集成逻辑门基本应用

1、第第9讲讲 集成逻辑门基本应用集成逻辑门基本应用 一、集成逻辑门及基本应用一、集成逻辑门及基本应用 1、门电路构成的时钟源、门电路构成的时钟源 2、门电路构成的触发器、门电路构成的触发器 3、三态门的应用、三态门的应用 二、二、555及基本应用及基本应用 1、内部结构及性能特点、内部结构及性能特点 2、基本电路及应用、基本电路及应用 一、集成逻辑门的基本应用一、集成逻辑门的基本应用 按照逻辑功能可以将集成逻辑门分为按照逻辑功能可以将集成逻辑门分为反相器反相器、 与非门与非门、集电极开路集电极开路(简称简称oc)与非门与非门、或非或非 门门、缓冲缓冲/驱动器驱动器、组合逻辑门组合逻辑门及及具有三

2、态输具有三态输 出的逻辑门出的逻辑门等。等。 学习要求 z掌握ttl、cmos与非门电路主要参数的 测试方法及oc门、ts门的“线与”功能； z设计与安装测试逻辑门参数的实验电路， 并进行参数测试； z学会运用集成逻辑门设计报警、延时等功 能电路。 一、集成逻辑门的基本应用一、集成逻辑门的基本应用 1. 门电路构成的时钟源门电路构成的时钟源 rp vo 5v 10k vo t 3dg130 330 11 11 c 74ls04 (1) ttl门电路构成的脉冲时钟源门电路构成的脉冲时钟源 ro为门电路内为门电路内 部等效电阻，一部等效电阻，一 般为几百欧姆。般为几百欧姆。 输出频率可从几输出频率

3、可从几 赫兹至几兆赫兹赫兹至几兆赫兹 变化，改变电容变化，改变电容 c实现频率粗调实现频率粗调 ，调节，调节rp实现频实现频 率细调。率细调。 crprt f )(2 11 o vo t1t2 t t11.17(r0rp)c t20.83(r0rp)c t2(r0rp)c rp vo 5v 10k vo t 3dg130 330 11 11 c 74ls04 1d2d 3d 4d 0 0 1 1 0 0 0 00 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 工作原理工作原理：初始态，设：初始态，设1d输入为输入为0，则各，则各d的两端电的两端电 压如图所示，此时压如图所示，此时

4、c充电，左端电压达到充电，左端电压达到uoh时，时，1d 输入为输入为1，电容，电容c反向充电，左端电压达到反向充电，左端电压达到uol时，时，1d 输入为输入为0，电路工作情况重复。产生方波如上图。，电路工作情况重复。产生方波如上图。 晶体管晶体管t接成射极跟随器，可使输出级与前级隔接成射极跟随器，可使输出级与前级隔 离，电位器电阻离，电位器电阻rp变化几十千欧也不会影响电路的变化几十千欧也不会影响电路的 工作状态。工作状态。 因此，该电路具有输出频率范围宽、输出波形好因此，该电路具有输出频率范围宽、输出波形好 、带负载能力强的优点。、带负载能力强的优点。 2. 门电路构成的触发器门电路构成

5、的触发器 用门电路可以构成用门电路可以构成 rs触发器、单稳态触触发器、单稳态触 发器等，右图为发器等，右图为基本基本 rs触发器触发器。 q & 3.3k2 s 5v 74ls00 s 12 r & q 它具有复位它具有复位(清清“0”)和置位和置位(置置“1”)的功能，的功能，开关开关 s置于置于1时时q=0，s置于置于2时时q=1，而且开关，而且开关s的切换不会的切换不会 引起引起q端的抖动，因此，该电路常用作去抖动开关电端的抖动，因此，该电路常用作去抖动开关电 路。路。 右右图为由基本图为由基本rs触发触发 器构成的单稳态触发电路器构成的单稳态触发电路 ，可用作常明灯的控制电，可用作常

