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文檔簡介

1、主講人: 樓天良 副教授數(shù)字集成電路的輸入方式數(shù)字集成電路的輸入方式數(shù)字集成電路的輸入方式n一、實(shí)訓(xùn)目的n通過本實(shí)訓(xùn)能使同學(xué)掌握各種方式的輸入連接及應(yīng)用場合,鞏固對數(shù)字集成電路輸入?yún)?shù)的理解,使同學(xué)們能在今后的實(shí)踐中靈活引用。二、實(shí)訓(xùn)要求n掌握開關(guān)輸入方式n掌握開關(guān)晶體管輸入方式n了解光電耦合輸入方式n掌握施密特觸發(fā)器輸入方式n了解輸入端保護(hù)三、實(shí)訓(xùn)原理數(shù)字電路應(yīng)用實(shí)例(一)數(shù)字電路應(yīng)用實(shí)例(二)說明:n在這二個實(shí)例中,除數(shù)字集成電路外,還有眾多的外圍電路,這包括輸入電路和輸出電路,有了這些電路,數(shù)字集成電路才能發(fā)揮應(yīng)有的作用,今天就介紹輸入電路部分實(shí)訓(xùn)原理:n理論上數(shù)字電路的邏輯 “0”、“

2、1”所對應(yīng)的電平分別為:0V 和+5V。但實(shí)際輸入不可能為這樣理想的電平,也沒有這樣的必要。n實(shí)際的數(shù)字電路請查閱有關(guān)集成電路手冊,現(xiàn)以74LS00為例,加以說明,有幾個參數(shù)對我們連接十分重要。74LS00的技術(shù)參數(shù)表推薦工作條件 符號 參 數(shù)最小正常最大最小正常最大單 位 VCC工作電壓4.555.54.7555.25VVIH高電平輸人電壓22VVIL 低電平輸入電壓0.70.8V IOH高電平輸出電流-0.4-0.4mAIOL 低電平輸出電流48mATA自然通風(fēng)時工作溫度-55125070 DM54LS00 DM74LS00電氣特性:n滿足自然通風(fēng)時的工作溫度范圍符號參 數(shù)最小值典型值(注

3、1)最大值單位VI輸入鉗位電壓-1.5VVcc最小,IOH最大,DM542.53.4 VIL最大DM742.73.4VVcc最小, IOL最大,DM540.250.4VIH最小DM740.350.510L4mA,Vcc最小DM740.250.4II最大輸入電壓時的輸入電流0.1mAIIH高電平輸入電流20uA Vcc最小,II-18mA條件V Vcc最大,VI7V Vcc最大,VI27VVOHVOL高電平輸出電壓低電平輸出電壓電氣特性:n滿足自然通風(fēng)時的工作溫度范圍符號參 數(shù)最小值典型值(注1)最大值單位IIL低電平輸人電流-0.34 mADM54-20-100 mAIOS短路輸出電流Vcc最

4、大(注2)DM74-20-100 mAICCH高電平輸出工作電流0.81.6 mAICCL低電平輸出工作電流2.44.4 mAVcc最大Vcc最大Vcc最大,VI04V條件動態(tài)特性:Vcc=5V,TA=25oC最小 最大 最小 最大TPLH低電平到高電子延遲時間310415nSTPHL高電平到低電乎延遲時間310415nS單 位CL15pFRL2kn 符號 參 數(shù)CL50pFn輸入電壓必須滿足電壓參數(shù)和的要求,也就是說,輸入為“0”時,電壓應(yīng)當(dāng)在0.8V與地電位之間,輸入為“1”時,電壓應(yīng)當(dāng)在2V和電源電壓之間,否則數(shù)字集成電路的工作就會出現(xiàn)異常,由于輸入電路內(nèi)部均含有一定的電阻,且輸入電流不

5、能為零,由于電阻上的壓降,實(shí)際到達(dá)數(shù)字電路輸入端的電壓不一定能滿足要求,一定在注意輸入電路電阻對電路的影響。輸入信號的要求主要是:一、機(jī)械開關(guān)輸入方式n通常的開頭有二種類型:n單刀雙擲n單刀單擲型,單刀雙擲開關(guān) 直接連接電源 開頭接+5V時,輸入為“1”,開頭接地時,輸入為“0”,這種接法要注意二種狀態(tài)切換時,輸入為來穩(wěn)定狀態(tài),可能會造成許多不能預(yù)了的后果。 GNDS+5V單刀單擲(接地)n開關(guān)斷開時,電阻R將輸入端拉為高電位,輸入為“1”,而開關(guān)斷開時,輸 入 端 接 地 , 輸 入 為“0”。 +5VGNDR當(dāng)開關(guān)斷開時,為保證輸入VIVIH,由于集成電路器件的IIH很小,電阻R的取值范圍

