的时序脉冲发生器有CD4017和CD4022两种， CD4017是十进制脉冲分配器，有Q0～Q9十个输出端； CD4022是八进制脉冲分配器，有Q0～Q7八个输出端。它们的 管脚排列见图4.6.5(a)所示。
带输出控制信号的锁存器常用的有74LS373、74HC573、 74HC563等。它们的数据输出端是三态输出。
Vcc Q7 D7 D6 Q6 Q5 D5 D4 Q4 G
20
74LS373
11
1
OE Q0 D0 D1
10
Q1 Q2 D2 D3 Q3 GND
4.6.2 集成移位寄存器
移位寄存器是暂时记忆数据的“寄存器”，其特征是具有将数 据向左或向右移动的功能。移位寄存器有各种形式。按存数据的 位数有4位、8位等，按“输入/输出数据”形式有“串入/串出”、 “串入/并出”、“并入/串出”、“并入/并入”等。
Vcc Y0 16 74LS138 1 8 1 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Vcc A B C D Y9 Y8 Y7 9 16 74LS42 8 9
A Vcc
B f
C g
G2A G2B G1 Y7 GND (a) a b c d e
Y0 Vcc
Y1 f
Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 GND (b) g a b c d e
1
8
Q11 Q6 Q5
R
1CP 1EN1Q0 1Q1 1Q2 1Q3 1R Vss
(a)
B LD D2 D3 Vcc D0 CP QRC Qc/Q
(b)
Vcc D0 R 16 74LS192/193 8 1 8 1 BO CO LD D2 D3 9
(c)
Vcc CP Q2 D2 D1 Q1 U/ D B/ D 16 CD4029 8 9
4.6.1 集成触发器和锁存器
常用负边沿集成J-K触发器有74LS76、74LS112、 74LS114等，常用的集成正边沿J-K触发器有74LS109、 CD4027等。它们都是在一片芯片内包含了两个相同且独立的 J-K触发器。它们不仅包含CP、J、K信号输入端，而且还具有 复位、置位功能。他们的管脚排列和功能表，不作详细讨论。 D触发器也是一种常用的双稳态电路，常用的集成D触发器有 74LS74、CD4013等。74LS74和CD4013的不同是“复位”和 “置数”所要求的信号电平高低不同，它们每片都包含两个独 立的D触发器。管脚排列见图4.6.1(a)和4.6.1(b)所示。
4.7.1单刀单掷型集成模拟开关
常用的集成器件是CD4066，该器件为通用4开关，内部包含4只 独立的可控CMOS开关，其管脚排列如图4.7.1(a)所示。四只开 关各有控制端C端和两个可互换的输入/输出端(I/O)，当C=1 （VCC）时，模拟开关导通；反之，模拟开关断开。
Vcc 1C 4C 4I/O 4O/I 3O/I 3I/O 14 CD4066 1 7 8
4.8 集成单稳态触发器
在数字电路控制系统中，有时需要定时、延时、脉冲展宽等 操作，专用于完成这种功能的集成电路，就是“集成单稳态触发 器”。目前常用的集成器件有74LS121、74LS122、74LS123、 CD4538及CD4098等，它们使用非常方便简单，只需外接一只 电容和电阻即可得到输出所需宽度的脉冲。
Vcc EO GS I3 I2 I1 I0 A 16 74LS148/348 1 8 9
Vcc NC D I3 16
I2 I1 I9 A 9
74LS147 1 I4 8
I4
I5 I6 I7 EI C (a)
B GND
I5 I6 I7 (b)
I8 C
B GND
4.5.2 集成译码器
译码是编码的相反过程，译码器是将输入的二进制代码 翻译成相应的输出信号以表示编码时所赋予原意的电路。常 用的集成译码器有二进制译码器、二—十进制译码器和 BCD—7段译码器。
74LS138是一种常用的二进制译码器。有3个输入端A、B、C 接受二进制编码，输出端Y0～Y7共8条译码输出线。74LS138的 管脚排列图如图4.5.2(a)所示。其真值表见表4-3所示。另外 74LS137是具有地址锁存功能的3/8译码器，与74LS138相比，仅 4号管脚不同，在74LS137中，该脚为锁存控制
16 74LS48 1
9
16 CD4511
9
8
1
8
B
BI/RBO
C
LT
RBI D (c)
A
GND
B
C
LT
BI
LE D
A
Vss
(d)
74LS48可直接驱动共阴极LED数码管而不需外接限流电阻。
74LS46/47的管脚排列与74LS48完全相同，所不同的是输出a～g 为反码输出，且输出端为集电极开路形式，可用于驱动共阳极7段 LED数码管。 CD4511也是一种BCD-7段显示译码器，它属于CMOS器件，高 电平输出电流可达25mA。其管脚排列见图４.5.2(d)所示。真值表 如表４-6所示。该器件用于驱动共阴极7段LED数码管。
9 74LS153/253 8 1E A1 1D3 1D2 1D1 1D0 1Y GND (b)
D3 D2 D1 D0 Y (a)
Y
E GND
4.5.4 集成数字运算电路
数字运算电路包括数字比较器、半加器、全加器、奇偶检 测器等逻辑单元电路。下面简单介绍几种常用的数字运算 路。 74LS85和CD4585B是其功能相似的4位二进制码比较器。其管 脚排列图分别见图 4.5.4(a)和图4.5.4(b)。功能表见表4-8。
(a)
(b)
(c)
4.7.2单刀双掷型集成模拟开关
CD4053是三组二选一双向模拟开关，其管脚排列图见图 4.7.1(b)。图中X、Y、Z表示三个通道， A0、A1、A2分别是X、Y、 Z通道的三个控制信号。例如，当A0=0时，K1开关与0X信号接通； 当A0=1时，K1开关与1X信号接通。同理，A1、A2对K2、K3的控 制作用也是一样。INH是禁止端，当INH=1时，三组模拟开关全部 断开。
