在(zài)早(zǎo)期的(dí)數字時代，邏(luó)輯(jí)門(mén)由(yóu)晶(jīng)體(tǐ)管(guǎn)和(hé)分立(lì)元件製成。巨大(dà)的(dí)空(kōng)間(jiān)占用(yòng)以及增加的(dí)熱量(liáng)散發問(wèn)題推(tuī)動了(liǎo)將電路封裝(zhuāng)在(zài)緊(jǐn)湊(còu)的(dí)集成電(diàn)路中(zhōng)的(dí)技(jì)術，以容納成(chéng)百上(shàng)千個邏(luó)輯(jí)電路(lù)。本(běn)文(wén)討(tǎo)論了最(zuì)重要(yào)的(dí)一些(xiē)集成(chéng)電(diàn)路，並介(jiè)紹(shào)了(liǎo)一些(xiē)實(shí)際(jì)用途。
集(jí)成電(diàn)路(IC)改變(biàn)了(liǎo)數字(zì)電(diàn)子(zǐ)產(chǎn)品(pǐn)，讓(ràng)緊(jǐn)湊，*且(qiě)可(kě)靠(kào)的設備的出(chū)現成為可能(néng)。這(zhè)些(xiē)IC為數字電子產品(pǐn)的(dí)發展做(zuò)出(chū)了重(zhòng)大(dà)貢獻(xiàn)，提供了(liǎo)大量(liáng)的的邏(luó)輯(jí)功(gōng)能和專用電路，並將其劃(huá)分為邏(luó)輯(jí)係(xì)列。邏輯係列(liè)是指(zhǐ)實現邏輯(jí)功能的(dí)一組(zǔ)IC。邏(luó)輯(jí)電(diàn)路(lù)通常由(yóu)相互連(lián)接(jiē)的(dí)邏(luó)輯(jí)門組(zǔ)成(chéng)，用於(yú)執(zhí)行(háng)AND(與(yǔ))，OR(或(huò))，NOT(非(fēi))，XOR(異(yì)或)，NAND(與(yǔ)非)，NOR(或非(fēi))等(děng)邏(luó)輯(jí)運(yùn)算(suàn)。
邏輯門不(bù)作為(wéi)單獨的元件(jiàn)銷售，而(ér)是包(bāo)含在(zài)或多或少的(dí)復雜集(jí)成(chéng)電路(lù)中(zhōng)。邏輯(jí)係(xì)列的(dí)特(tè)點是技(jì)術規格(gé)，包括電(diàn)源(yuán)電壓(yā)，開(kāi)關速(sù)度，功耗和(hé)噪(zào)聲(shēng)特(tè)性。每個邏輯係列都(dū)有其特殊性(xìng)，並(bìng)且(qiě)可(kě)以(yǐ)根據項目的(dí)需(xū)要在(zài)不(bù)同(tóng)的(dí)環境中(zhōng)使用。應(yīng)用(yòng)廣泛的(dí)一些邏(luó)輯(jí)係列(liè)是(shì)TTL(晶體(tǐ)管(guǎn)-晶(jīng)體(tǐ)管(guǎn)邏(luó)輯(jí))和CMOS(互(hù)補金屬氧(yǎng)化物(wù)半(bàn)導(dǎo)體)。當然還(huán)有一些其他的(dí)，這裏就不討論了。第(dì)一種被(bèi)稱為TTL，是(shì)因(yīn)為輸(shū)入和(hé)輸出級中都(dū)有晶體管(guǎn)。第二(èr)種被稱為CMOS，是(shì)因(yīn)為它使(shǐ)用MOSFET。這兩(liǎng)個邏(luó)輯係列因其(qí)製(zhì)造(zào)技術(shù)而(ér)有(yǒu)所(suǒ)不同(tóng)。TTL係列(liè)的電源(yuán)電壓為(wéi)5V，而(ér)CMOS係列的電源電壓(yā)在(zài)3V至(zhì)18V之間(jiān)。兩個係列(liè)之(zhī)間(jiān)各自(zì)邏輯值(真(zhēn)或(huò)假)的識別電壓電平也有所不(bù)同(tóng)。不(bù)過(guò)無論如何，避(bì)免(miǎn)上(shàng)一期(qī)文(wén)章中(zhōng)所(suǒ)分析(xī)的(dí)不確定性(xìng)區(qū)域(yù)始終是明(míng)智(zhì)的選擇(zé)。
這兩(liǎng)個(gè)邏輯係(xì)列(liè)具有不(bù)同(tóng)的(dí)特性(xìng)，設(shè)計人員必須(xū)提前了解這些特(tè)性，以及其電路(lù)所需的規格(gé)。
IC的型號(hào)眾多(duō)，不(bù)可(kě)能(néng)一(yī)一列(liè)舉。請注意，不(bù)同的(dí)IC將NAND，NOR，NOT等門(mén)封(fēng)裝在單(dān)個(gè)芯片(piàn)中(zhōng)。作(zuò)為(wéi)一個非常普(pǔ)通的(dí)示例，圖1顯(xiǎn)示了(liǎo)一(yī)些具有(yǒu)不同(tóng)輸(shū)入的AND門，具(jù)體分(fēn)類(lèi)如下(xià)：
- 7408：2輸(shū)入(rù)端(duān)四AND門
- 7411：3輸入(rù)端(duān)三(sān)AND門(mén)
- 7421：4輸入(rù)端(duān)雙AND門(mén)
- CD4073：3輸(shū)入(rù)端(duān)三AND門
- CD4082：4輸(shū)入端雙(shuāng)AND門(mén)。
