第9章 数字集成电路及应用

9.2.1 集成逻辑门电路及应用
1. 集成逻辑门电路
（1）常用逻辑门电路图形符号
1) 与非门
Y1 AB
2) 或非门
A& B
Y1
Y2 A B
A ≥1 B
Y2
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3) 与门
Y3 AB
4) 或门
A
&
Y3
B
Y4 A B
逻辑图 — 用或门实现 — 用与非门实现
Y0
Y1
Y2
Y0
Y1
Y2
≥1 ≥1 ≥1
&&&
I7 I6 I5 I4 I3I2
I1I0
I7I6I5I4 I3I2
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I1I0
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（2）二－十进制编码器 二－十进制编码器是将十进制的十个数码0 ~ 9 编成对应的二进制代码的电路 。
12 3 4 5 6 7 1A 1B 1Y 2Y 2A 2B VSS
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2.集成门电路的应用 （1）定时灯光提醒器
3V 开关
R1 25kΩ
RP 510kΩ
IC-1 11 2
+C 3300µF
IC-2 31 4
R2 1kΩ
VD1 绿
（4）抗干扰能力 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Baidu Nhomakorabea也大，抗干扰能力就强。
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（5）逻辑摆幅
输出的逻辑高电平“1”非常接近电源电压VDD ，逻
辑低电平“0” 接近电源VSS 。 （6）扇出能力
在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上CMOS 器件。
&
&
74LS08
&
&
12 3 4 5 6 7 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND
1V4 CC132D122C11NC102B
2A 9
2Y 8
14VDD134B124A114Y103Y
3B 9
3A 8
74LS20
& &
&
&
CD4011
&
&
12 3 4 5 6 7 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND
8. 注意设计工艺，增强抗干扰措施。在设计印刷线 路板时，应避免引线过长，要把电源线设计得宽一 些，地线要进行大面积接地，这样可减少接地噪声 干扰。在CMOS逻辑系统设计中，应尽量减少电容 负载。
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9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路
标准TTL电路为40；LS-TTL电路为20；S-TTL电路 为50；ALS-TTL电路为20；AS-TTL电路为50 。
对于同一功能编号的各系列TTL集成电路，它们 的引脚排列与逻辑功能完全相同 ,但是它们在电 路的速度和功耗方面存在着明显的差别。
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IC1-3 IC2-1 IC2-2
1 56
1& 23
5& 64
R1
C1
36.9kΩ 22µF
R2 5.3kΩ
VD5
C3 0.1µF
IC1:CD4069 IC2:CD4011 VD1~VD6:IN44148
8 IC2-3 9 & 10
12
IC2-4 &
13 11
R3 24kΩ
VD6
C4 0.047µF
第9章 数字集成电路及应用
9.1 数字集成电路的分类与特性 9.2 集成门电路和中规模组合逻辑电路 9.3 中规模时序逻辑集成电路 9.4 集成555定时器及其应用
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9.1 数字集成电路的分类与特性
9.1.1 数字集成电路的分类
5. 多余的输出端，应该悬空处理，决不允许直接接 到VDD或VSS 。
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6. 由于CMOS电路输入阻抗高，容易受静电感应 发生击穿，除电路内部设置保护电路外，在使用 和存放时应注意静电屏蔽 。
7. 多型号的数字电路它们之间可以直接互换使用, 但有些引脚功能、封装形式相同的IC，电参数有 一定差别，互换时应注意。
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（3）与门和与非门
VCC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 14 13 12 11 10 9 8
&
&
74LS00
&
&
12 3 4 5 6 7 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND
14VCC134B124A114Y103B
3A 9
3Y 8
几种常用编码 二-十进制编码
8421 码、余 3 码、2421 码、 5211 码、余 3 循环码、右移循环码 其他编码 循环码（反射码或格雷码） ISO码、ANSCII（ASCII）码
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8421BCD码编 码器的真值表
（3）TTL电路的电压输出特性 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 。
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（4）最小输出驱动电流
标准TTL电路为16mA；LS-TTL电路为8mA； S-TTL电路为20mA；ALS-TTL电路为8mA； AS-TTL电路为20mA。 （5）扇出能力
6
2. CMOS系列集成电路的一般特性
（1）电源电压范围 电源电压范围为3～18V。74HC系列约在2～6伏。
（2）功耗 当电源电压VDD=5V时，CMOS电路的静态功耗分 别是：门电路类为2.5~5W；缓冲器和触发器类为 5~20uW；中规模集成电路类为25~100W 。
（3）输入阻抗 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。
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9.1.2 数字集成电路的一般特性
