今天介绍一些简单出的集成电路,均为双列直插(DIP)的封装形式,分别是4011/4013/4069以及4017,前三个芯片有14个引脚,后面一个有16个引脚。引脚的识别顺序是将集成电路正面摆放,有缺口的一端在上面,左上端的引脚为第一脚,左下端的最后一个引脚为电源正极,右上端为电源负极。

下面我们来分别介绍一下以上4种CMOS集成电路。

门电路

(1)4069(六反相器,也就是六个非门)

反相器是执行逻辑“非”,也就是反相功能的逻辑器件,反相器也可以称为“非门”,如下图所示。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(1)

4069芯片实物图

反相器是执行逻辑“非”,也就是反相功能的逻辑器件,反相器也可以称为“非门”,4069内封装了6个反相器,这六个反相器功能一样,如下图所示。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(2)

4069引脚功能排列示意图

逻辑特点:

输入端A为低电平“0”状态时,输出端Y为高电平“1”状态;

输入端A为高电平“1”状态时,输出端Y为低电平“0”状态;

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(3)

4069芯片真值表

(2)4011(四2输入端与非门)

与非门,顾名思义,就是先执行“与”功能,再执行非功能。4011内部共封装四个与非门,每个与非门均有两个输入端,1个输出端。这四个与非门功能,参数一致,随意使用,千万不要接错引脚,否则芯片可能被烧坏。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(4)

4011芯片实物图

4011芯片里面有4个与非门电路,如下图所示。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(5)

4011引脚排列示意图

与非门逻辑特点:

只有当输入端全部为高电平“1”状态时,输出端才为低电平“0”状态;

在其他输入状态下,输出端均为高电平“1”状态。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(6)

4011真值表

触发器

触发器与门电路一样,都是逻辑电路,。门电路属于组合逻辑电路,触发器属于时序逻辑电路。组合逻辑电路的特点是,电路的输出状态完全由该时刻的输入状态决定,输入状态发生变化,输出状态也随着发生相应的变化。而时序逻辑电路的输出状态不仅仅取决于该时刻的输入状态,还与前一时刻的输入状态有关,它的状态变化经常是借助时钟脉冲的“触发”作用,因此,分析电路时必须考虑时钟脉冲的各种有关因素,它的另一重要特点是具有记忆数码(0或1)的功能。

触发器是计数器、分频器、移位寄存器等电路的基本单元电路之一,是这些电路的重要逻辑单元电路,在信号发生、波形变换、控制电路中也常常使用触发器。常用的触发器有D触发器、J-K触发器、R-S触发器、施密特触发器等,这里我们介绍最常用的D触发器——4013(双D触发器)。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(7)

4013实物图

4013内部共有两个D触发器,这两个触发器的功能参数都是一样的。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(8)

4013芯片引脚示意图

D触发器的输出状态的改变依赖于时钟脉冲的触发作用,即在时钟脉冲触发时,输入数据。D触发器由时钟脉冲上升沿触发,置位和复位有效电平为高电平“1”。D触发器通常用于数据锁存或者控制电路中。

4013的工作过程是:

R=0,S=0,在CP脉冲上升沿的作用下,Q=D;

R=0,S=1,无条件置位,Q=1,该状态又称“置1”;

R=1,S=0,无条件复位,Q=0,该状态又称“置0”;

R=0,S=0,CP=0,Q保持状态不变。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(9)

4013真值表

计数器

在数字电路中,计数器应用非常广泛,它属于计数器件,不仅用于 记忆脉冲个数,也用于分频、定时、程序控制、逻辑控制等电路中、计数器品种较多,按计数单元更新状态的不同,分为同步计数器和异步计数器两大类。同步计数器各个计数单元电路共用一个时钟,它们的状态变化是同步进行的,因此它们具有工作频率高、时间延迟小等优点,但要求CP时钟脉冲的功率较大,电路较复杂、异步计数器各个计数单元不共用一个时钟,后级的时钟可以是前级的输出。因此,异步计数器的优缺点正好与同步计数器相反。计数器按计数形式可分为二进制、十进制、N进制、加/减计数器、可逆计数器等,这里我们介绍常用的十进制计数器4017(十进制计数/分频器)

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(10)

4017芯片实物图

4017芯片内部共有一个计数器,如下图所示。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(11)

4017引脚功能排列示意图

4017芯片工作过程是:

RST=0、!EN=0时,计数脉冲从CP输入,在脉冲上升沿的作用下计数;

RST=0、CP=1时,计数脉冲从!EN输入,在脉冲下降沿的作用下计数;

RST=1时,无论CP、!EN为任何状态,均无条件复位,此时,Q0=1,CP=0,!EN=0,输出状态不变化。

4017每计数1次,Q0~Q9依次输出高电平,且每次只有1个Q端保持高电平,该高电平持续到下一个计数脉冲到来为止。Q0~Q9端的变化,相当于把计数脉冲依次从Q0移到Q9,因此,它们起到了脉冲分配和计数作用。在计数到第5个脉冲时,进位输出端CO由“1”变为“0”,待第10个计数脉冲来到时CO又由“0”变为“1”,即每计数10个脉冲,产生1个负跳变,由此可作为进位信号输出。

cmos集成电路的电压(简单的CMOS数字集成电路介绍)(12)

4017真值表

使用这四种芯片注意事项

使用“IC1A、IC1B...”的顺序为集成电路编号,“IC1”表示是一个集成电路,后面的字母“A、B...”表示这个集成电路内部相同功能部件的序号,如1颗4069集成电路内部就包含了六个相同功能的反相器,1颗4013集成电路内部就包含了两个相同功能的D触发器。在一些电路实验里中,集成电路内部未能用到的门电路或触发器,其输入端应接高电平或低电平,而不要悬空,否则可能会因为输入端的信号不确定而引入干扰,影响数字电路的工作稳定性,这在实验的装配图中也能看到,没有使用的门电路或触发器,其输入端都接在高电平或低电平上。

了解一下CMOS集成电路芯片的基本原理,积少成多,对学习数字逻辑电路有一定的帮助,建议小伙伴多看看,领悟之后可对相关电路进行学习正负电压转换电路项目

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