常用基本數(shù)字集成電路.doc

常用基本數(shù)字集成電路應(yīng)用設(shè)計(jì)1常用基本數(shù)字集成電路概述數(shù)字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)字集成電路中包含的門電路或元、器件數(shù)量，可將數(shù)字集成電路分為小規(guī)模集成（SSI）電路、中規(guī)模集成MSI電路、大規(guī)模集成（LSI）電路、超大規(guī)模集成VLSI電路和特大規(guī)模集成（ULSI）電路。小規(guī)模集成電路包含的門電路在10個(gè)以內(nèi)，或元器件數(shù)不超過100個(gè)；中規(guī)模集成電路包含的門電路在10100個(gè)之間，或元器件數(shù)在1001000個(gè)之間；大規(guī)模集成電路包含的門電路在100個(gè)以上，或元器件數(shù)在1010個(gè)之間；超大規(guī)模集成電路包含的門電路在1萬個(gè)以上，或元器件數(shù)在1010之間；特大規(guī)模集成電路的元器件數(shù)在1010之間。2 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器的基本原理非門作為一個(gè)開關(guān)倒相器件，可用以構(gòu)成各種脈沖波形的產(chǎn)生電路。電路的基本工作原理是利用電容器的充放電，當(dāng)輸入電壓達(dá)到與非門的閾值電壓VT時(shí)，門的輸出狀態(tài)即發(fā)生變化。因此，電路輸出的脈沖波形參數(shù)直接取決于電路中阻容元件的數(shù)值。2.1不對(duì)稱多諧振蕩器非對(duì)稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對(duì)稱的，當(dāng)用TTL與非門組成時(shí)，輸出脈沖寬度 tw1=RC,tw2=1.2RC,T=2.2RC 調(diào)節(jié)R和C值，可改變輸出信號(hào)的振蕩頻率，通常用改變C實(shí)現(xiàn)輸出頻率的粗調(diào)，改變電位器R實(shí)現(xiàn)輸出頻率的細(xì)調(diào)。2.1.2對(duì)稱型多諧振蕩器電路完全對(duì)稱，電容器的充放電時(shí)間常數(shù)相同, 故輸出為對(duì)稱的方波。改變R和C的值，可以改變輸出振蕩頻率。非門3用于輸出波形整形。一般取R1K,當(dāng)R1R2=1K，C1=C2100pf100f時(shí)，f可在幾HzMHz 變化。脈沖寬度 tw1tw20.7RC，T1.4RC.2.1.3門電路多諧振蕩器仿真圖3非門內(nèi)部電路圖4不對(duì)稱多諧振蕩器圖5對(duì)稱多諧振器3 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器3.1 555定時(shí)器 (1)基本原理及其組成由電阻分壓器、電壓比較器、基本RS 觸發(fā)器、輸出緩沖反相器、集電極開路輸出三極管組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（A）及管腳排列如圖（B）所示。3.2用555定時(shí)器組成多諧振蕩器工作原理：1）電路第一暫態(tài)，輸出為1。電容充電，電路轉(zhuǎn)換到第二暫態(tài),輸出為02）電路第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài)。 圖5用555定時(shí)器組成多諧振蕩器的原理圖工作波形與振蕩頻率計(jì)算：tPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 3.3用555定時(shí)器組成占空比可的調(diào)多諧振蕩器 tpH = RAC1n20.7RAC tPL=RBC1n20.7RBC 3.4 555振蕩器仿真555芯片構(gòu)成的如圖9所示。輸出脈沖波的高電平持續(xù)時(shí)間TW1=0.7（R1+R2）C1.圖9 555多諧振蕩器555多諧振蕩器電路的仿真結(jié)果：4 N進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1）計(jì)數(shù)器概述計(jì)數(shù)是一種最簡(jiǎn)單基本的運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路，計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)數(shù)和控制的功能，同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t由一系列具有存儲(chǔ)信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計(jì)算機(jī)的控制器中對(duì)指令地址進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運(yùn)算器中作乘法、除法運(yùn)算時(shí)記下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)等等。計(jì)數(shù)器可以用來顯示產(chǎn)品的工作狀態(tài)，一般來說主要是用來表示產(chǎn)品已經(jīng)完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標(biāo)在于計(jì)數(shù)器的位數(shù)，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數(shù)的計(jì)數(shù)器最大可以顯示到999，4位數(shù)的最大可以顯示到9999。