1.TTL电路的一般特性
（1）电源电压范围 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%
（2）频率特性 TTL电路的工作频率比4000系列的高。
8
9.1.3 使用数字集成电路的注意事项
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。 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。
A B
5) 非门
Y5 A
A
6) 与或非门
A
Y6 AB CD
B C
D
≥1
Y4
1
Y5
&≥1 Y6
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7)异或门
Y7 A B AB AB
A B
=1
Y7
（2）反相器与缓冲器
VCC 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
R3 1kΩ
VD2 红
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2.集成门电路的应用 （2）定时声音提醒器
SA1
SA2
1
IC1-1 13
2
+ C1 1000µF
R1 33kΩ
RP 4.7MΩ
IC1-2 52 4 6
IC1-3 8 3 10 9
IC1-4 BL
14
输入
输出
Y3 Y2 Y1 Y0
I0 0 0 0 0
I1 0 0 0 1 I2 0 0 1 0 I3 0 0 1 1 I4 0 1 0 0 I5 0 1 0 1 I6 0 1 1 0 I7 0 1 1 1 I8 1 0 0 0
I9 1 0 0 1
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（1） 二进制编码器
用 n 位二进制代码对 N = 2n 个信号进行编码的电路。
3 位二进制编码器(8 线- 3 线)
编码表
I1 I0 I2
输 入
I3 I4 I5 I6
I7
3位 二进制 编码器
Y2
Y1 输 出
Y0
I0 I7 是一组互相排斥的 输入变量，任何时刻只能有
（7）抗辐射能力
CMOS管是多数载流子受控导电器件，射线辐射对 多数载流子浓度影响不大。
（8）CMOS集成电路的制造 CMOS集成电路的制造工艺比TTL集成电路的制造 工艺简单, 占用硅片面积小，适合于制造大规模和 超大规模集成电路。
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输
入
输出
ST I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7
1 × × × × ×× × ×
Y 2 Y 1 Y 0 Y ES YS
111 1 1
01 1 1 1 11 1 1
0 × × ×× × ×× 0
12 4 11
13 7
R3 1kΩ
VT1 9013
R2 5.1kΩ
C2
+6V
0.1µF
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2.集成门电路的应用
（3）双音门铃电路
T ~220V
IC1-1 11 2
VD1~VD4
SA1
+6V
IC1-2 1 34
C2
220µF
一个端输入有效信号。
输出 输入
Y2 Y1 Y0
I0 0 0 0 I1 0 0 1 I2 0 1 0 I3 0 1 1 I4 1 0 0 I5 1 0 1 I6 1 1 0 I7 1 1 1
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函数式
Y2 I4 I5 I6 I7 I4 I5 I6 I7 Y1 I2 I3 I6 I7 I2 I3 I6 I7 Y0 I1 I3 I5 I7 I1 I3 I5 I7
2
1. TTL数字集成电路
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。
（1）74系列
（5）74ALS系列
（2）74H系列
（6）74AS系列
（3）74S系列
（7）74F系列
（4）74LS系列
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2. CMOS数字集成电路 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）标准型4000B/4500B系列 电压范围宽（3～18V）、功耗小、速度较低、品种 多、价格低廉 。
（2）74HC系列
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。 （3）74AC系列 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。
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BL VT1 9013
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9.2.2 中规模组合逻辑电路 1. 编码器
编码： 用文字、符号或者数字表示特定对象的 过程(用二进制代码表示不同事物)。
分类： 或
二进制编码器 2n→n 二—十进制编码器 10→4 普通编码器 优先编码器
VDD 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y 14 13 12 11 10 9 8
1
1
1
1
1
1
74LS04
1
1
1
CD4069
1
1
1
1234567 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND
1234567 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS
74LS04、 CD4069管脚排列图
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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。
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。
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（3）优先编码器74LS148 优先编码： 允许几个信号同时输入，但只对 优先级别最高的进行编码。 74LS148 ： 8个信号输入端 I0 ～ I7，优先顺序 I7 I0 输入低电平有效 输入使能端 ST 3个二进制码输出端 Y2 Y1 Y0 低电平有效
输出使能端 YS 优先编码工作状态标志端 YES