烟台数电改革5.doc

第五单元 集成电路与编码器设计教师页l 课堂总体设计思路在上一单元中，学生已经接触到中小规模集成电路，但只是限于使用，对于集成电路的基本知识没有讲解，在本单元中，先对TTL电路和cmos电路的使用及方法作一介绍，以便使学生在今后的使用中合理选用集成器件，正确连接集成器件。然后引导学生进入常用中规模集成期间的学习中，在中规模集成器件的学习中，主要是要学生掌握编码器、译码器、加法器、选择器四种器件的原理和使用。在本单元中，完成二进制编码器、二十进制编码器的手工设计。教 师 教 案 表上课时间第8周任课教师 李鹏 郭迎娣班级及人数06电子设备、应用电子1、06应用电子2、06电子3专本、06应用电子对教学内容8线-3线编码器和二十进制编码器的设计知识技能1、.集成门电路2.实际逻辑问题的分析和化简3. 各种编码器综合素质培养团队合作能力、语言表达能力、倾听别人意见能力、决策能力、自我学习能力、客观评价能力 、项目口头汇报能力、利用各种工具解决问题的素质课堂教学形式讨论+书面设计上课地点各班教室使用媒体纸笔、学生页教案课前准备材料学生用纸、学生页教案、学生评价表、部分PP教案（第三章）课堂记录：课后总结：l 教学过程一、 TTL集成门电路与CMOS集成门电路TTL：内部主要由三极管构成，其基本特性为:1. 电压传输特性与关门电平、开门电平、阈值电压 TTL门电路（T1000系列和普通74系列），输入的关门电压（可靠的低电平，逻辑0）Uoff约1V，开门电压（可靠的高电平，逻辑1）大约为1.4v，因此如果输入端电压 Ui 1.4V为逻辑1，如果Ui介于1V和1.4v之间，是处于转折区， 在工作中尽量避免这个输入电压区间，在这个区间中，有一个转折电压UTH（阈值电压），一般我们认为UiUTH为1。2. 输出电压与电流输出端电压UOL0.3V , UOH3V。 输出低电平0时，内部最后边的三极管是饱和导通，输出高电平1时，内部最后边的三级管是截止的。在这两种情况下，相比较而言，输出为低电平时带负载能力大，输出端电流可以达到十几到二十mA,输出高电平的时候带负载能力较弱，其工作电流一般不高与400uA。带负载的能力可以用扇出系数来表示，如图：。UOLUOH 3. 输入负载特性。TTL电路输入端有电流，因此，输入端的等效电阻上会有分压，如果电阻接地，这个电阻上的分压就是门电路的输入端电压，如果负载较大，会使得输入端电压较高而使输入端为逻辑1。如图：UIRI/KUI/V1.11.02.03.0一般，使输入端为0，取Ri2k4. TTL集成逻辑门电路的产品系列 请学生认真阅读教材61页开始的内容。5. TTL集成逻辑门电路的使用注意事项参看教材63页1） 电源电压及电源干扰的消除：电源波动要求：54系列5V(110%) 74系列5V(15%) 消除干扰：电源10100uF电容，线路板上每个68门加一个0.010.1uF电容2） 输出端的连接不可直接相连（OC门除外）、不可直接接电源和地3） 多余端的处理与（与非）门多余端接1，或（或非）门多余端接0。接1的方法： 接电源；接电阻后接电源；接大电阻接地；悬空（但不可以有太长的悬空线）接0的方法：接地；接小电阻接地在前级电路带负载能力允许的情况下，可以将多余端和有用端连接到一起。多余端 多余端相当于0 多余端相当于1 多余端相当于0 多余端相当于1多余端和有用端连接到一起4） 电路安装连线和焊接应注意的问题5） 调试中应注意的问题6. 特殊功能TTL电路1） OC门（集电极开路门）在集成电路内部的最后一个输出级上，三级管集电极开路。其优点：l 可以线与，将输出端接在一起。l 提高带负载的能力。因为将负载接到输出端，当三极管饱和导通时，可以有较大电流流过负载。l 电平转换使用方法： 接上拉电阻 各种逻辑功能的门电路都可以有相应的OC门。电路形式的改变和使用方法的不同并不影响其逻辑功能。例题及符号等内容参看教材5758页。2） 三态门输出端有三种状态：低电平0，高电平1，高阻态Z在电路上有一个控制端，当控制端有效时，电路实现电路正常的逻辑功能，当控制端无效时，电路不工作，输出端为高阻态，可以认为是给后级电路一个无穷大电阻。控制端为0(无效)，A不论为什么信号，输出端指示灯均不亮控制端为1(有效)，输出端指示灯信号随A而 变三态门应用： 实现时分多路复用 ，实现数据的双向传输CMOS门电路：内部主要由MOS管构成。其逻辑功能和ttl门是相同的，但是在使用上，两种电路是有差别的。