6、明灯的控制电 路或报警电路。路或报警电路。 & 150 s d rt r & ct 1 g1 q g3 g2 q 工作原理：工作原理：在触发脉冲没有来到时，在触发脉冲没有来到时，r=1，s=0， q=1，发光二极管，发光二极管d亮，电容亮，电容ct经经rt充电，直到充电，直到s=1。 q仍维持仍维持1不变，不变，d始终保持亮，故称常明灯。始终保持亮，故称常明灯。 如果负脉冲来到，如果负脉冲来到，r=0，s=1，则，则d灭灭，电容电容ct放电，放电， 直到直到s=0。当。当r=1，s=0时，时，d又恢复亮状态。灯灭的又恢复亮状态。灯灭的 时间时间t=0.7rtct。 3. 集电极开路集电极开路(

7、oc)门和三态门和三态(ts)门的应用门的应用 集电极开路集电极开路(oc)与非门和三态与非门和三态(ts)输出门都具输出门都具 有有“线与线与”的功能，即它们的输出端可以直接相连的功能，即它们的输出端可以直接相连 。 对于集电极开路的与非门，因其输出端是悬空对于集电极开路的与非门，因其输出端是悬空 的，使用时的，使用时一定要在输出端与电源之间接一电阻一定要在输出端与电源之间接一电阻 rl，其值根据应用条件决定。，其值根据应用条件决定。 右图为右图为n个个oc门门 “线与线与”驱动驱动ttl 门电路的情况。分门电路的情况。分 析表明，外接电阻析表明，外接电阻 rl的最大值的最大值rl max和

8、和 最小值最小值rl min的表达的表达 式式 & 5 v 7 4 l s 0 0 r l & & v c c 7 4 l s 0 3 & m & n n个个oc门线与门线与 ihoh min ohcc maxl mini vv r 式中，式中，voh min=2.4v， ioh =100 a，iih =50 a ilol max olcc min l mii vv r vol max=0.4v， iol=8ma，iil=0.4ma， m为负载为负载 门输入端总个数。门输入端总个数。 用用oc与非门实现与非门实现“与或非与或非”逻辑功能比采用普逻辑功能比采用普 通与非门要经济得多，通与非门要经

9、济得多，用一级用一级oc门可代替三级与非门可代替三级与非 门，不仅器件少而且速度大大提高。一般取门，不仅器件少而且速度大大提高。一般取rl min rlrl max。 74ls00 & & & 74ls10 &1 a b c d e f f efcdabf 74ls03 & & & rl a b c d e f f abf cd 5v 图图 一级一级oc门代替三级门代替三级“与非门与非门” (a) (b) (a) 三级三级“与非门与非门” (b) 一级一级oc门门 三态三态(ts)输出与非门与普通输出与非门与普通 与非门电路不同之处在于多了与非门电路不同之处在于多了 一个控制端一个控制端(又称

10、禁止端或又称禁止端或使能使能 端端en)，如图所示。，如图所示。 当控制端为高电平时，输当控制端为高电平时，输 出端断开，呈现高阻状态，或出端断开，呈现高阻状态，或 称称“悬挂悬挂”。当控制端为低电。当控制端为低电 平时，输出等于输入。将三态平时，输出等于输入。将三态 缓冲驱动器的输出端直接并联缓冲驱动器的输出端直接并联 到一条公共总线上，当它们的到一条公共总线上，当它们的 控制端控制端c轮流为低电平时，可轮流为低电平时，可 将各组数据轮流地传送到总线将各组数据轮流地传送到总线 上上 74ls125 1 a1 c1 en 1 en 1 en 1 a2 c2 a3 c3 y1 y2 y3 总线

11、三态门用于数据传输三态门用于数据传输 二、集成电路定时器二、集成电路定时器555及其基本应用及其基本应用 学习要求 z掌握集成电路定时器掌握集成电路定时器555构成的单稳态触发器、构成的单稳态触发器、 自激多谐振荡器及施密特触发器的工作原理与应用自激多谐振荡器及施密特触发器的工作原理与应用 电路的设计方法。电路的设计方法。 z熟练安装与测试各实验电路，独立完成所布置的熟练安装与测试各实验电路，独立完成所布置的 实验设计与制作任务。实验设计与制作任务。 1、555的内部结构及性能特点的内部结构及性能特点 z555定时器的定时器的电压范围电压范围较宽，在较宽，在+3v+18v范围范围 内均能正常工

