字逻辑电路设计与制作.pptVIP

2．4 任务四 数字逻辑电路的设计与制作 数字电路在现代电子系统中地位越来越重要。随着大规模集成电路技术的发展，可编程逻辑器件CPLD和FPGA在比较复杂的数字系统中的使用越来越频繁，但在中、小规模的数字系统中，传统的通用数字芯片仍占主导地位，利用这些芯片进行设计和制作仍然是电类专业大学生必须掌握的技能。 2.4.1 基本门电路和逻辑电平规范 1.基本门电路 门电路是数字电路的基本单元。通常有与门、或门和非门。其电路符号如下图所示： 2.逻辑门的输入与输出关系 3.逻辑电平的转换 一般数字电路用到的电平形式是TTL逻辑电平，除此之外，还有HTL、ECL、CMOS等电平形式。 1）TTL电平与HTL电平的转换 HTL电路即高值、高抗干扰电路，它的阈值电压比较高（一般在7～８V），但由于输入部分是二极管结构，所以速度比较低。通常这种数字集成电路适用于对速度要求不高，但对可靠性要求较高的工业控制设备中。 一般情况下，HTL数字电路的输出高电平是VOH＞11.5V，输出低电平是VOL＜1.5V，输入短路电流IIS＜1.5mA，输入漏电流IIH＜6μA，空载导通电流IEI＜6mA。 集成电路CH2017可以实现从TTL电平向HTL电平的转换，CH2016可以实现从HTL电平向TTL电平的转换。 2）TTL电平和ECL电平的转换 ECL电平即发射极耦合逻辑电平，是一种非饱和型数字逻辑电路，具有速度快、逻辑功能强、扇出能力强、噪声低、引线串扰小和自带参考源等优点，广泛应用于数字通信、高精度测试设备和频率合成等场合。 ECL电路电源一般为－5.2V（CE10K系列）或－4.5V（CE100K系列）。输出逻辑高电平分别为－0.9V和－0.955V，输出逻辑低电平分别为－1.75V和－1.705V。集成电路CE1024可以实现从TTL向ECL的电平转换，CE1025可以实现从TTL电平向ECL电平的转换。 3）TTL与CMOS的电平转换 CMOS电路具有低功耗、宽工作电压范围、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出能力强的特点，在要求低功耗的电路中得到广泛应用。 当电源电压为5V时，对于带缓冲门的CMOS电路，VIL≤1.5V，VIH≥3.5V。 对于不带缓冲门的CMOS电路，VIL≤1V，VIH≥4V。 对于从TTL电平向CMOS电平的转换，由于TTL电路输出高电平的规范值为2.4V，在电源电压为5V时，CMOS电路的输出高电平大于3.5V，这样就造成了TTL电路与CMOS电路接口上的困难，解决的办法是在TTL电路的输出端与电源接上拉电阻。 以最常见的74系列集成电路为例，上拉电阻R的取值为： 74系列：4.7KΩ≥R≥390Ω 74H系列：4.7KΩ≥R≥270Ω 74L系列：27KΩ≥R≥1.5kΩ 74S系列：4.7KΩ≥R≥270Ω 74LS系列：12KΩ≥R≥820Ω 对于COMS电平向TTL电平的转换，由于TTL电路输入短路电流较大，要求COMS电路在VOL=0.5V时能给出足够的驱动电流，因此需要使用CC4049、CC4050等作为接口器件。 2.4.2 简易抢答器的制作 下图是一个四路抢答器电路。 工作原理：AN1~4为抢答按钮。当AN1~4未按下时，与非门GA、GB、GC、GD输出都为高电平，发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4都不亮且与非门GE输出为低电平，三极管BG截止，继电器不动作，电铃不响。 抢答器电路元器件清单 * * 与门 或门 非门 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 Y=NOT A 0 0 0 0 B A 非门 或门 与门 输入信号 基本门电路是实现各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的最基本单元。 当某一按钮如AN1按下，则GA输出端A为 低电平，LED1亮且三极管BG导通，继电器动作，电铃响。同时，由于A点为低电平，所以GB、GC、GD输出都为高电平，即使其他按钮按下也不起作用，这样就达到了抢答的目的。 74LS20 GE 74LS20 GC、GD 74LS20 GA、GB 9013 BG 1N4007 D 发光二极管 LED1~4 按钮 AN1~4 RT14-10kΩ R9 RT14-300Ω R8 RT14-1kΩ R7 RT14-300Ω R6 RT14-1kΩ R5 RT14-300Ω R4 RT14-1kΩ R3 RT14-300Ω R2 RT14-1kΩ R1 型号及参数 元件名称 型号及参数 元件名称