项目10 门电路认知及应用电路的制作

项目十一门电路认知及应用电路的制作

11.1基本集成门电路认知及测试

11.2集成组合逻辑门电路认知及测试

11.3常用集成TTL及CMOS门电路认知

11.4数显电容计超量程指示电路的制作项目目标：认识常见的集成门电路，制作数显电容计超量程指示部分的电路；项目要求：超量程在整个电路过程中的作用是当计数器计数的脉冲超过999时，产生一个指示信号。

项目提示：数显电容计超量程指示电路如图11.1所示。项目任务：图11.1数显电容计超量程指示电路实物11.1基本集成门电路认知及测试

(a)74LS154 (b)74LS00 (c)74LS164 (d)74LS02

(e)CG2260 (f)SD8272 (g)CG2272 (h)LX4A01图11.2集成门电路实物图先来测试一下,测试电路如图11.3所示。

(a)74LS08测试电路(b)74LS32测试电路

图11.3门电路测试电路

1.SN74LS00及CD4001逻辑功能测试

查得SN74LS00及CD4001的外部引脚分布图，选择A1、B1、Y1引脚，按图11.10（a）和(b)在面包板上正确接线，并按74LS08和74LS32测试步骤进行相同的测试；2．测试结果分析：（1）SN74LS00测试结果表明只有当两输入端均为高电平时，Y输出为低电平，其它三种情况均为高电平，其逻辑功能如下表11.6所示。表11.6SN74LS00测试记录表ABY001011101110测试步骤：（2）CD4001测试结果表明其逻辑功能是输入端全为低电平时，输出才为高电平，其它三种情况输出均为低电平，其逻辑功能如下表11.7所示。表11.7CD4001测试记录表ABY001010100110其逻辑符号及外部引脚如图11.11所示。

(a)逻辑符号(b)外部引脚图11.11与非门SN74LS00逻辑符号及外部引脚CD4001为四2输入或非门，其特性表达式为：,其逻辑符号及外部引脚如图11.12所示。

(a)逻辑符号(b)外部引脚图11.12与非门CD4001逻辑符号及外部引脚

与或非门电路相当于两个与门、一个或门和一个非门的组合，可完成与或非运算。与或非门电路用图11.13所示的逻辑符号表示，其逻辑表达式为：。

11.13与或非门逻辑符号二、异或门

异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1。异或的逻辑表达式为：其逻辑符号如图11.14所示。

11.14异或门逻辑符号一、与或非门三、同或门

同或运算符号是“⊙”。当两个变量取值不同时，逻辑函数值为0；当两个变量取值相同时，逻辑函数值为1；输入相异时为0。同或运算的逻辑表达式为：

Y=A⊙B其特性表如表11.9所示。表11.9同或运算列表ABY=A⊙B001010100111其逻辑符号如图11.15所示。

11.15同或门逻辑符号11.3常用集成TTL及CMOS门电路认知一、TTL集成逻辑门电路1．TTL反相器输出和输入之间是反相关系，即2.三态门（1）三态门特性其输出有0、1和高阻三种状态，如图11.20所示为三态与非门逻辑符号。图11.20三态与非门逻辑符号（2）三态门的应用图11.21（a）所示为三态与非门组成的单向总线，可实现信号的分时传送。图11.21（b）所示为三态非门组成的双向总线。（a）单向总线（b）双向总线图11.21三态门组成的总线其输出逻辑函数式为：3.集电极开路与非门（OC门）集电极开路与非门，其逻辑符号如图11.22所示。图11.22集电极开路与非门逻辑符号（1）集电极开路与非门实现线与图11.23OC门实现线与此时的逻辑关系为：（2）电平转换把上拉电阻接到10V电源上，这样在OC门输入普通的TTL电平时，其输出高电平都可为10V。图11.24实现电平转换图（3）用做驱动器 图11.25驱动发光二极管二、常用集成TTL门电路多余输入端的处理1.TTL与门、与非门的多余输入端的处理（a）并联(b)悬空(c)通过电阻接高电平2.TTL或门、或非门的多余输入端的处理≥1ABYA≥1Y（a）并联(b)接低电平或接地图11.27TTL或门、或非门多余输入端的处理图11.26TTL与门、与非门多余输入端的处理3.异或门的输入端处理=1A=1AY=AY=A+5V(a)同相

