【与门芯片】要看懂电路图得先认识芯片原理作用

集成块(IC)是20世纪50年代后期160年代发展起来的新型半导体器件。

集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用 的，所以叫做运算放大器。它有十多个引脚，一般都用有 3 个端子的三角形符号表示，如下图 。它有两个输入端、 1 个输出端，上面那个输入端叫做反相输入端，用“ — ”作标记；下面的叫同相输入端，用“＋”作标记。

集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算，也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应用时有：

（ 1 ）带调零的同相输出放大电路

下图 是带调零端的同相输出运放电路。引脚 1 、 11 、 12 是调零端，调整 RP 可使输出端（ 8 ）在静态时输出电压为零。 9 、 6 两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端（ 5 ），因此输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输入端（ 4 ）。同相输入接法的电压放大倍数总是大于 1 的。

（ 2 ）反相输出运放电路

也可以使输入信号从反相输入端接入，如下图 。如对电路要求不高，可以不用调零，这时可以把 3 个调零端短路。输入信号从耦合电容 C1 经 R1 接入反相输入端，而同相输入端通过电阻R3 接地。反相输入接法的电压放大倍数可以大于 1 、等于 1 或小于 1 。

（ 3 ）同相输出高输入阻抗运放电路

下图 中没有接入 R1 ，相当于 R1 阻值无穷大，这时电路的电压放大倍数等于 1 ，输入阻抗可达几百千欧。

（ 1 ）门电路

门电路可以看成是数字逻辑电路中最简单的元件。目前有大量集成化产品可供选用。

最基本的门电路有 3 种：非门、与门和或门。非门就是反相器，它把输入的 0 信号变成 1 ， 1 变成 0 。这种逻辑功能叫“非”，如果输入是 A ，输出写成 P=A 。与门有 2 个以上输入，它的功能是当输入都是 1 时，输出才是1 。这种功能也叫逻辑乘，如果输入是 A 、 B ，输出写成 P=A·B 。或门也有2 个以上输入，它的功能是输入有一个 1 时，输出就是 1 。这种功能也叫逻辑加，输出就写成 P=A ＋ B 。

把这三种基本门电路组合起来可以得到各种复合门电路，如与门加非门成与非门，或门加非门成或非门。下图 是它们的图形符号和真值表。此外还有与或非门、异或门等等。

数字集成电路有 TTL 、 HTL 、 CMOS 等多种，所用的电源电压和极性也不同，但只要它们有相同的逻辑功能，就用相同的逻辑符号。而且一般都规定高电平为 1 、低电平为 0 。

（ 2 ）触发器

触发器实际上就是脉冲电路中的双稳电路，它的电路和功能都比门电路复杂，它也可看成是数字逻辑电路中的元件。目前也已有集成化产品可供选用。常用的触发器有 D 触发器和 J—K 触发器。D 触发器有一个输入端 D 和一个时钟信号输入端 CP ，为了区别在 CP 端加有箭头。它有两个输出端，一个是 Q 一个是 Q ，加有小圈的输出端是 Q 端。

另外它还有两个预置端 R D 和 S D ，平时正常工作时要 R D 和 S D 端都加高电平 1 ，如果使 R D =0 （ S D 仍为 1 ），则触发器被置成 Q=0 ；如果使 SD =0 （ R D =1 ），则被置成 Q=1 。因此 R D 端称为置 0 端， S D 端称为置 1 端。 D 触发器的逻辑符号见下图 ，图中 Q 、 D 、 SD 端画在同一侧； Q 、R D 画在另一侧。 R D 和 S D 都带小圆圈，表示要加上低电平才有效。

D 触发器是受 CP 和 D 端双重控制的， CP 加高D 触发器是受 CP 和 D 端双重控制的， CP 加高电平 1 时，它的输出和 D的状态相同。如 D=0 ， CP 来到后， Q=0 ；如 D=1 ， CP 来到后， Q=1 。 CP脉冲起控制开门作用，如果 CP=0 ，则不管 D 是什么状态，触发器都维持原来状态不变。这样的逻辑功能画成表格就称为功能表或特性表，见图 。表中 Qn+1 表示加上触发信号后变成的状态， Qn 是原来的状态。“ X ”表示是 0 或1 的任意状态。

有的 D 触发器有几个 D 输入端： D 1 、 D 2 … 它们之间是逻辑与的关系，也就是只有当 D 1 、 D 2 … 都是 1 时，输出端 Q 才是 1 。另一种性能更完善的触发器叫 J － K 触发器。它有两个输入端： J 端和 K端，一个 CP 端，两个预置端： R D 端和 S D 端，以及两个输出端： Q 和 Q 端。它的逻辑符号见图 。 J － K 触发器是在 CP 脉冲的下阵沿触发翻转的，所以在 CP 端画一个小圆圈以示区别。图中， J 、 S D 、 Q 画在同一侧， K 、R D 、 Q 画在另一侧。 J － K 触发器的逻辑功能见图 。有 CP 脉冲时（即 CP=1 ）： J 、 K 都为 0 ，触发器状态不变； Q n ＋ 1 =Qn ， J ＝ 0 、 K=1 ，触发器被置 0 ：Q n ＋ 1 =0 ； J=1 、 K=0 ， Q n+1 =1 ； J=1 、 K=1 ，触发器翻转一下：Q n ＋ 1 =Qn 。如果不加时钟脉冲，即 CP=0 时，不管 J 、 K 端是什么状态，触发器都维持原来状态不变： Q n ＋ 1 =Qn 。有的 J—K 触发器同时有好几个J 端和 K 端， J 1 、 J 2 … 和 K 1 、 K 2 … 之间都是逻辑与的关系。有的 J － K 触发器是在 CP 的上升沿触发翻转的，这时它的逻辑符号图的 CP 端就不带小圆圈。也有的时候为了使图更简洁，常常把 RD 和 S D 端省略不画。