6、很大,一般TTL電路取幾千歐至幾萬歐,COMS電路取幾萬歐至數(shù)十萬歐。單刀單擲(接正電源) n開關(guān)斷開時,電阻R將輸入端電位拉為低 電 平 , 輸 入 為“0”,反之為高電平。+5VGNDRR必須小于“關(guān)門電阻”ROFF,對于TTL器件,ROFF為700歐,而對CMOS器件,ROFF可達(dá)數(shù)十萬歐。指出開關(guān)連接的錯誤原因指出開關(guān)連接的錯誤原因指出開關(guān)連接的錯誤原因指出開關(guān)連接的錯誤原因二、撥碼開關(guān)1位撥碼開關(guān)內(nèi)部接線n撥碼開關(guān)實(shí)際上是一個4刀10擲開關(guān),在許多控制設(shè)備中常用于設(shè)定一些具體的數(shù)值,如溫度、繞圈的匝數(shù)、速度等,使用中,操作者可根據(jù)需要來改變設(shè)定,撥碼開關(guān)分別有5根引線,分別為A、8、

7、4、2、1。其中A為公共線,而8、4、2、1分別為四個開關(guān)的引腳,按8421碼的規(guī)律與A線接通。撥碼開關(guān)接線方式之一n使用時,將撥碼開關(guān)的四個開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼,直接實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。三、干簧管n干簧管是一種非接觸性機(jī)械開關(guān),觸點(diǎn)被封裝在玻璃管內(nèi),當(dāng)磁體靠近干簧管時,管內(nèi)有二簧片被磁化,從而接通或斷開觸點(diǎn)。干簧管應(yīng)用舉例(水泵控制)n儲水箱內(nèi)的塑料管內(nèi)安裝兩只干簧管,塑料管外套一塊組裝在浮子內(nèi)的環(huán)型形永久磁鐵,能隨水位的高低而上下浮動,要求設(shè)計(jì)的電路能夠在水位低于低水位時啟動水泵供水,高于高水位時,關(guān)閉水泵,停止向水向內(nèi)供水??刂齐娐稟B&CD&R2R1C2C1高

8、水位管低水位管水泵控制=0 水泵停機(jī)=1 水泵運(yùn)轉(zhuǎn)G1G2+5V這是一個由基本RS觸發(fā)器及外圍電路組成的自動控制電路,干簧管應(yīng)用舉例(水泵控制)AB&CD&R2R1C2C1高水位管低水位管水泵控制=0 水泵停機(jī)=1 水泵運(yùn)轉(zhuǎn)G1G2+5V控制電路和水泵工作情況磁鐵位置觸發(fā)器G1、G2輸出水泵工作狀態(tài)水位情況低水位干簧管處1、0 工作、供水低水位高低水位之間上升1、0工作、供水水位上升高水位0、1停止工作高水位高低水位之間上升0、1停止工作水位下降n晶體管作為數(shù)字集成電路的輸入時,工作在開關(guān)狀態(tài),分為晶體管飽和導(dǎo)通和截止情況.R1R2+5VVT90131TTL+5VR3R4VT9

9、0121TTL4、開關(guān)晶體管輸入方式NPN型晶體管n對NPN型晶體管,管子截止時,輸出為邏輯“1”狀態(tài),管子導(dǎo)通時,輸出電壓為0.3V左右,即邏輯“0”狀態(tài),R1的阻值大小必須保證當(dāng)管子飽和時,能達(dá)到飽和狀態(tài)。R1R2+5VVT90131TTLPNP型晶體管n對PNP型晶體管,使用時的狀態(tài)與NPN型的管子情況相反,但同樣也能保證電阻R3能使管子飽和導(dǎo)通;管子截止時,R4阻值必須小于“關(guān)門電阻”,對TTL電路,一般為500歐。+5VR3R4VT90121TTL3、光電管n光電耦合器是以光為媒體傳輸電信號的一種“電-光-電”轉(zhuǎn)換隔離器件。它由發(fā)光器和光敏器件兩部分組成。把發(fā)光器件與光敏器件組裝在同

10、一密閉的殼體內(nèi),彼此間用透明絕緣體隔離,光線不通過外界媒體,分離型光電管n有把發(fā)光器件與光敏器件分開,光線要通過外界媒體才能到達(dá)對方。光電管的作用n不管是哪種類型,發(fā)光器件都作為輸入回路,它將電能轉(zhuǎn)換成光能,光敏器件為輸出回路,將光能再轉(zhuǎn)換成電能。實(shí)現(xiàn)了兩部分電路之間能傳遞信號但電氣上被隔離開來,從而可有效的實(shí)現(xiàn)高低電壓的分離及電氣干擾。光電耦合器的外觀n光電耦合器的外觀大多為淺黃色或白色,市面上見到淺黃色或白色封裝的集成電路幾乎都是光電耦合器。光電耦合器分類n光電耦合器中的發(fā)光器件為紅外發(fā)光二極管,而光敏器件有多種類型,根據(jù)光敏器件的不同,可分為光敏二極管型、光敏晶體管型、光敏電阻型、光控晶