（b）反相

图11.28异或门的输入端处理4．TTL集成电路使用规则

（1）接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。（2）电源电压使用范围为＋4.5V～＋5.5V之间，。（3）输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当R≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4.7KΩ时，输入端相当于逻辑“1”。（4）输出端不允许并联使用。（5）输出端不允许直接接地或直接接＋5V电源，有时为了使后级电路获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至VCC，一般取R=3～5.1KΩ。

5.集成TTL电路分类表11.1174系列集成TTL电路类型系列分类特性及应用现状74系列早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。74H系列是74系列的改进型，属于高速TTL产品。其“与非门”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。74S系列TTL的高速型肖特基系列。在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。74LS系列是当前TTL类型中的主要产品系列。品种和生产厂家都非常多。性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。74ALS系列是“先进的低功耗肖特基”系列。属于74LS–系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1mW）等方面都有较大的改进，但价格比较高。74AS系列是74S系列的后继产品，尤其速度（典型值为1.5ns）有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。74HC系列54/74HC系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS–系列同等的工作度和CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。74HCxxx是74LSxxx同序号的翻版，型号最后几位数字相同，表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容，为用74HC替代74LS提供了方便。三、CMOS集成逻辑门电路1.CMOS集成电路特点

CMOS集成电路的特点是功耗极低，输出幅度大噪声容限大，扇出能力强。2.集成CMOS电路特性参数

（1）输出高电平VOH与输出低电平VOL（2）阈值电压VTH（3）抗干扰容限（4）传输延迟与功耗（5）扇出系数3.CMOS电路多余输入端处理方法（1）CMOS与门、与非门，处理方法有两种：多余端与其它有用的输入端并联使用；将多余输入端接高电平。&AY+VDD&AY+VDD图11.29CMOS与非门多余输入端的处理（2）CMOS或非门，处理方法也有两种：多余端与其它有用的输入端并联使用；将多余输入端接地。≥1AY+VDD≥1AY+VDD图11.30CMOS或非门多余输入端的处理4.使用注意事项（1）器件应在导电容器内存放，器件引线可用金属导线、导电泡沫等将其一并短路。（2）多余输入端不允许悬空，应按逻辑要求处理接电源或地，否则将会使电路的逻辑混乱并损坏器件。（3）器件的输入信号不允许超出电源电压范围，或者说输入端的电流不得超过10mA。（4）CMOS电路的电源电压应先接通，再接入信号，否则会破坏输入端的结构，工作结束时，应先断输入信号再切断电源。（5）输出端所接电容负载不能大于500pF，否则输出级功耗过大而损坏电路。（6）CMOS电路不能以线与方式进行连接。5.集成CMOS电路分类

表11.13集成CMOS电路类型系列分类特性及应用现状基本CMOS4000系列是早期的CMOS集成逻辑门产品，工作电源电压范围为3～18V，由于具有功耗低、噪声容限大、扇出系数大等优点，已得到普遍使用。缺点是工作速度较低，平均传输延迟时间为几十ns，最高工作频率小于5MHz。高速CMOSHC（HCT）系列该系列电路在制造工艺上作了改进，使工作速度大大提高，平均传输延迟时间小于10ns，最高工作频率可达50MHz。HC系列的电源电压范围为2～6V。HCT系列的主要特点是与TTL器件电压兼容，它的电源电压范围为4.5～5.5V。它的输入电压参数为VIH（min）=2.0V；VIL（max）=0.8V，与TTL完全相同。另外，74HC/HCT系列与74LS系列的产品，只要最后3位数字相同，则两种器件的逻辑功能、外形尺寸，引脚排列顺序也完全相同，这样就为以CMOS产品代替TTL产品提供了方便。先进CMOSAC（ACT）系列该系列的工作频率得到了进一步的提高，同时保持了CMOS超低功耗的特点。其中ACT系列与TTL器件电压兼容，电源电压范围为4.5～5.5V。AC系列的电源电压范围为1.5～5.5V。AC（ACT）系列的逻辑功能、引脚排列顺序等都与同型号的HC（HCT）系列完全相同。11.4数显电容计超量程指示电路的制作项目电路如图11.31所示。图11.31超量程指示部分原理图制作步骤：（1）按图正确接线，