1 CMOS集成门电路的特点1） 功耗低，绝大多数情况下，内部mos管都是截止的，输入端电流为02） 工作电压范围宽3） 噪声 容限大。即允许输入端电压变动的范围大4） 高低电平的电压差值大（逻辑摆幅大）5） 输入阻抗高，输入端电流几乎为0，极容易驱动，输入端电阻不影响输入电压6） 扇出系数大。尽管CMOS门的输出电流很小，但是，其输入电流更小，因此扇出系数大。2 CMOS集成门电路的系列参看教材3 使用方法：1） 电压：2） 多余端的处理：和TTL的大部分相同，但是有两点要注意：一是输入端不论接多大的电阻接地，都是输入的逻辑0；二是输入端不可以悬空，需要0则接地，需要1则接电源。3） 输出端的处理l 输出端不能直接接地和接电源l 可以将相同的门进行并联提高带负载能力l 驱动大电容是必须加限流电阻防止瞬间的大电流击穿器件4） 焊接、调试、运输中需要注意良好接地，防止带静电，击穿栅极。4 特殊功能的CMOS集成电路1） 传输门和双向模拟开关TGCCABTGCCABC传输门双向模拟开关2） OD门类似于TTL电路的OC门，这是漏极开路，使用时也要加上拉电阻，可以实现电平转换，提高在输出低电平时的带负载能力，可以达到50mA3） Cmos三态门作用和用法同ttl三态门TTL集成逻辑电路和CMOS集成逻辑电路的接口问题1. TTL电路驱动CMOS电路 参见教材74页2. cmos电路驱动ttl电路 参见教材75页二、 数字罗盘设计：编码器部分设计一个数字罗盘，可以用在各种车辆上，可以进行8方向文字显示，即东、南、西、北、东北、东南、西南、西北。在本单元中，要求设计方向编码部分。整个数字罗盘的框图为：文字显示部分显示驱动模块方向代码和方向显示文字代码的映射查找部分（可以用单片机实现或自行设计电路）方向编码部分机械方向指示部分北南东西东北东南西南西北指南针NS指南针侧面表盘，固定在车辆上金属滑道01234567机械罗盘部分示意图由于表盘，固定在车辆上，所以车辆移动转向时，表盘跟着转动，但是指南针的方向是固定的。如果初始位置是车头向北，即图示样子，车辆左转90度，车头方向是向西，指南针的N级指向滑道2，S级指向滑道6，因此滑道和方向的对应关系如表1所列：滑道号代表方向0北1西北2西3西南4南5东南6东7东北表盘中的电路连接如下图：NS01234567VccI0I1I7所有线路走表盘底部，保证正面的指针转动的顺滑将I0I7输入编码器电路，给8个方向编定代码如下表滑道号代表方向输入信号代码0北Io0001西北I10012西I20103西南I30114南I41005东南I51016东I61107东北I7111列出编码器的真值表IoI1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y00111111100010111111001110111110101110111101111110111100111110111011111110111011111110111观察真值表写出表达式：因此，可以使用与非门来实现这个编码器（8-3编码器）这类电路有成熟的集成器件：例如74148，是个8-3优先编码器思考：如果指针指向的滑到为高电平，该如何设计？注意：向学生说明输入端高电平有效和低电平有效的含义，输出端原码编码和反码编码的含义。课下设计作业：为一个建议键盘设计一个编码电路，键盘有标有09的10个按键，要求每次按下一个键，形成相应的8521bcd编码。学生工作页设计一个数字罗盘的方向编码部分电路。设计一个数字罗盘，可以用在各种车辆上，可以进行8方向文字显示，即东、南、西、北、东北、东南、西南、西北。在本单元中，要求设计方向编码部分。整个数字罗盘的框图为：文字显示部分显示驱动模块方向代码和方向显示文字代码的映射查找部分（可以用单片机实现或自行设计电路）方向编码部分机械方向指示部分北南东西东北东南西南西北指南针NS指南针侧面表盘，固定在车辆上金属滑道01234567机械罗盘部分示意图由于表盘，固定在车辆上，所以车辆移动转向时，表盘跟着转动，但是指南针的方向是固定的。如果初始位置是车头向北，即图示样子，车辆左转90度，车头方向是向西，指南针的N级指向滑道2，S级指向滑道6，因此滑道和方向的对应关系如表1所列：滑道号代表方向0北1西北2西3西南4南5东南6东7东北表盘中的电路连接如下图：NS01234567VccI0I1I7所有线路走表盘底部，保证正面的指针转动的顺滑将I0I7输入编码器电路，给8个方向编定代码如下表滑道号代表方向输入信号代码0北Io1西北I12西I23西南I34南I45东南