【正文】 集成邏輯門(mén)電路的應(yīng)用 主要要求： 了解 TTL 和 CMOS 電路的主要差異。 了解 集成門(mén)電路的選用和應(yīng)用 。 EXIT 一、 CMOS 門(mén) 電路比之 TTL 的主要特點(diǎn) 注意： CMOS 電路的扇出系數(shù)大是由于其負(fù)載門(mén)的輸入阻抗很高，所需驅(qū)動(dòng)功率極小， 并非 CMOS 電路的驅(qū)動(dòng)能力比 TTL 強(qiáng)。 實(shí)際上 CMOS4000 系列驅(qū)動(dòng)能力遠(yuǎn)小于 TTL， HCMOS 驅(qū)動(dòng)能力與 TTL 相近。 功耗極低 抗干擾能力強(qiáng) 電源電壓范圍寬 輸出信號(hào)擺幅大 (UOH ? VDD， UOL ? 0 V) 輸入阻抗高 扇出系數(shù)大 EXIT 二、集成邏輯門(mén)電路的選用 根據(jù)電路工作要求和市場(chǎng)因素等綜合決定 若對(duì)功耗和抗干擾能力要求一般，可選用 TTL 電路。 目前多用 74LS 系列，它的功耗較小，工作頻率一般可用至 20 MHz；如工作頻率較高，可選用 CT74ALS 系列，其工作頻率一般可至 50 MHz。 若要求功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，則應(yīng)選用 CMOS 電路。 其中 CMOS4000 系列一般用于工作頻率 1 MHz 以下、驅(qū)動(dòng)能力要求不高的場(chǎng)合； HCMOS 常用于工作頻率 20 MHz 以下、要求較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的場(chǎng)合。 EXIT 解： 三、集成邏輯門(mén)電路應(yīng)用舉例 [例 ] 試改正下圖電路的錯(cuò)誤 ， 使其正常工作 。 CMOS 門(mén) TTL 門(mén) OD 門(mén) (a) (b) (c) (d) VDD CMOS 門(mén) Ya = AB Yb = A + B TTL 門(mén) OD 門(mén) Yc = A VDD EN Yd= A B EN = 1 時(shí) EN = 0 時(shí) 門(mén)amp。 門(mén)懸空 ≥ CMOS 門(mén)懸空 EXIT 可用兩級(jí)電路 2 個(gè)與非門(mén)實(shí)現(xiàn)之 [例 ] 試分別采用與非門(mén)和或非門(mén)實(shí)現(xiàn)與門(mén)和或門(mén) 。 解： (1) 用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)與門(mén) 設(shè)法將 Y = AB 用與非式表示 因?yàn)? Y = AB = AB 因此 ， 用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)的與門(mén)電路為 Y = AB 將與非門(mén)多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門(mén) EXIT 可用兩級(jí)電路 3 個(gè)與非門(mén)實(shí)現(xiàn) (2) 用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)或門(mén) 因此 ， 用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)的或門(mén)電路為 Y = A + B 因?yàn)? Y = A + B = A + B = A B 設(shè)法將 Y = A + B 用與非式表示 實(shí)現(xiàn) A 實(shí)現(xiàn) B EXIT 可用兩級(jí)電路 3 個(gè)或非門(mén)實(shí)現(xiàn)之。 (3) 用或非門(mén)實(shí)現(xiàn)與門(mén) 設(shè)法將 Y = AB 用或非式表示 因此 ， 用或非門(mén)實(shí)現(xiàn)的與門(mén)電路為 因?yàn)? Y = AB = A B = A + B 將或非門(mén)多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門(mén) Y = AB EXIT 可用兩級(jí)電路 2 個(gè)或非門(mén)實(shí)現(xiàn)之 (4) 用或非門(mén)實(shí)現(xiàn)或門(mén) 設(shè)法將 Y = A + B 用或非式表示 因?yàn)? Y = A + B = A + B 因此 ， 用或非門(mén)實(shí)現(xiàn)的或門(mén)電路為 Y = A + B EXIT [例 ] 有一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類(lèi)型的火災(zāi)探測(cè)器。為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)其中兩種或三種探測(cè)器發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)才產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，試用與非門(mén)設(shè)計(jì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的電路。 輸 入 輸 出 A B C Y 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 解： (1) 分析設(shè)計(jì)要求，建立真值表 感三種不同類(lèi)型的火災(zāi)探測(cè)器 有煙感、溫感和紫外光 產(chǎn)生報(bào)警信號(hào) 兩種或三種探測(cè)器發(fā)出探測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)才 與非門(mén)設(shè)計(jì) 報(bào)警電路的輸入信號(hào)為煙感、溫感和紫外光感三種探測(cè)器的輸出信號(hào)，設(shè)用 A、 B、 C 表示，且規(guī)定有火災(zāi)探測(cè)信號(hào)時(shí)用 1 表示，否則用 0 表示。 報(bào)警電路的輸出用 Y 表示，且規(guī)定需報(bào)警時(shí) Y 為 1 ，否則 Y 為 0。 