（2）計(jì)數(shù)器原理分析與設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算計(jì)數(shù)是一種最簡(jiǎn)單基本的運(yùn)算，計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)算的邏輯電路，計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對(duì)脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)數(shù)和控制的功能，同時(shí)兼有分頻功能，計(jì)數(shù)器是由基本的計(jì)數(shù)單元和一些控制門所組成，計(jì)數(shù)單元?jiǎng)t由一系列具有存儲(chǔ)信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計(jì)數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計(jì)算機(jī)的控制器中對(duì)指令地址進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運(yùn)算器中作乘法、除法運(yùn)算時(shí)記下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)等等計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)進(jìn)制不同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器和可變進(jìn)制計(jì)數(shù)器，若按計(jì)數(shù)單元中各觸發(fā)器所接收計(jì)數(shù)脈沖和翻轉(zhuǎn)順序或計(jì)數(shù)功能來劃分，則有異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器兩大類，以及加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器、加/減計(jì)數(shù)器等，如按預(yù)置和清除方式來分，則有并行預(yù)置、直接預(yù)置、異步清除和同步清除等差別，按權(quán)碼來分，則有“8421”碼，“5421”碼、余“3”碼等計(jì)數(shù)器，按集成度來分，有單、雙位計(jì)數(shù)器等等，其最基本的分類如下：計(jì)數(shù)器的種類1、 用D觸發(fā)器構(gòu)成異步二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器圖3.8.1是用四只D觸發(fā)器構(gòu)成的四位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器，它的連接特點(diǎn)是將每只D觸發(fā)器接成T觸發(fā)器，再由低位觸發(fā)器的端和高一位的CP端相連接。圖3.8.1四位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器2、中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS161是四位二進(jìn)制可預(yù)置同步計(jì)數(shù)器，由于它采用4個(gè)主從JK觸發(fā)器作為記憶單元，故又稱為四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，其集成芯片管腳如圖3.8.2所示管腳符號(hào)說明Vcc：電源正端，接+5V：異步置零（復(fù)位）端CP：時(shí)鐘脈沖：預(yù)置數(shù)控制端A、B、C、D：數(shù)據(jù)輸入端QA、QB、QC、QD：輸出端RCO：進(jìn)位輸出端圖3.8.2 74LS161管腳圖該計(jì)數(shù)器由于內(nèi)部采用了快速進(jìn)位電路，所以具有較高的計(jì)數(shù)速度。各觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是靠時(shí)鐘脈沖信號(hào)的正跳變上升沿來完成的。時(shí)鐘脈沖每正跳變一次，計(jì)數(shù)器內(nèi)各觸發(fā)器就同時(shí)翻轉(zhuǎn)一次，74LS161的功能表如表3.8.1所示：表3.8.1 74LS161邏輯功能表輸 入輸 出ETEPCPABCDQAQBQCQDLLLLLHLabcdabcdHHHH計(jì) 數(shù)HHL保 持HHL保 持3、計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)使用若所要求的進(jìn)制已超過16，則可通過幾個(gè)74LS161進(jìn)行級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，在滿足計(jì)數(shù)條件的情況下有如下方法：1） 同步聯(lián)接法：CP是共同的，只是把第一級(jí)的進(jìn)位輸出RCO接到下一級(jí)的ET端即可，平時(shí)RCO=0則計(jì)數(shù)器2不能工作，當(dāng)?shù)谝患?jí)計(jì)滿時(shí)，RCO=1，最后一個(gè)CP使計(jì)數(shù)器1清零，同時(shí)計(jì)數(shù)器2計(jì)一個(gè)數(shù)，這種接法速度不快，不論多少級(jí)相聯(lián)，CP的脈寬只要大于每一級(jí)計(jì)數(shù)器延遲時(shí)間即可。其框圖如圖3.8.32) 異步聯(lián)接法：把第一級(jí)的進(jìn)位輸出端RCO接到下一級(jí)的CP端，平時(shí)RCO=0則計(jì)數(shù)器2因沒有計(jì)數(shù)脈沖而不能工作，當(dāng)?shù)谝患?jí)計(jì)滿時(shí)，RCO=1，計(jì)數(shù)器2產(chǎn)生第一個(gè)脈沖，開始計(jì)第1個(gè)數(shù)，這種接法速度慢，若多級(jí)相聯(lián)，其總的計(jì)數(shù)時(shí)間為各個(gè)計(jì)數(shù)器延遲時(shí)間之和。