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(1)與門電路。以下討論的與門是2輸入端的,它對多端輸入的與門同樣適用。2輸入端與門的功能設計成這樣:當輸入端A、B同時都為邏輯“1”狀態時,輸出Z才是邏輯“1”狀態。2輸入端與門的這種邏輯關系可以用圖2模式的電路描述。對圖2,這里作如下規定:開關K1、K2斷開時,代表輸入A、B的“0”狀態、接通時代表輸入A、B的“1”狀態;燈L滅代表輸出的Z的“0”狀態,燈L亮代表輸出Z的“1”狀態。之后將開關K1、K2“接通”和“斷開”的各種組合狀態,以及由此引起燈“亮”和“滅”的輸出狀態列成表格,該表格叫做真值表,,如附表中所示。從真值表中看出,要使燈L點亮,即輸出Z必須是“1”狀態,輸入的A、B也必須是“1”狀態。 具有圖2模式電路功能(指輸入、輸出關系)的電路稱為2輸入端與門,并用附表中的邏輯符號來代表。 (2)或門和非門。或門的邏輯關系如下:各輸入端只要有一個狀態為“1”時,輸出便是“1”。非門只有一個輸入端和一個輸出端,并且其輸出狀態總是和輸入狀態相反的,即求“反”。這里同樣可以用圖3和圖4模式的電路分別描述或門和非門的功能,也可以作相應的真值表,繪出邏輯符號,如附表中所示。 3.邏輯函數的表示方法在邏輯電路的設計時,常用四種方法表示邏輯電路的函數關系(指輸入、輸出關系),即邏輯圖、真值表、函數表達式和卡諾圖。附表中僅列出了三種表達式,實際應用中邏輯圖和真值表是最常用的,應必須掌握的;函數表達式和卡諾圖主要供設計人員按要求設計數字邏輯電路時使用。
數字電路及其應用(二)
1999年電子報第17期
現在數字集成電路產品已完全取代了早期分立元件組成的數字電路。數字電路產品的種類愈來愈多,其分類方法也有多種。若按用途來分,可分成通用型的IC(中、小規模IC)產品,微處理(MPU)
產品和面向特定用途的IC產品三大類。可編程邏輯器件是特定用途產品的一個重要分支。若按邏輯功能來分,可以分成組合邏輯電路,簡稱組合電路,如各種門電路,各種編譯碼器;時序邏輯電路,簡稱為時序電路,如各種觸發器、各種計數器、各種寄存器等。若按電路結構來分,可分成TTL型和CMOS型兩大類。
常見的TTL54/74系列,有如下的共同的特性:電源電壓為5.0V,邏輯“0”輸出電壓為≤0.2V,邏輯“1”輸出電壓為≥3.0V和抗擾度為1.0V. CMOS數字集成電路比TTL型占有更多的優點,前者的工作電源電壓范圍寬,靜態功耗低、抗干擾能力強、輸入阻抗高、成本低等。所以電子鐘表、電子計算器等均用了該種電路。鑒于此,以后介紹數字集成電路時,主要以CMOS型為實例。
CMOS數字集成電路品種繁多,包括了各種門電路、編譯碼器、觸發器、計數器和存貯器等上百種器件。
二、CMOS集成電路的應用1.常用特性(1)工作電源電壓。常用的CMOS集成電路工作電壓范圍為3~18V(也有7~15V的,如國產的C000系列),因此使用該種器件時,電源電壓靈活方便,甚至未加穩壓的電源也可使用。(2)供電引腳。CMOS集成電路外加供電時其引腳如圖5所示。(3)輸入阻抗高。CMOS電路的輸入端均有保護二極管和串聯電阻構成的保護電路,在正常工作范圍內,保護二極管均處于反向偏置狀態,直流輸入阻抗取決于這些二極管的泄漏電流。通常情況下,等效輸入電阻大于108Ω,因此驅動CMOS集成電路時,所消耗的驅動功率幾乎可以不計。(4)輸出電流。CMOS集成電路的輸出電流(指內部各獨立功能的輸出端)一般是10mA,所以使用時應加推動級輸出,但輸出端若連接CMOS電路時(即扇出能力),因CMOS電路的輸入阻抗高,對于低頻工作時,一個輸出端可以帶動50個以上輸入端,實際上幾乎不需考慮扇出功能的限制。(5)抗干擾能力強。CMOS電路抗干擾能力是指電路在干擾噪聲的作用下,能維持電路原來的邏輯狀態并正確進行狀態的轉換。電路的抗干擾能力通常以噪聲容限來表示,即直流電壓噪聲容限、交流(指脈沖)噪聲容限和能量噪聲(指輸入端積累的噪聲能量)三種。直流噪聲容限可達電源電壓的40%以上,所以使用的電源電壓越高,抗干擾能力越強。這是工業中使用CMOS邏輯電路時,都采用較高的供電電壓的原因。TTL相應的噪聲容限只有0.8V(因TTL工作電壓為5V)。(6)說明。目前市場上數字電路產品進口的較多,產品型號的前綴為公司代號,如MC、CD、μPD、HFE分別代表摩托羅拉半導體(MOTA)、美國無線電(RCA)、日本電氣(NEC)、菲力蒲等公司。各產品的后綴相同的型號均可互換
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