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常用数字集成电路原理与应用下载

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一、数字集成电路的分类 数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。 1．按结构工艺分 按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。如图0-1所示。 世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。 ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。双极型集成电路主要有 TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。 ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。这种门电路输出阻抗低，负载能力强。它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。 MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。 MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。 MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。CMOS数字集成电路电路主要分为4000（4500系列）系列、54HC/74HC系列、54HCT/74HCT系列等，实际上这三大系列之间的引脚功能、排列顺序是相同的，只是某些参数不同而已。例如，74HC4017与CD4017为功能相同、引脚排列相同的电路，前者的工作速度高，工作电源电压低。4000系列中目前最常用的是B系列，它采用了硅栅工艺和双缓冲输出结构。 Bi-CMOS是双极型CMOS（Bipolar-CMOS）电路的简称，这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构，输出级采用双极型三极管，因此兼有CMOS电路的低功耗和双极型电路输出阻抗低的优点。 综上所述，TTL74系列、CMOS 4000（4500）系列是通用性最强、应用最广泛的数字集成电路，因此，本书重点介绍这两类常用的数字集成电路。 2.根据集成电路规模的大小分 根据集成电路规模的大小，数字集成电路通常分为小规模集成电路（SSI） 、中规模集成电路（MSI） 、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。 (1) 小规模集成电路（Small Scale Integration，SSI） 小规模集成电路通常指含逻辑门个数小于10 门(或含元件数小于100个)的电路。 (2) 中规模集成电路（Medium Scale Integration，MSI） 中规模集成电路通常指含逻辑门数为10门～99门(或含元件数100个～999个)的电路。 (3) 大规模集成电路（Large Scale Integration，LSI） 大规模集成电路通常指含逻辑门数为1000门～9999门(或含元件数1000个～99999个)的电路。 (4) 超大规模集成电路（Very Large Scale Integration，VLSI） 超大规模集成电路通常指含逻辑门数大于10000 门(或含元件数大于100000个)的电路。 3. 根据电路的功能分 （1）门电路 与门/与非门、或门/或非门、非门等。 （2） 触发器 锁存器 R-S触发器、D触发器、J-K触发器等 （3） 编码器 译码器 二进制——十进制译码器、BCD—7段译码器等。 （4）计数器 二进制、十进制、N进制计数器等。 （5）运算电路 加/减运算电路、奇偶校验发生器、幅值比较器等。 （6） 时基 定时电路 单稳态电路 、延时电路等。 （7） 模拟电子开关 数据选择器 （8） 寄存器 基本寄存器、移位寄存器（单向、双向）。 （9） 存储器 RAM、ROM、E2PROM、Flash ROM等。 （10） CPU 对广大电子爱好者来说，最需要了解和掌握的为第1~8类中小规模集成电路的原理与应用，因此，本书按照该分类对第1~8类中常用的数字集成电路的基本工作原理及应用作比较详细地介绍。下面先介绍TTL 74系列和4000系列数字集成电路的型号组成及符号的意义。 二、 数字集成电路的命名 1. 数字集成电路型号的组成及符号的意义 数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。如表0—1所示为TTL 74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义。 1. TTL 74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义 表0—1 TTL74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义 第1部分 第2部分 第3部分 第4部分 第5部分 前缀 产品系列 器件类型 器件功能 器件封装形式、温度范围 符号 意义 符号 意义 符号 意义 符号 意义 54 军用电路 -55－ 125oC 标准电路 阿拉伯数字 器 件 功 能 W 陶瓷扁平 H 高速电路 B 塑封扁平 代表制造厂商 S 肖特基电路 F 全密封扁平 74 民用 通用电路 LS 低功耗肖特基电路 D 陶瓷双列直插 ALS 先进低功耗肖特基电路 P 塑封双列直插 AS 先进肖特基电路 2. 4000系列集成电路的组成及符号意义 4000系列CMOS器件型号的组成及符号的意义见表0—2。 表0—2 4000系列CMOS器件型号的组成及符号意义 第1部分 第2部分 第3部分 第4部分 型号前 缀的意 义 器件系列 器件种类 工作温度范围、封装形式 代表制造厂商 符号 意义 符号 意义 符号 意义 CD 美国无线电公司产品 40 45 产品 系列号 阿 拉 伯 数 字 器 件 功 能 C 0℃~70℃ CC 中国制造 E -40℃~85℃ TC 日本东芝公司产品 R -55℃~85℃ MC1 摩托罗拉公司产品 M -55℃~125℃ 举例说明如下： CT 74 LS 00 P （1） (2) (3) (4) (5) 封装形式 P：塑料双列直插封装 器件种类：四2输入与非门 器件系列：低功耗肖特基74TTL电路系列 产品系列 74系列 制造厂商 CT：国产TTL电路 CT74LS00P为国产的（采用塑料双列直插封装）TTL 四2输入与非门。 SN 74 S 195 J （1） (2) (3) (4) (5) 封装形式 J：陶瓷双列直插封装 器件种类：4位并行移位寄存器 器件系列：肖特基74TTL电路系列 产品系列 74系列 制造厂商 SN：美国TEXAS公司制造 SN74S195J为美国TEXAS公司制造的采用陶瓷双列直插封装的4位并行移位寄存器。 同一型号的集成电路原理相同，通常又冠以不同的前缀、后缀，前缀代表制造商（有部分型号省略了前缀），后缀代表器件工作温度范围或封装形式，由于制造厂商繁多，加之同一型号又分为不同的等级，因此，同一功能、型号的IC其名称的书写形式多样，如CMOS 双D触发器4013有以下型号： CD4013AD CD4013AE CD4013CJ CD4013CN CD4013BD CD4013BE CD4013BF CD4013UBD CD4013UBE CD4013BCJ CD4013BCN； HFC4013 HFC4013BE HCF4013BF HCC4013BD/BF/BK HEF4013BD/BP HBC4013AD/AE/AK/AF SCL4013AD/AE/AC/AF MB84013/M MC14013CP/BCP TC4013BP. 一般情况下，这些型号之间可以彼此互换使用。

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