Vcc 2Rd 2D 2CP 2Sd 2Q 2Q 14 74LS74 1 7 8
Vcc 2Q 2Q 2CP 2Rd 2D 2Sd 14 CD4013 1 7 8
1Rd 1D 1CP 1Sd
1Q 1Q GND
1Q 1Q 1CP 1Rd 1D 1Sd Vss
(a)
(b)
锁存器有无输出控制信号和带输出控制信号两种类型。无输 出控制信号的D锁存器有74LS77、74LS75、74LS375等，它 们的功能是当输入控制端G为高电平时，D锁存器中的门是打开 的，输入数据D通过门传输到输出Q端；当G为低电平时，门是 关闭的，输出数据Q保持上次输入的数据，即为锁存状态。象 这类锁存器又称“透明锁存器”。
4.5.3 集成数据选择器
数据选择器是一种能从多路平行输入数据中，任选一路作为 输出信号的电路。但只能传送数字信号，不能传送模拟信号。 这种器件在微机系统、数字通讯设备使用较多。
Vcc D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2
Vcc 2E A0 2D3 2D2 2D1 2D0 2Y
16 74LS151/251 1
Vcc
XCOM 1X 0X A0 A1 A2 9 CD4053
Vcc 2X 1X 0X 3X A0 A1 A2 16 CD4051 9
16 YCOM
1
8
1
8
1I/O 1O/I 2O/I 2I/O 2C 3C Vss
1Y 0Y 1Z ZCOM 0Z INH V EE Vss
4X 6X XCOM 7X 5X INH V EE Vss
FA > B FA < B
Vcc A3 B 2 A2 A1 B 1 A0 B 0
Vcc A3 B 3
B 0 A0 B 1
16 74LS85 1
9
16 C D4585
9
8
FA > B
1
8
FA = B
FA < B
A>B
FA = B
A>B
A=B
A<B
B3
A=B
GND
B 2 A2
A<B
A1 Vss
常用的全加器集成电路是74LS183，它是包含两个完全独 立的全加器。可实现2位二进制数加法运算。管脚排列如图 4.5.5(a)所示。74LS283则是一个四位二进制加法器，可实现 4位二进制数的加法运算。其管脚排列如图4.5.5(b)所示。
Vcc Q7 Q6 Q5 Q4 CR 14 74LS164 1 7 1 CP Vcc 16 74LS165 8 CI D3 D2 D1 D0 SI Q7
8
9
DA D Q0 Q1 Q2 Q3 GND B
S/L CP D4 D5 D6 D7 Q7 GND
(a)
(b)
4.6.3 集成计数器
计数器具有累积计数脉冲的功能。它是数字电路系统中一 个十分重要的逻辑部件，目前生产厂家已制造出了具有不同功 能的集成计数芯片，各种计数器的不同点主要表现在计数方式 （同步计数或异步计数）、输出编码形式（自然二进制码、 BCD编码、时序分配输出）、计数规律（加法计数或可逆计 数）、预置方式（同步预置或异步预置）以及复位方式（同步 复位或异步复位）等六个方面。下面将简单介绍几种常用的集 成计数器。 二进制计数器。常用多级异步二进制计数器有CD4020、 CD4024、CD4040及CD4060。其中CD4024是7级串行二进制 计数器，CD4040是12级计数器，CD4020及CD4060是14级串 行二进制计数器
Vcc 2A 2B 2Cn 2Cn+1 NC 2S 14 74LS183 1 1 8 Vcc B2 A2 S2 A3 B3 S3 C4 16 74LS283 8 9
1A NC 1B 1Cn 1Cn+1 1S GND (a)
S1 B1 A1 S0 A0 B0 C0 GND (b)
4.6 中规模时序逻辑集成电路
Vcc R 16 CD4017 1 8 CP E CO Q9 Q4 Q8
9
Q5 Q1 Q0 Q2 Q6
Q7 Q3
Vss
(a)
4.7 常用集成模拟开关
模拟开关是用于接通和断开模拟信号（也包括数字信号）的 开关。它具有功耗低、速度快、体积小、无机械触点及使Baidu Nhomakorabea寿 命长等优点。故在电子电路中获得广泛应用
4.8.1集成可重复触发单稳态触发器
另外，该器件有三个电源端子，其中VCC是正电源端，VEE是 模拟地，VSS是数字地。例如当VCC=5V，VSS=0V，VEE= -5V时， 可用0～5V的数字信号控制幅值为±5V的模拟信号的传输。
4.7.3单刀多掷型集成模拟开关
此类器件常用的有CD4052、CD4051、CD4067等。CD4052 是双四选一模拟开关；CD4051是八选一模拟开关；CD4067是十 六选一模拟开关。它们的基本功能是一样的，均包含有地址输入 端、禁止端、多路信号输入端、公共通道信号输出端等。它们均 是双向开关。
十进制计数器的编码一般都是BCD码，常见的十进制加法计 数器有74LS160、74LS162及CD4518等。74LS160和74LS162 管脚排列和逻辑功能完全相同（与74LS161、74LS163管脚相 同，但74LS161、74LS163是4位二进制计数器），所不同的是 74LS160是异步清零，而74LS162是同步清零 可逆计数器。所谓“可逆计数器”是指该器件不仅能完成加 法计数，而且也能实现减法计数。常见的可逆计数器有 74LS190/74LS191和74LS192/74LS193等。其中 74LS190/74LS191是单时钟同步加/减计数器，管脚排列完全相 同，如图4.6.4(d)所示。所不同的是74LS190是十进制计数器， 而74LS191是二进制计数器。