其框圖如圖3.8.4所示圖3.8.3 同步聯(lián)接法框圖 圖3.8.4異步聯(lián)接法框圖4、實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器 由于74LS161的計(jì)數(shù)容量為16，即計(jì)16個(gè)脈沖，發(fā)生一次進(jìn)位，所以可以用它構(gòu)成16進(jìn)制以內(nèi)的各進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)的方法有兩種：置零法（復(fù)位法）和置數(shù)法（置位法）。 (1) 用復(fù)位法獲得任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器 假定已有N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而需要得到一個(gè)M進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，只要MN，用復(fù)位法使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到M時(shí)置“0”，即獲得M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 (2) 利用預(yù)置功能獲M進(jìn)制計(jì)數(shù)器置位法與置零法不同，它是通過給計(jì)數(shù)器重復(fù)置入某個(gè)數(shù)值的的跳越N-M個(gè)狀態(tài)，從而獲得M進(jìn)制計(jì)數(shù)器的，如圖所法。置數(shù)操作可以在電路的任何一個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行。這種方法適用于有預(yù)置功能的計(jì)數(shù)器電路。圖3.8.5為上述二種方法的原理示意圖S0S1S2S3SMSM-2SM-2SN-3SN-2SN-1S0S1SjSN-2Sj-1SN-1SN-3Si+2Si+13.8.5獲得任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的兩種方法（a）置零法 （b）置數(shù)法（a）（b）例如：利用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161接成35進(jìn)制計(jì)數(shù)器？ 本例可以采用整體置零方式進(jìn)行。首先將兩片74LS161以同步級(jí)聯(lián)的方式接成1616=256進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開始計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)入了35個(gè)脈沖時(shí)，經(jīng)門電路譯碼產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)立刻將兩片74LS161同時(shí)置零，于是便得到了35進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路連接圖如圖3.8.6所示圖3.8.6 二片74LS161構(gòu)成35進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路連接圖5.3仿真電路由三位的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160構(gòu)成0999的計(jì)數(shù)器，K1為計(jì)數(shù)時(shí)鐘按鈕，每按下一次，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘，K2為異步清零時(shí)鐘。圖12 0999的計(jì)數(shù)器仿真結(jié)果：5 總結(jié)在做實(shí)驗(yàn)前,一定要將課本上的知識(shí)吃透,因?yàn)檫@是做實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),否則,在老師講解時(shí)就會(huì)聽不懂,這將使你在做實(shí)驗(yàn)時(shí)的難度加大,浪費(fèi)做實(shí)驗(yàn)的寶貴時(shí)間.做實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要親力親為,務(wù)必要將每個(gè)步驟,每個(gè)細(xì)節(jié)弄清楚,弄明白,實(shí)驗(yàn)后,還要復(fù)習(xí),思考,這樣,你的印象才深刻,記得才牢固,否則,過后不久你就會(huì)忘得一干二凈,這還不如不做.老師將一些課本上沒有的知識(shí)教給我們,拓寬我們的眼界,使我們認(rèn)識(shí)到這門課程在生活中的應(yīng)用是那么的廣泛.通過這次測(cè)試技術(shù)的實(shí)驗(yàn),使我學(xué)到了不少實(shí)用的知識(shí),更重要的是,做實(shí)驗(yàn)的過程,思考問題的方法,這與做其他的實(shí)驗(yàn)是通用的,真正使我們受益匪淺. 在實(shí)驗(yàn)的過程中我們要培養(yǎng)自己的獨(dú)立分析問題，和解決問題的能力。培養(yǎng)這種能力的前題是你對(duì)每次實(shí)驗(yàn)的態(tài)度。如果你在實(shí)驗(yàn)這方面很隨便，抱著等老師教你怎么做，拿同學(xué)的報(bào)告去抄，盡管你的成績(jī)會(huì)很高，但對(duì)將來工作是不利的。比如在做回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)老師檢查，我