什么是數(shù)字集成電路IC？ 數(shù)字集成電路是指集成了一個(gè)或多個(gè)門電路的半導(dǎo)體元器件。數(shù)字集成電路擁有多個(gè)種類，根據(jù)用途不同，可分為如下幾類。 微處理器(microcomputer)： 進(jìn)行各種處理的集成電路 存儲(chǔ)器： 記錄數(shù)據(jù)的集成電路 標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC： 通過集成電路的組合實(shí)現(xiàn)各類功能的邏輯電路 專用邏輯IC： 特定用途集成電路，允許用戶設(shè)計(jì)自己專用的邏輯電路 標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC”是將邏輯電路的基本要素和可共通使用的功能集合于一體的小規(guī)模集成電路，是構(gòu)成邏輯電路的基本要素。 本期將著重講解“標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC”，學(xué)習(xí)數(shù)字IC的知識(shí)。 數(shù)字IC和標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC “標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC”的種類約有600多種，有最單純的邏輯電路IC，也有高功能的、含有邏輯運(yùn)算的IC。 大致可分為TLL集成電路與CMOS集成電路兩種。 TTL (Transistor-transistor logic) IC： 電路的主要部分由雙極性晶體管構(gòu)成，工作電壓為5V。 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) IC： 電路的主要部分是由P通道和N通道的MOSFET構(gòu)成的，工作電壓范圍比較大。 圖1：TTL IC 數(shù)字IC之間傳遞信號(hào)時(shí)，需要規(guī)定信號(hào)的“高（High）”、“低（low）”邏輯以及與其對應(yīng)的電壓。這種與邏輯對應(yīng)的電壓稱為邏輯電平。 不同的邏輯電平，將無法傳輸信號(hào)，還有可能損壞集成電路。 在TTL IC中，判斷標(biāo)準(zhǔn)如下： 輸入信號(hào)時(shí) 2.0V以上為“高（High）”，0.8V以下為“低（Low）” 輸出信號(hào)時(shí) 0.4V以下為“低（Low）”，2.4V以上“高（High）” 圖2：CMOS IC TTL IC就是根據(jù)規(guī)定的TTL接口標(biāo)準(zhǔn)制作的，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了輸入輸出電壓與邏輯之間的關(guān)系。因此，在TTL IC之間傳遞信號(hào)時(shí)，不需要考慮邏輯電平的問題。 但是，CMOS IC擁有許多系列，各個(gè)系列的邏輯電平各不相同。有時(shí)還會(huì)根據(jù)電源電壓發(fā)生變化。因此，需要根據(jù)邏輯電平進(jìn)行連接。 注意誤操作和扇出 在連接“標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC”時(shí)，需要考慮一個(gè)輸出最大可連接的IC數(shù)量。 在TTL IC中，可連接IC的數(shù)量受到輸出電流的限制，我們把允許連接的IC上限個(gè)數(shù)稱為扇出。只要想起TTL IC是由雙極性晶體管構(gòu)成的，就能容易地想象出開關(guān)切換時(shí)是需要電流的。TTL IC的扇出可以通過輸出電流除以輸入電流來求出（圖3）。需要注意的是如果連接的IC個(gè)數(shù)超過了扇出數(shù)，將無法保證輸出的邏輯電平。 圖3：TTL IC的扇出 由于CMOS IC的輸入引腳中幾乎沒有電流，因此無法根據(jù)電流計(jì)算它的扇出數(shù)。需要根據(jù)負(fù)載容量計(jì)算（圖4）。 在CMOS IC的數(shù)據(jù)表中，通過傳播延遲時(shí)間的測量方法明確記載了負(fù)載容量。如超過負(fù)載容量，傳播延遲時(shí)間將變長，可能引起誤操作，需要注意。 圖4：CMOS IC的扇出 輸出線之間連接，漏極開路 漏極開路是指不能輸出高電平(High)的FET(如圖A右圖)。在漏極開路的電路中，不存在通常CMOS IC輸出段（如圖A左圖）中和VCC相連的MOSFET，所以，無法輸出高電平。只能輸出Low或高阻抗（輸出端和電路是斷開的，是一個(gè)無法輸出電流和電壓的狀態(tài)）。 在高阻抗的情況下，由于輸出不穩(wěn)定，因此需要通過電阻和電源相連，把輸出端固定在High電平下使用。該電阻稱為上拉電阻。 由于上拉電阻連接的電壓不需要與電源電壓相同，因此可以連接邏輯電平不同的IC。 圖A：CMOS輸出與漏極開路輸出 組合邏輯電路 邏輯電路中，只通過輸入信號(hào)的組合方式?jīng)Q定輸出的邏輯電路稱作“組合邏輯電路”。 相反，內(nèi)部擁有記憶電路和同步電路，只通過輸入信號(hào)的組合無法決定輸出的邏輯電路被稱作“時(shí)序邏輯電路”。 本期只對前者“組合邏輯電路”進(jìn)行講解。