数字电路实验注意事项及基本要求

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1、数 字 电 路 实 验 注 意 事 项 及 基 本 要 求1.1 数 字 集 成 电 路 的 分 类 、 特 点 及 注 意 问 题当 今 ， 数 字 电 子 电 路 几 乎 已 完 全 集 成 化 了 。 因 此 ， 充 分 掌 握 和 正 确 使 用 数 字 集成 电 路 ， 用 以 构 成 数 字 逻 辑 系 统 ， 就 成 为 数 字 电 子 技 术 的 核 心 内 容 之 一 。集 成 电 路 按 集 成 度 可 分 为 小 规 模 、 中 规 模 、 大 规 模 和 超 大 规 模 等 。 小 规 模 集 成电 路 （ SSI） 是 在 一 块 硅 片 上 制 成 约 1 10 个

2、 门 ， 通 常 为 逻 辑 单 元 电 路 ， 如 逻 辑门 、 触 发 器 等 。 中 规 模 集 成 电 路 （ MSI） 的 集 成 度 约 为 10 100 门 /片 ， 通 常是 逻 辑 功 能 电 路 ， 如 译 码 器 、 数 据 选 择 器 、 计 数 器 、 寄 存 器 等 。 大 规 模 集 成 电 路（ LSI） 的 集 成 度 约 为 100 门 /片 以 上 ， 超 大 规 模 （ VLSI） 约 为 1000 门 /片 以上 ， 通 常 是 一 个 小 的 数 字 逻 辑 系 统 。 现 已 制 成 规 模 更 大 的 极 大 规 模 集 成 电 路 。数 字 集

3、 成 电 路 还 可 分 为 双 极 型 电 路 和 单 极 型 电 路 两 种 。 双 极 型 电 路 中 有 代 表 性的 是 TTL 电 路 ； 单 极 型 电 路 中 有 代 表 性 的 是 CMOS 电 路 。 国 产 TTL 集 成 电路 的 标 准 系 列 为 CT54/74 系 列 或 CT0000 系 列 ， 其 功 能 和 外 引 线 排 列 与 国 际54/74 系 列 相 同 。 国 产 CMOS 集 成 电 路 主 要 为 CC（ CH） 4000 系 列 ， 其 功 能和 外 引 线 排 列 与 国 际 CD4000 系 列 相 对 应 。 高 速 CMOS 系 列

4、 中 ， 74HC 和74HCT 系 列 与 TTL74 系 列 相 对 应 ， 74HC4000 系 列 与 CC4000 系 列 相 对 应 。必 须 正 确 了 解 集 成 电 路 参 数 的 意 义 和 数 值 ， 并 按 规 定 使 用 。 特 别 是 必 须 严 格 遵守 极 限 参 数 的 限 定 ， 因 为 即 使 瞬 间 超 出 ， 也 会 使 器 件 遭 受 损 坏 。TTL 器 件 的 特 点 ：1 输 入 端 一 般 有 钳 位 二 极 管 ， 减 少 了 反 射 干 扰 的 影 响 。2 输 出 电 阻 低 ， 增 强 了 带 容 性 负 载 的 能 力 。3 有 较

5、 大 的 噪 声 容 限 。4 采 用 +5V 的 电 源 供 电 。为 了 正 常 发 挥 器 件 的 功 能 ， 应 使 器 件 在 推 荐 的 条 件 下 工 作 ， 对 CT0000系 列 （ 74LS 系 列 ） 器 件 ， 主 要 有 ： （ 1） 电 源 电 压 应 4.75 5.25V 的 范 围 内 。（ 2） 环 境 温 度 在 00C 700C 之 间 。 （ 3） 高 电 平 输 入 电 压 VIH2V， 低 电 平 输入 电 压 VSL0.8V。 （ 4） 输 出 电 流 应 小 于 最 大 推 荐 值 （ 查 手 册 ） 。 （ 5） 工 作 频率 不 能 高 ，

