数字电路之数字集成电路IC

　　在上一期《数字电路之如雷贯耳的“逻辑电路”》中咱们了解了根本的逻辑电路，本期将解说数字IC的根底和组合电路。

　　什么是数字集成电路IC？

　　数字集成电路是指集成了一个或多个门电路的半导体元器件。数字集成电路具有多个品种，依据用处不同，可分为如下几类。

　　◇微处理器（microcomputer）：进行各种处理的集成电路

　　◇存储器：记载数据的集成电路

　　◇规范逻辑IC：经过集成电路的组合完成各类功用的逻辑电路

　　◇专用逻辑IC：特定用处集成电路，答使用户规划自己专用的逻辑电路

　　“规范逻辑IC”是将逻辑电路的根本要素和可共通运用的功用集合于一体的小规模集成电路，是构成逻辑电路的根本要素。

　　本期将侧重解说“规范逻辑IC”，学习数字IC的常识。

　　数字IC和规范逻辑IC

　　“规范逻辑IC”的品种约有600多种，有最单纯的逻辑电路IC，也有高功用的、含有逻辑运算的IC。

　　大致可分为TLL集成电路与CMOS集成电路两种。

　　◇TTL （Transistor-transistor logic） IC：电路的首要部分由双极性晶体管构成，作业电压为5V。

　　◇CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor） IC：电路的首要部分是由P通道和N通道的MOSFET构成的，作业电压规模比较大。

　　图1：TTL IC

　　数字IC之间传递信号时，需求规则信号的“高（High）”、“低（low）”逻辑以及与其对应的电压。这种与逻辑对应的电压称为逻辑电平。

　　不同的逻辑电平，将无法传输信号，还有或许损坏%&&&&&%。

　　在TTL IC中，判别规范如下：

　　◇输入信号时，2.0V以上为“高（High）”，0.8V以下为“低（Low）”

　　◇输出信号时，0.4V以下为“低（Low）”，2.4V以上“高（High）”

　　TTL IC便是依据规则的TTL接口规范制造的，该规范规则了输入输出电压与逻辑之间的联系。因而，在TTL IC之间传递信号时，不需求考虑逻辑电平的问题。

　　可是，CMOS IC具有许多系列，各个系列的逻辑电平各不相同。有时还会依据电源电压发生变化。因而，需求依据逻辑电平进行衔接。

　　图2：CMOS IC

　　留意误操作和扇出

　　在衔接“规范逻辑IC”时，需求考虑一个输出最大可衔接的IC数量。

　　在TTL IC中，可衔接IC的数量遭到输出电流的约束，咱们把答应衔接的IC上限个数称为扇出。只需想起TTL IC是由双极性晶体管构成的，就能容易地幻想出开关切换时是需求电流的。TTL IC的扇出能够经过输出电流除以输入电流来求出（图3）。需求留意的是假如衔接的IC个数超越了扇出数，将无法确保输出的逻辑电平。

　　图3：TTL IC的扇出

　　因为CMOS IC的输入引脚中几乎没有电流，因而无法依据电流核算它的扇出数。需求依据负载容量核算（图4）。

　　在CMOS IC的数据表中，经过传达延迟时间的测量方法清晰记载了负载容量。如超越负载容量，传达延迟时间将变长，或许引起误操作，需求留意。

　　图4：CMOS IC的扇出

　　输出线之间衔接，漏极开路

　　漏极开路是指不能输出高电平（High）的FET（如图A右图）。在漏极开路的电路中，不存在一般CMOS IC输出段（如图A左图）中和VCC相连的MOSFET，所以，无法输出高电平。只能输出Low或高阻抗（输出端和电路是断开的，是一个无法输出电流和电压的状况）。

　　在高阻抗的情况下，因为输出不稳定，因而需求经过电阻和电源相连，把输出端固定在High电平下运用。该电阻称为上拉电阻。

　　因为上拉电阻衔接的电压不需求与电源电压相同，因而能够衔接逻辑电平不同的%&&&&&%。

　　图A：CMOS输出与漏极开路输出

　　组合逻辑电路

　　逻辑电路中，只经过输入信号的组合方法决议输出的逻辑电路称作“组合逻辑电路”。

　　相反，内部具有记忆电路和同步电路，只经过输入信号的组合无法决议输出的逻辑电路被称作“时序逻辑电路”。

　　本期只对前者“组合逻辑电路”进行解说。

　　“组合逻辑电路”是经过组合多个AND、OR、NOT、XOR等逻辑门而构成的。能够理解为用多个逻辑门的摆放就能完成多种功用的电路。

　　首要让咱们来看看“组合逻辑电路”的代表%&&&&&%，多路复用器和解码器。

　　可挑选输出信号的多路复用器

　　多路复用器是能够从多个输入信号中挑选一个输出信号的信号切换器。能够经过主动售货机来幻想其作业形式。各种饮料的按钮便是输入信号，当按下挑选按钮后，从同一出货口能够拿到各种饮料。

　　假如用开关阐明多路复用器的作业原理，如图5所示。开关A包含4个纵向联动开关。开关B也是相同。那么，当开关A为0，开关B也为0时，能够看到输入0衔接到输出上，也便是输入0的信号被输出。相同，当开关A为1，开关B为0时，输入1的信号将衔接到输出上。当开关A为0，开关B为1时，输出2的信号将衔接到输出上。当开关A为1，开关B为1时，输入3的信号将衔接到输出上。也便是说，能够经过开关A和开关B从4个输入中挑选一个输出。这便是完成信号切换的多路复用器电路。

　　图5：用开关构成的多路复用器

　　多路复用器用逻辑电路表明的话，就象图6所示，只需求AND和OR就能够完成。AND部分进行判别，OR部分用于挑选一个信号输出。

　　图6：用逻辑电路构成的多路复用器

　　判别输入的解码器

　　请看解码器的真值表（图8）。由该表可知， 2个输入信号可经过4个输出信号中的一个输出。比方当两个输入为二进制时，让4个输出信号别离对应十进制的0、1、2、3，就能够以为这是一个将二进制解码为十进制的电路。

　　图7：用逻辑电路构成的解码器

　　图8：解码器真值表

　　除此之外，还有比较器、加法器（全加器/半加器）、乘法器、减法器、桶形移位器等多种“组合逻辑电路”。其间大多数都是使用多路复用器和解码器制造而成的。可是，假如仅仅使用而不做改进的话，将呈现电路冗长等问题，所以，需求简化并紧缩电路。