编码器和译码器

能够把数字、字母变换成二进制数码的电路称为编码器。反过来能把二进制数码还原成数字、字母的电路就称为译码器。

（ 1 ）编码器

是一个能把十进制数变成二进制码的编码器。一个十进制数被表示成二进制码必须 4 位，常用的码是使从低到高的每一位二进制码相当于十进制数的 1 、 2 、 4 、 8 ，这种码称为 8 － 4 － 2 － 1 码或简称 BCD 码。所以这种编码器就称为“ 10 线 -4 线编码器”或“ DEC ／ BCD 编码器”。从图看到，它是由与非门组成的。有 10 个输入端，用按键控制，平时按键悬空相当于接高电平 1 。它有 4 个输出端 ABCD ，输出 8421 码。如果按下“ 1 ”键，与“ 1 ”键对应的线被接地，等于输入低电平 0 、于是门 D 输出为 1 ，整个输出成 0001 。如按下“ 7 ”键，则 B 门、 C 门、 D 门输出为 1 ，整个输出成 0111 。

如果把这些电路都做在一个集成片内，便得到集成化的 10 线 4 线编码器，它的逻辑符号见图 （ b ）。左侧有 10 个输入端，带小圆圈表示要用低电平，右侧有 4 个输出端，从上到下按从低到高排列。使用时可以直接选用。

（ 2 ）译码器

要把二进制码还原成十进制数就要用译码器。它也是由门电路组成的，现在也有集成化产品供选用。图 是一个 4 线 —10 线译码器。它的左侧为 4 个二进制码的输入端，右侧有 10 个输出端，从上到下按 0 、 1 、 …9 排列表示 10 个十进制数。输出端带小圆圈表示低电平有效。平时 10 个输出端都是高电平 1 ，如输入为 1001 码，输出“ 9 ”端为低电平 0 ，其余 9 根线仍为高电平 1 ，这表示“ 9 ”线被译中。

如果要想把十进制数显示出来，就要使用数码管。现以共阳极发光二极管（ LED ）七段数码显示管为例，见下图 。它有七段发光二极管，如每段都接低电平 0 ，七段都被点亮，显示出数字“ 8 ”；如 b 、 c 段接低电平 0 ，其余都接 1 ，显示的是“ 1 ”。可见要把十进制数用七段显示管显示出来还要经过一次译码。如果使用“ 4 线 —7 线译码器”和显示管配合使用，就很简单，输入二进制码可直接显示十进制数， 译码器左侧有 4 个二进制码的输入端，右侧有 7 个输出可直接和数码管相连。左上侧另有一个灭灯控制端 I B ，正常工作时应加高电平 1 ，如不需要这位数字显示就在 I B 上加低电平 0 ，就可使这位数字熄灭。

（ 1 ）寄存器

能够把二进制数码存贮起来的的部件叫数码寄存器，简称寄存器。图 是用 4 个 D 触发器组成的寄存器，它能存贮 4 位二进制数。 4 个 CP 端连在一起作为控制端，只有 CP=1 时它才接收和存贮数码。 4 个 R D 端连在一起成为整个寄存器的清零端。如果要存贮二进制码 1001 ，只要把它们分别加到触发器D 端，当 CP 来到后 4 个触发器从高到低分别被置成 1 、 0 、 0 、 1 ，并一直保持到下一次输入数据之前。要想取出这串数码可以从触发器的 Q 端取出。

（ 2 ）移位寄存器

有移位功能的寄存器叫移位寄存器，它可以是左移的、右移的，也可是双向移位的。下图 是一个能把数码逐位左移的寄存器。它和一般寄存器不同的是：数码是逐位串行输入并加在最低位的 D 端，然后把低位的 Q 端连到高一位的 D 端。

这时 CP 称为移位脉冲。 先从 R D 端送低电平清零，使寄存器成 0000 状态。假定要输入的数码1001 ，输入的次序是先高后低逐位输入。第 1 个 CP 后， 1 被打入第 1 个触发器，寄存器成 0001 ；第 2 个 CP 后， Qo 的 1 被移入 Q 1 ，新的 0 打入D 1 ，成为 0010 ；第 3 个 CP 后，成为 0100 ；第 4 个 CP 后，成为 1001 。可见经过 4 个 CP ，寄存器就寄存了 4 位二进制码 1001 。目前已有品种繁多的集成化寄存器供选用。