12、作，其输出电压的低电平内均能正常工作，其输出电压的低电平vol 0，高，高 电平电平voh +vcc，可与其它数字集成电路，可与其它数字集成电路(cmos、 ttl等等)兼容，而且其输出电流可达到兼容，而且其输出电流可达到100ma，能，能 直接驱动继电器。直接驱动继电器。 z555的的输入阻抗极高输入阻抗极高，输入电流仅为，输入电流仅为0.1 a，用作，用作 定时器时，定时时间长而且稳定。定时器时，定时时间长而且稳定。 z555的的静态电流较小静态电流较小，一般为，一般为80 a左右。左右。 84 r r vcc r1 5k r2 5k r3 5k 5 co 6 th 2 tl 7 d t

13、1 gnd a1 a2 s & &vo 3 q q 三极管三极管t起开起开 关控制作用关控制作用 a1为反相 比较器 a2为同相 比较器 比较器的比较器的基基 准电压准电压由电由电 源电压源电压+vcc 及内部电阻及内部电阻 的分压比决的分压比决 定定 rs触发器触发器具有复位控制功能，具有复位控制功能， 可控制可控制t的导通与截止的导通与截止 2、555组成的基本电路及应用组成的基本电路及应用 单稳态触发器及其应用单稳态触发器及其应用 多谐振荡器及其应用多谐振荡器及其应用 rs触发器和施密特触发器的应用触发器和施密特触发器的应用 单稳态触发器及其应用单稳态触发器及其应用 cc 3 2 v 8

14、4 r r 5k 5k 5k 5 6 2 7 c t 1 a1 a2 s & & vo 3 vi 555 vcc 接通电源 设t截止 +vcc通过r向 c充电 当vc上升到（2/3） vcc时反相比较器a1 翻转,输出低电平 rs触发器复位, 输出端vo为“0” 则三极管t导通 ，c经t迅速放 电，输出端为 零保持不变 如果负跳变触发脉 冲vi由端输入 当vi下降到vcc/3时 同相比较器a2翻转 ，输出低电平 rs触发器置位, 输出端vo为“1”, 则三极管t截止 电源+vcc经r 再次向c充电, 以后重复上述 过程 单稳态触发器及其应用单稳态触发器及其应用 vo o 2 3 vcc o v

15、i o tt t t tp vc 工作波形如图所示, 其中,vi为输入触发 脉冲,vc为电容c两 端的电压,vo为输出 脉冲,tp为延时脉冲 的宽度,分析表明: tp=rcln31.1rc 触发脉冲的周期t 应大于tp才能保证 每个负脉冲起作用 (1) 触摸开关电路触摸开关电路 vi c * m 10f 100k 7 6 2 84 555 3 vo c2 0.01f 5v 1s 15 c1 0.01f d 330 r 无触发脉冲输入时， 555的输出vo为“0” ，发光二极管d不亮 当用手触摸金属片m 时,相当于端输入 一负脉冲,555的内部 比较器a2翻转,使输出 vo变为高电平“1”,发

16、光二极管亮,直至电 容c上的电压充到 vc=2vcc/3为止 c1为高频滤波电容，以保持vcc的基准 电压稳定，一般取0.01f c2用来滤除电源电流跳变引入的高频 干扰，一般取0.01f0.1f 触摸开关电路可以用于 触摸报警、触摸报时、 触摸控制等。电路输出 信号的高低电平与数字 逻辑电平兼容 (2) 分频电路分频电路 vi c r 7 6 2 84 555 3 vo 5v 15 0.01f 2 3 vcc vi tp vc vo to ti 设输入信号vi为一列脉冲串，第一个负脉冲触 发2端后，输出vo变为高电平，电容c开始充电 如果rcti，由于vc未达到vcc，vo将一直保持为高 电