6、一 般 的 门 和 触 发 器 的 最 高 工 作 频 率 约 30MHZ 左 右 。TTL 器 件 使 用 注 意 问 题 ：1 电 源 电 压 应 严 格 保 持 在 5V10%的 范 围 内 ， 过 高 易 损 坏 器 件 ， 过 低 则 不 能正 常 工 作 ， 实 验 中 一 般 采 用 稳 定 性 好 、 内 阻 小 的 直 流 稳 压 电 源 。 使 用 时 ， 应 特别 注 意 电 源 与 地 线 不 能 错 接 ， 否 则 会 因 过 大 电 流 而 造 成 器 件 损 坏 。2 多 余 输 入 端 最 好 不 要 悬 空 ， 虽 然 悬 空 相 当 于 高 电 平 ， 并

7、不 能 影 响 与 门 （ 与 非 门 ）的 逻 辑 功 能 ， 但 悬 空 时 易 受 干 扰 ， 为 此 ， 与 门 、 与 非 门 多 余 输 入 端 可 直 接 接 到Vcc 上 ， 或 通 过 一 个 公 用 电 阻 （ 几 千 欧 ） 连 到 Vcc 上 。 若 前 级 驱 动 能 力 强 ，则 可 将 多 余 输 入 端 与 使 用 端 并 接 ； 不 用 的 或 门 、 或 非 门 输 入 端 直 接 接 地 ， 与 或非 门 不 用 的 与 门 输 入 端 至 少 有 一 个 要 直 接 接 地 ， 带 有 扩 展 端 的 门 电 路 ， 其 扩 展端 不 允 许 直 接 接

8、 电 源 。 若 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 680 时 ， 输 入 端 相 当 于 逻 辑 “0”； 当 R 4 7K时 ， 输 入 端 相 当 于 逻 辑 “1”。 对 于 不 同 系 列 的 器 件 ， 要 求 的 阻 值 不 同 。3 输 出 端 不 允 许 直 接 接 电 源 或 接 地 ， 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 35.1 K ； 不 允 许 直 接并 联 使 用 （

9、 集 电 极 开 路 门 和 三 态 门 除 外 ） 。4 应 考 虑 电 路 的 负 载 能 力 （ 即 扇 出 系 数 ） ， 要 留 有 余 地 ， 以 免 影 响 电 路 的 正 常工 作 。 扇 出 系 数 可 通 过 查 阅 器 件 手 册 或 计 算 获 得 。5 在 高 频 工 作 时 ， 应 通 过 缩 短 引 线 、 屏 蔽 干 扰 源 等 措 施 ， 抑 制 电 流 的 尖 峰 干 扰 。CMOS 数 字 集 成 电 路 的 特 点1 静 态 功 耗 低 ： 电 源 电 压 VDD=5V 的 中 规 模 电 路 的 静 态 功 耗 小 于 100 W，从 而 有 利 于

10、提 高 集 成 度 和 封 装 密 度 ， 降 低 成 本 ， 减 小 电 源 功 耗 。2 电 源 电 压 范 围 宽 ： 4000 系 列 CMOS 电 路 的 电 源 电 压 范 围 为 3 18V， 从而 使 选 择 电 源 的 余 地 大 ， 电 源 设 计 要 求 低 。3 输 入 阻 抗 高 ： 正 常 工 作 的 CMOS 集 成 电 路 ， 其 输 入 端 保 护 二 极 管 处 于 反 偏状 态 ， 直 流 输 入 阻 抗 可 大 于 100M ， 在 工 作 频 率 较 高 时 ， 应 考 虑 输 入 电 容的 影 响 。4 扇 出 能 力 强 ： 在 低 频 工 作 时

11、 ， 一 个 输 出 端 可 驱 动 50 个 以 上 的 CMOS 器件 的 输 入 端 ， 这 主 要 因 为 CMOS 器 件 的 输 入 电 阻 高 的 缘 故 。5 抗 干 扰 能 力 强 ： CMOS 集 成 电 路 的 电 压 噪 声 容 限 可 达 电 源 电 压 的 45%，而 且 高 电 平 和 低 电 平 的 噪 声 容 限 值 基 本 相 等 。6 逻 辑 摆 幅 大 ： 空 载 时 ， 输 出 高 电 平 VOH （ VDD-0.05V） ,输 出 低 电 平VOL （ VSS+0.05V） 。CMOS 集 成 电 路 还 有 较 好 的 温 度 稳 定 性 和 较