由此可列出真值表如右圖所示 1 1 1 1 0 0 0 0 (2) 根據(jù) 真值表畫(huà)函數(shù)卡諾圖 EXIT 1 1 A BC 0 1 00 01 11 10 1 1 (3) 用卡諾圖化簡(jiǎn)法求出輸出邏輯函數(shù)的最簡(jiǎn)與或表達(dá)式，再變換為與非表達(dá)式。 Y = AB + AC + BC (4) 畫(huà)邏輯圖 根據(jù) Y 的與非表達(dá)式畫(huà)邏輯圖 =AB AC BC A B C Y EXIT 門(mén)電路是組成數(shù)字電路的基本單元之一，最基 本的邏輯門(mén)電路有與門(mén)、或門(mén)和非門(mén)。實(shí)用中 通常采用集成門(mén)電路，常用的有與非門(mén)、或非 門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)、輸出開(kāi)路門(mén)、三態(tài)門(mén) 和 CMOS 傳輸門(mén)等。門(mén)電路的 學(xué)習(xí)重點(diǎn)是常 用集成門(mén)的邏輯功能、外特性和應(yīng)用方法。 本章小結(jié) EXIT 在數(shù)字電路中 ， 三極管作為開(kāi)關(guān)使用 。 硅 NPN 管 的截止條件為 UBE ＜ V ， 可靠截止條件為 UBE ≤ 0 V， 這時(shí) iB ? 0， iC ? 0， 集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；飽和條件為 iB ≥ IB(sat) ， 這時(shí) ， 硅管的 UBE(sat) ? V，UCE(sat) ? V， 集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合 。 三極管的 開(kāi)關(guān)時(shí)間限制了開(kāi)關(guān)速度 。 開(kāi)關(guān)時(shí)間主要由電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起 ， 要提高開(kāi)關(guān)速度 ， 必須降低三極管飽和深度 ， 加速基區(qū)存儲(chǔ)電荷的消散 。 EXIT TTL 數(shù)字集成電路主要有 CT74 標(biāo)準(zhǔn)系列 、 CT74L 低功耗系列 、 CT74H 高速系列 、 CT74S 肖特基系列 、 CT74LS 低功耗肖特基 系列 、 CT74AS 先進(jìn)肖特基系列和 CT74ALS 先進(jìn)低功耗肖特基系列 。 其中 ， CT74L 系列 功耗最小 ， CT74AS 系列工作頻率最高 。 通常用功耗 延遲積來(lái)綜合評(píng)價(jià)門(mén)電路性能 。 CT74LS 系列功耗 延遲積很小 、 性能優(yōu)越 、 品種多 、 價(jià)格便宜 ， 實(shí)用中多選用之 。 ALSTTL 系列性能更優(yōu)于 LSTTL， 但品種少 、 價(jià)格較高 。 EXIT CMOS 數(shù)字集成電路主要有 CMOS4000 系列和 HCMOS 系列 。 CMOS4000 系列工作速度低 ，負(fù)載能力差 ， 但功耗極低 、 抗干擾能力強(qiáng) ， 電源電壓范圍寬 ， 因此 ， 在工作頻率不高的情況下應(yīng)用很多 。 CC74HC 和 CC74HCT 兩個(gè)系列的工作頻率和負(fù)載能力都已達(dá)到 TTL 集成電路 CT74LS的水平 ， 但功耗 、 抗干擾能力和對(duì)電源電壓變化的適應(yīng)性等比 CT74LS 更優(yōu)越 。因此 ， CMOS 電路在數(shù)字集成電路中 ， 特別是大規(guī)模集成電路應(yīng)用更廣泛 ， 已成為數(shù)字集成電路的發(fā)展方向 。 EXIT 應(yīng)用集成門(mén)電路時(shí)，應(yīng)注意： TTL電路只能用＋ 5 V(74系列允許誤差 177。 5%)； CMOS 4000 系列可用 3 ~ 15 V； HCMOS系列可用 2 ~ 6 V；CTMOS 系列用 ~ V。 一般情況下 ， CMOS 門(mén)多用 5 V， 以便與 TTL 電路兼容 。 (1)電源電壓的正確使用 (2)輸出端的連接 開(kāi)路門(mén)的輸出端可并聯(lián)使用實(shí)現(xiàn)線與 ，還可用來(lái)驅(qū)動(dòng)需要一定功率的負(fù)載。 三態(tài)輸出門(mén)的輸出端也可并聯(lián)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)，但三態(tài)輸出門(mén)必須分時(shí)使能。 使用三態(tài)門(mén)時(shí)，需注意使能端的有效電平。 普通門(mén) (具有推拉式輸出結(jié)構(gòu) )的輸出端不允許直接并聯(lián)實(shí)現(xiàn)線與 。 EXIT (3) 閑置輸入端的處理 (4)信號(hào) 的正確使用 TTL 電路輸入端懸空時(shí)相當(dāng)于輸入高電平 ， CMOS 電路多余輸入端不允許懸空。 CMOS電路多余輸入端與有用輸入端的并接僅適用于工作頻率很低的場(chǎng)合。 數(shù)字電路中的信號(hào)有高電平和低電平兩種取值 ， 高電平和低電平為某規(guī)定范圍的電位值 ， 而非一固定值 。 門(mén)電路種類(lèi)不同 ， 高電平和低電平的允許范圍也不同 。 或門(mén)和或非門(mén) 與門(mén)和與非門(mén) 多余輸入端接地或與有用輸入端并接 多余輸入端接正電源或與有用輸入端并接 EXIT UIL≤UOFF UIH≥UON UIL≤USL UIH≥USH 通常 以保證有較大的噪聲容限 噪聲容限越大，則電路抗干擾能力越強(qiáng)。 UIL ? UOL ? 0 V UIH ? UOH ? VDD UNL ? UNH ? VDD / 2 ，噪聲容限很大， 因此電路抗干擾能力很強(qiáng)。 CMOS 傳輸門(mén)既可傳輸數(shù)字信號(hào)， 也可傳輸模擬信號(hào)。 當(dāng)輸入端外接電阻 RI 時(shí) RI ＜ ROFF 相當(dāng)于輸入邏輯 0 RI ＞ RON 相當(dāng)于輸入邏輯 1 TTL 電 路 CMOS 電路 CMOS 門(mén)電路由于輸入電流為 零 ， 因此不存在開(kāi)門(mén)電阻和關(guān)門(mén)電阻。