【正文】 集成邏輯門電路的應(yīng)用 主要要求： 了解 TTL 和 CMOS 電路的主要差異。 了解 集成門電路的選用和應(yīng)用 。 EXIT 一、 CMOS 門 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)載門的輸入阻抗很高，所需驅(qū)動功率極小， 并非 CMOS 電路的驅(qū)動能力比 TTL 強(qiáng)。 實際上 CMOS4000 系列驅(qū)動能力遠(yuǎn)小于 TTL， HCMOS 驅(qū)動能力與 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、集成邏輯門電路的選用 根據(jù)電路工作要求和市場因素等綜合決定 若對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)動能力要求不高的場合； HCMOS 常用于工作頻率 20 MHz 以下、要求較強(qiáng)驅(qū)動能力的場合。 EXIT 解： 三、集成邏輯門電路應(yīng)用舉例 [例 ] 試改正下圖電路的錯誤 ， 使其正常工作 。 CMOS 門 TTL 門 OD 門 (a) (b) (c) (d) VDD CMOS 門 Ya = AB Yb = A + B TTL 門 OD 門 Yc = A VDD EN Yd= A B EN = 1 時 EN = 0 時 門amp。 門懸空 ≥ CMOS 門懸空 EXIT 可用兩級電路 2 個與非門實現(xiàn)之 [例 ] 試分別采用與非門和或非門實現(xiàn)與門和或門 。 解： (1) 用與非門實現(xiàn)與門 設(shè)法將 Y = AB 用與非式表示 因為 Y = AB = AB 因此 ， 用與非門實現(xiàn)的與門電路為 Y = AB 將與非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門 EXIT 可用兩級電路 3 個與非門實現(xiàn) (2) 用與非門實現(xiàn)或門 因此 ， 用與非門實現(xiàn)的或門電路為 Y = A + B 因為 Y = A + B = A + B = A B 設(shè)法將 Y = A + B 用與非式表示 實現(xiàn) A 實現(xiàn) B EXIT 可用兩級電路 3 個或非門實現(xiàn)之。 (3) 用或非門實現(xiàn)與門 設(shè)法將 Y = AB 用或非式表示 因此 ， 用或非門實現(xiàn)的與門電路為 因為 Y = AB = A B = A + B 將或非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門 Y = AB EXIT 可用兩級電路 2 個或非門實現(xiàn)之 (4) 用或非門實現(xiàn)或門 設(shè)法將 Y = A + B 用或非式表示 因為 Y = A + B = A + B 因此 ， 用或非門實現(xiàn)的或門電路為 Y = A + B EXIT [例 ] 有一個火災(zāi)報警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測器。為了防止誤報警，只有當(dāng)其中兩種或三種探測器發(fā)出探測信號時，報警系統(tǒng)才產(chǎn)生報警信號，試用與非門設(shè)計產(chǎn)生報警信號的電路。 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)計要求，建立真值表 感三種不同類型的火災(zāi)探測器 有煙感、溫感和紫外光 產(chǎn)生報警信號 兩種或三種探測器發(fā)出探測信號時，報警系統(tǒng)才 與非門設(shè)計 報警電路的輸入信號為煙感、溫感和紫外光感三種探測器的輸出信號，設(shè)用 A、 B、 C 表示，且規(guī)定有火災(zāi)探測信號時用 1 表示，否則用 0 表示。 報警電路的輸出用 Y 表示，且規(guī)定需報警時 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) 用卡諾圖化簡法求出輸出邏輯函數(shù)的最簡與或表達(dá)式，再變換為與非表達(dá)式。 Y = AB + AC + BC (4) 畫邏輯圖 根據(jù) Y 的與非表達(dá)式畫邏輯圖 =AB AC BC A B C Y EXIT 門電路是組成數(shù)字電路的基本單元之一，最基 本的邏輯門電路有與門、或門和非門。實用中 通常采用集成門電路，常用的有與非門、或非 門、與或非門、異或門、輸出開路門、三態(tài)門 和 CMOS 傳輸門等。門電路的 學(xué)習(xí)重點(diǎn)是常 用集成門的邏輯功能、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 iB ? 0， iC ? 0， 集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)斷開；飽和條件為 iB ≥ IB(sat) ， 這時 ， 硅管的 UBE(sat) ? V，UCE(sat) ? V， 集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)閉合 。 三極管的 開關(guān)時間限制了開關(guān)速度 。 開關(guān)時間主要由電荷存儲效應(yīng)引起 ， 要提高開關(guān)速度 ， 必須降低三極管飽和深度 ， 加速基區(qū)存儲電荷的消散 。 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 延遲積來綜合評價門電路性能 。 CT74LS 系列功耗 延遲積很小 、 性能優(yōu)越 、 品種多 、 價格便宜 ， 實用中多選用之 。 ALSTTL 系列性能更優(yōu)于 LSTTL， 但品種少 、 價格較高 。 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)用集成門電路時，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 開路門的輸出端可并聯(lián)使用實現(xiàn)線與 ，還可用來驅(qū)動需要一定功率的負(fù)載。 三態(tài)輸出門的輸出端也可并聯(lián)，用來實現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)，但三態(tài)輸出門必須分時使能。 使用三態(tài)門時，需注意使能端的有效電平。 普通門 (具有推拉式輸出結(jié)構(gòu) )的輸出端不允許直接并聯(lián)實現(xiàn)線與 。 EXIT (3) 閑置輸入端的處理 (4)信號 的正確使用 TTL 電路輸入端懸空時相當(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合。 數(shù)字電路中的信號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 。 門電路種類不同 ， 高電平和低電平的允許范圍也不同 。 或門和或非門 與門和與非門 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 傳輸門既可傳輸數(shù)字信號， 也可傳輸模擬信號。 當(dāng)輸入端外接電阻 RI 時 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 門電路由于輸入電流為 零 ， 因此不存在開門電阻和關(guān)門電阻。