12、强 的 抗 辐 射 能 力 。 不 足 之 处 是 ， 一般 CMOS 器 件 的 工 作 速 度 比 TTL 集 成 电 路 低 ， 功 耗 随 工 作 频 率 的 升 高 而 显 著 增大 。CMOS 器 件 的 输 入 端 和 VSS 之 间 接 有 保 护 二 极 管 ， 除 了 电 平 变 换 器 等 一 些 接口 电 路 外 ， 输 入 端 和 正 电 源 VDD 之 间 也 接 有 保 护 二 极 管 ， 因 此 ， 在 正 常 运 转 和焊 接 CMOS 器 件 时 ， 一 般 不 会 因 感 应 电 荷 而 损 坏 器 件 。 但 是 ， 在 使 用 CMOS数 字 集 成

13、电 路 时 ， 输 入 信 号 的 低 电 平 不 能 低 于 （ VSS-0.5V） ， 除 某 些 接 口 电 路外 ， 输 入 信 号 的 高 电 平 不 得 高 于 （ VDD+0.5V） ， 否 则 可 能 引 起 保 护 二 极 管 导 通 ，甚 至 损 坏 进 而 可 能 使 输 入 级 损 坏 。CMOS 器 件 使 用 注 意 事 项 ：1 电 源 连 接 和 选 择 ： VDD 端 接 电 源 正 极 ， VSS 端 接 电 源 负 极 （ 地 ） 。 绝 对 不许 接 错 ， 否 则 器 件 因 电 流 过 大 而 损 坏 。 对 于 电 源 电 压 范 围 为 3V 1

14、8V 系列 器 件 。 如 CC4000 系 列 ， 实 验 中 VDD 通 常 接 +5V 电 源 。 VDD 电 压 选 在 电源 变 化 范 围 的 中 间 值 ， 例 如 电 源 电 压 在 8 12V 之 间 变 化 ， 则 选 择VDD=10V 较 恰 当 。 CMOS 器 件 在 不 同 的 VDD 值 下 工 作 时 ， 其 输 出 阻 抗 、 工作 速 度 和 功 耗 等 参 数 都 有 所 变 化 ， 设 计 中 须 考 虑 。2 输 入 端 处 理 ： 多 余 输 入 端 不 能 悬 空 。 应 按 逻 辑 要 求 接 VDD 或 接 VSS， 以免 受 干 扰 造 成

15、逻 辑 混 乱 ， 甚 至 还 会 损 坏 器 件 。 对 于 工 作 速 度 要 求 不 高 ， 而 要 求增 加 带 负 载 能 力 时 ， 可 把 输 入 端 并 联 使 用 。对 于 安 装 在 印 刷 电 路 板 上 的 CMOS 器 件 ， 为 了 避 免 输 入 端 悬 空 ， 在 电 路 板 的输 入 端 应 接 入 限 流 电 阻 RP 和 保 护 电 阻 R， 当 VDD=+5V 时 ， RP 取5.1K ， R 一 般 取 100K 1M 。3 输 出 端 处 理 ： 输 出 端 不 允 许 直 接 接 VDD 或 VSS， 否 则 将 导 致 器 件 损 坏 ， 除三

16、态 （ TS） 器 件 外 ， 不 允 许 两 个 不 同 芯 片 输 出 端 并 联 使 用 ， 但 有 时 为 了 增 加驱 动 能 力 ， 同 一 芯 片 上 的 输 出 端 可 以 并 联 。4 对 输 入 信 号 VI 的 要 求 ： VI 的 高 电 平 VIH VDD， VIL 的 低 电 平 VIL 小 于 电路 系 统 允 许 的 低 电 压 ； 当 器 件 VDD 端 未 接 通 电 源 时 ， 不 允 许 信 号 输 入 ， 否 则将 使 输 入 端 保 护 电 路 中 的 二 极 管 损 坏 。1.2 集 成 电 路 外 引 线 的 识 别使 用 集 成 电 路 前 ， 必 须 认 真 查 对 识 别 集 成 电 路 的 引 脚 ， 确 认 电 源 、 地 、 输 入 、输 出 、 控 制 等 端 的 引 脚 号 ， 以 免 因 接 错 而 损 坏 器 件 。 引 脚 排 列 的 一 般 规 律 为 ：圆 形 集 成 电 路 ： 识 别 是 ， 面