11、閘管型、光敏達(dá)林頓弄等。光電耦合器的使用n使用硅光敏晶體管型光電耦合器作數(shù)字集成電路輸入時,與普通晶體管使用方法相同。光電耦合輸入的典型應(yīng)用光電耦合器的型號n(1)TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4,分別是每個封裝內(nèi)包含1個、2個、4個光電耦合器,由HP公司和日本東芝公司生產(chǎn)。n(2)4N系列,如4N25、4N32等,由Motorola公司生產(chǎn)。n(3)MOC30系列,如MOC3010、MOC3021、MOC3041等,為晶閘管驅(qū)動輸出。n(4)6N137,由HP公司生產(chǎn),用于高速數(shù)據(jù)。TLP521-1 光電耦合器的參數(shù)正向電流反向電壓功耗擊穿電壓最大電流功耗耐壓溫度正向

12、電流正向電壓導(dǎo)通時間截止時間mAV mW V mA mWV度 mA VususTLP521-1晶體管輸出505100 5550100 2500-3010010 1.2215型號輸出方式極限參數(shù)工作參數(shù)發(fā)光器件受光器件整體發(fā)光器件延遲時間4、施密特觸發(fā)器的輸入方式n數(shù)字集成電路中各器件都工作在開關(guān)狀態(tài),對輸入信號也要求是邏輯量狀態(tài)。但是實(shí)際的輸入信號往往并不是理想脈沖波形,甚至輸入信號是一種緩慢變化的波形。施密特觸發(fā)器n這種波形加在普通的數(shù)字集成電路的輸入端時,輸入就會有一段較長的時間處于“邏輯不明區(qū)” 。此時,本應(yīng)工作在開關(guān)狀態(tài)的器件可能會在放大狀態(tài),造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,甚至出現(xiàn)故障施密特觸發(fā)器n

13、施密特觸發(fā)器的輸入電路是一種內(nèi)部帶有正反饋的特殊結(jié)構(gòu),它的輸入可以不是一個標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平,而輸出為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平。施密特反相器74LS14的電壓轉(zhuǎn)移特性n其邏輯功能為反器,當(dāng)輸入電壓升高,達(dá) 到 并 超 過 VT +(1.7V)時,輸出為低電平,而輸入電 壓 降 低 至 VT -(0.9V)后,輸出為高電平。而VT +-VT-=0.8V的差值稱為回差。施密特反相器應(yīng)用實(shí)例n分析電茶水爐自動控制器溫度檢測電路n要求:自動控制電茶水爐的加熱器,當(dāng)水燒開后(1000C)自動停止加熱,當(dāng)溫度降到70oC以下時,自動接通電路加熱。MF58-502-3540型熱敏電阻n使用熱敏電阻檢測水溫是較為簡單的溫度

14、檢測方式,本例采用MF58-502-3540型熱敏電阻,阻值與溫度的對應(yīng)關(guān)系如下表所示:溫度(度)010202530405060708090100阻值(k)14.257 9.2032 6.09254.1265 2.8552.0151.4481.05920.7870.5940.4545電路原理圖電路原理圖說明n輸出采用復(fù)合管驅(qū)動微型繼電器,由于微型繼電器不能直接驅(qū)動大功率加熱器,所以采用微型繼電器驅(qū)動交流接觸器,由交流接觸器驅(qū)動加熱器。5、輸入端保護(hù)措施n 在某些場合中數(shù)字集成電路的輸入電壓有可能超過允許范圍造成器件的損壞。為防止輸入電壓超出范圍,可以采用鉗位二極管保護(hù)。1+5VTTLVD1VD

15、2R輸入端的保護(hù)n當(dāng)輸入電壓高于電源電壓時,二極管VD1導(dǎo)通,使輸入端電壓鉗制在VCC+0.7V;而當(dāng)輸入電壓出現(xiàn)負(fù)值時,二極管VD2導(dǎo)通,使輸入端電壓鉗制在VCC-0.7V左右。1+5VTTLVD1VD2R輸入端的保護(hù)n圖中電阻為限流保護(hù),阻值越大越好,但過大的阻值會產(chǎn)生較大的電壓降,影響輸入信號的電位,一般TTL電路使用100歐,CMOS電路選用1千歐。1+5VTTLVD1VD2R四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1、對簡易水泵控制電路進(jìn)行進(jìn)一步分析,是否還存在不足之處,如何改進(jìn)?畫出線路圖。2、請查閱有關(guān)干簧管的型號、種類以及參數(shù),并以表格的形式寫入實(shí)訓(xùn)報(bào)告。3、請查閱型號為4N35的管子的功能、參數(shù)及集成電路的引腳功能。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容4、識圖訓(xùn)練,下圖為一種觸摸延時燈電路,當(dāng)人手觸摸金屬片M時燈亮,經(jīng)過一段時間后,自動熄滅,可用于公共場所(如樓道)的照明,可根據(jù)圖說明電路工作過程,并說明如何調(diào)節(jié)才能改變燈亮的時間,并用具體的電路實(shí)施。&+5

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