【導讀】在前面的芝識課堂中，我們跟大家簡(jiǎn)單介紹了邏輯IC的基本知識和分類(lèi)，并且特別提到CMOS邏輯IC因為成本、系統復雜度和功耗的平衡性很好，因此得到了最廣泛應用，同時(shí)也和大家一起詳細了解了CMOS邏輯IC的基本操作。邏輯IC作為一種對一個(gè)或多個(gè)數字輸入信號執行基本邏輯運算以產(chǎn)生數字輸出信號的半導體器件，其應用也是非常豐富的，今天就來(lái)和芝子一起了解一下吧。
首先我們要明確的是CMOS邏輯IC大致包括兩種邏輯，即組合邏輯和時(shí)序邏輯。其中組合邏輯是輸出僅為當前輸入的純函數邏輯電路類(lèi)型，主要包括反相器、緩沖器、雙向總線(xiàn)緩沖器、施密特觸發(fā)器裝置、解碼器、多路復用器、模擬多路復用器／多路分解器、模擬開(kāi)關(guān)等；時(shí)序邏輯是一種其輸出取決于先前輸入值的順序，并由當前輸入（如控制信號觸發(fā)器、鎖存器、計數器、移位寄存器等）控制的邏輯電路類(lèi)型。組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的區別體現在輸入輸出關(guān)系、有無(wú)存儲（記憶）單元、結構特點(diǎn)上。
首先我們以幾個(gè)簡(jiǎn)單的電路部分為例，來(lái)介紹組合邏輯電路的基本情況。
1 反相器
組合邏輯應用中比較常見(jiàn)的是反相器（以74VHC04為例），是一種輸出（Y）與輸入（A）相反的邏輯門(mén)，如圖1所示。
圖1 逆變器的操作
2 緩沖器
緩沖器（例如74VHC244），緩沖器增加驅動(dòng)能力以增加可連接的信號線(xiàn)的數量，并執行波形整形。緩沖區不執行邏輯操作，示意圖如圖2。
圖2 緩沖器的操作
3 雙向總線(xiàn)緩沖器（收發(fā)器）
雙向總線(xiàn)緩沖器（收發(fā)器），比如74VHC245。雙向總線(xiàn)緩沖器（收發(fā)器）是一種其I/O引腳可配置為輸入和輸出以接收和發(fā)送數據的邏輯電路。由于收發(fā)器允許通過(guò)控制信號（DIR）更改信號方向，所以它沿著(zhù)總線(xiàn)傳輸，雙向傳輸數據。圖3顯示了收發(fā)器的應用示例。雙向使用總線(xiàn)信號時(shí)，將總線(xiàn)輸入和總線(xiàn)輸出都通過(guò)上拉電阻連接到VCC或GND，以防止在控制信號（DIR）切換信號時(shí)輸入信號變?yōu)殚_(kāi)路（未定義）。切換信號時(shí)請注意不要將輸出與總線(xiàn)輸出短路。
圖3 雙向總線(xiàn)緩沖器的應用示例
我們來(lái)看一下圖3這個(gè)系統的邏輯情況，通過(guò)在／G為高電平時(shí)更改DIR的值，可以輕松更改A和B引腳的方向。／G為高電平時(shí)，更改DIR的值和外部數據的方向。在周期#0，數據從B傳輸到A。在周期#1，A引腳處于高Z狀態(tài)。因此，輸出數據無(wú)效。在周期#2，更改DIR的值和外部數據的方向。在周期#3，啟用A和B引腳。然后，輸出數據在周期#4開(kāi)始時(shí)保持穩定。在周期#4，數據從A傳輸到B。詳細輸入和輸出邏輯關(guān)系如圖4所示。
圖4 雙向總線(xiàn)緩沖器的邏輯示意
4 施密特觸發(fā)器
我們再看一個(gè)特別的示例，施密特觸發(fā)裝置（以VHC14為例）。施密特觸發(fā)裝置在兩個(gè)輸入閾值電壓之間有一個(gè)磁滯帶。圖5顯示了具有輸入閾值滯后的施密特反相器的輸入和輸出波形。對于具有磁滯的IC，正向閾值電壓（VP）不同于負向閾值電壓（VN）。對于緩慢上升或下降的輸入，輸入閾值滯后（VH）有助于穩定輸出。即使存在輸入噪聲或電源或噪聲引起的接地反彈的情況下，IC也不會(huì )產(chǎn)生錯誤輸出，除非噪聲或反彈超過(guò)磁滯寬度。
圖5 施密特反相器的輸入和輸出波形
5 解碼器
解碼器也是一種典型的組合邏輯電路，我們以VHC138為例進(jìn)行邏輯解讀。解碼器將N個(gè)編碼輸入的二進(jìn)制信息轉換為最多2N個(gè)獨特輸出。它通常用于增加端口數量和生成芯片選擇信號。圖6顯示了3對8解碼器（即具有三個(gè)輸入和八個(gè)輸出的解碼器）的邏輯符號、真值表和時(shí)序圖。
圖6 3對8解碼器的邏輯符號和真值表以及時(shí)序圖
圖7則顯示如何使用3對8解碼器從三個(gè)輸入（A、B和C）生成八個(gè)芯片選擇信號。當A、B和C都為低電平時(shí)，只有／Y0輸出提供邏輯低電平，所以選擇IC0。圖7表明，通過(guò)三個(gè)輸入的組合，可以從最多八個(gè)芯片中選擇任意芯片。
圖7 3至8解碼器的時(shí)序圖
今天的芝識課堂，我們帶大家了解了幾種典型電路單元的對應邏輯關(guān)系，在下面的芝識課堂中，我們將繼續跟大家分享CMOS邏輯IC的基礎知識，敬請期待。
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