17、平，t截止。这段时间内，输入负脉冲不起作用 当vc达到2vcc/3时，输出vo很快变为低电平，下 一个负脉冲来到，输出又上跳为高电平，电容c 又开始充电,如此周而复始 输出脉冲的延迟时间 tp=1.1rc 输出脉冲的周期 to=n ti 分频系数n主要由延迟时间tp决定，由于rc时间常数 可以取得很大，故可获得很大的分频系数 多谐振荡器及其应用多谐振荡器及其应用 84 r +vcc r1 5k r2 5k c 5k 1 a1 a2 s & & vo 3 7 2 6 5 t 2 3vcc t1 vc vo t t 1 3vcc o vcc o t2 t 接通电源，设 三极管t截止 +vcc经外接

18、电阻r1 、r2向电容c充电 当c上的电压vc上升到2vcc/3时，比较器a1翻转输出低 电平，rs触发器复位，输出vo为“0”，则三极管t导通 c经r2和t放电，当vc下降到vcc/3时，比 较器a2翻转输出低电平，rs触发器置位， 输出vo变为“1”， t又截止，c又开始充电 电容c的放电时间t1与充电时间t2分别为 t 1 =r 2 cl n 2 0 . 7r 2 c t2=(r1+r2)cln20.7(r1+r2)c 输出脉冲的频率 crrtt f )2( 43. 11 2121 (1) 时钟脉冲发生器时钟脉冲发生器 c rp 0.1f 100k 7 6 2 84 555 vo 5v

19、15 0.01f d 330 r1 10k r2 10k 3 t1t2 555组成的多谐振荡 器可以用作各种时钟 脉冲发生器，如图所 示为脉冲频率可调的 矩形脉冲发生器 改变电容c可获得超 长时间的低频脉冲 调节电位器rp可得到任意频率的脉冲 如秒脉冲，1khz、10khz等标准脉冲 由于电容c的充放电回路时间常数不相等， 所以所示电路的输出波形为矩形脉冲，矩 形脉冲的占空比随频率的变化而变化 (1) 时钟脉冲发生器时钟脉冲发生器 c rp 0.1f 100k 7 6 2 84 555vo 5v 15 0.01f d 330k r1 10k rb 3 r2 10k d1 d2 ra占空比可调的

20、时 钟脉冲发生器 接入两只二极管d1、d2后， 电容c的充放电回路分开 放电回路为d2、rb、内部三极管t 及电容c，放电时间 t10.7rbc 充电回路为ra、d1、c，充电时间 t20.7rac输出脉冲的频率 crr f )( 43. 1 ba 调节电位器rp可以改变输出脉冲的占空比, 但 频率不变。如果使ra= rb, 则可获得对称方波 (2) 通断检测器通断检测器 c 100f 7 6 2 84 555 6v 15 0.01f r1 51k r2 51k a b 0.02f 若探头a、b接通， 则电路为一多谐振 荡器，输出脉冲经 扬声器发声 如果a、b断开，则 电路不产生振荡， 扬声器

21、无声 声音的高低由r1、r2、c 决定。从而计算该电路 的工作频率 通断检测器电路的应用十分广泛， 如检测电路的通断、水位报警等 (3) 手控蜂鸣器手控蜂鸣器 c1 c2 100f 7 6 2 8 4 555 5v15v 15 0.01f r1 r2 3 r3 100k k c3 10f 100f s 该电路可以用作电子门铃、医院病床用呼叫等 电路的振荡是通过控制 555的复位端实现的 按下s，端接高电平, 电路产生振荡输出音频 信号，扬声器发声 松开s后，电容c3通过r3放 电，直到复位端变为低 电平时电路停振 r3、c3为延时电路，改变它们 的值可以改变延迟时间 实验与思考题实验与思考题 z利用利用555组成的单稳态触发器，设计以下电组成的单稳态触发器，设计以下电 路，并进行实验调整与制作。路，并进行实验调整与制作。 y触摸控制灯触摸控制灯 要求手触摸金属片要求手触摸金属片(或导线或导线)时，时， 床头小电珠亮床头小电