對於一(yī)個電路來說，沒有(yǒu)必(bì)要使(shǐ)用IC中的所有邏輯門(mén)。邏(luó)輯IC設(shè)計有多個邏輯門(mén)，例如2輸入(rù)端(duān)四(sì)AND門或4輸(shū)入端雙AND門(mén)，但(dàn)這並不(bù)意味(wèi)著必(bì)須同時使(shǐ)用所有邏(luó)輯門(mén)。在(zài)設計電(diàn)路(lù)時，隻使用實現所需(xū)功(gōng)能需(xū)要的(dí)邏輯(jí)門(mén)。例如(rú)，如(rú)果需要實(shí)現雙輸(shū)入AND邏(luó)輯(jí)運算(suàn)，可以使(shǐ)用(yòng)IC的(dí)單(dān)個AND門(mén)，而不(bù)使(shǐ)用其他(tā)門。未(wèi)使用的(dí)輸入(rù)可(kě)以接(jiē)地(dì)。這(zhè)就提(tí)供了在將來(lái)需要時(shí)將(jiāng)其餘邏輯(jí)門(mén)用(yòng)於其(qí)他(tā)功(gōng)能的可能(néng)性(xìng)，而無需(xū)向電路(lù)添加(jiā)額外的(dí)外(wài)部(bù)元(yuán)件。為了(liǎo)理(lǐ)解邏輯IC的一(yī)般工作(zuò)原理，在上述前(qián)提假設(shè)以下係(xì)統(tǒng)。根(gēn)據圖(tú)2中的邏輯圖，隻(zhī)有當三(sān)個(gè)應答器都(dū)被激(jī)活時，配備電子(zǐ)鎖(suǒ)的房(fáng)屋(wū)前(qián)門才能打(dǎ)開。該(gāi)係統由(yóu)以(yǐ)下(xià)模(mó)塊(kuài)組成：- 三(sān)個(gè)NFC標簽和(hé)三(sān)個(gè)解碼器
- 處理(lǐ)三(sān)個(gè)輸(shū)入(rù)的邏(luó)輯(jí)電(diàn)路(lù)
有趣(qù)的是，要(yào)創建該電路(lù)不(bù)需(xū)要使(shǐ)用微(wēi)控製器(qì)，盡(jìn)管後者肯定(dìng)是一種更(gēng)先進(jìn)的解(jiě)決方案。微控製器(qì)是在邏(luó)輯(jí)門(mén)之(zhī)後發(fā)明(míng)的，因此對於(yú)簡單(dān)的電(diàn)路(lù)來說，自然是(shì)選擇使(shǐ)用邏輯(jí)IC。該設計存(cún)在著(zhuó)許多(duō)不(bù)同(tóng)的解決方(fāng)案(àn)。比較(jiào)好的(dí)解決(jué)方案(àn)是IC 7411(3輸(shū)入端三AND門)或CD4073(3輸入端三AND門)。該係(xì)統僅使(shǐ)用IC的一個AND門，而另外兩個沒有使用(yòng)(見(jiàn)圖3中的電路原(yuán)理圖(tú))。如(rú)前所述，建(jiàn)議將未使(shǐ)用(yòng)的輸(shū)入端(duān)接(jiē)地。三輸入(rù)AND端口的(dí)真值表(biǎo)預測(cè)，僅當所(suǒ)有(yǒu)三(sān)個輸入(rù)均(jūn)為邏輯1時(shí)，才會(huì)產生(shēng)輸(shū)出信號1。因此，所有門(mén)禁標簽(qiān)必須同時激(jī)活電(diàn)子鎖。如果卡片未(wèi)被(bèi)識別(bié)，相(xiāng)應的NFC解碼器必須(xū)能(néng)夠(gòu)發(fā)送(sòng)低邏輯(jí)信號(hào)；如(rú)果標(biāo)簽被正(zhèng)確識別(bié)和驗(yàn)證，則相(xiāng)應的NFC解(jiě)碼器必須能(néng)夠發(fā)送(sòng)高邏(luó)輯信(xìn)號。如(rú)圖(tú)所示，還(huán)提(tí)出(chū)了一種(zhǒng)僅涉及係統(tǒng)邏(luó)輯的(dí)可(kě)能(néng)的PCB實現方案。
與邏(luó)輯(jí)門相(xiāng)關的IC種(zhǒng)類繁多。拋開舊型號(hào)不談，當今(jīn)市場上的(dí)邏輯門(mén)速(sù)度極(jí)快且(qiě)性能，既有(yǒu)TTL類型，也有(yǒu)CMOS類型(xíng)。在此就(jiù)不一(yī)一(yī)列舉和解釋市場上(shàng)現有的所有類型(xíng)了。此外(wài)，還可根(gēn)據集成度和(hé)構(gòu)成不(bù)同邏輯(jí)門(mén)的(dí)內部(bù)元件對其進(jìn)行(háng)細(xì)分。設計(jì)人(rén)員(yuán)應仔(zī)細(xì)記錄各種現有(yǒu)型(xíng)號(hào)及其元件係(xì)列(liè)。
數字(zì)電子(zǐ)產(chǎn)品的IC是操(cāo)作(zuò)現代(dài)設(shè)備和數字係(xì)統的(dí)基礎。為滿(mǎn)足(zú)數字電子產品(pǐn)的多(duō)樣化需求，邏輯(jí)係(xì)列(liè)提供(gōng)了大(dà)量的解決方(fāng)案，並持續推動(dòng)數(shù)字電子(zǐ)產品(pǐn)領(lǐng)域的創新，使得功能越來越*，越(yuè)來越復(fù)雜(zá)，最(zuì)重要的(dí)是，設備(bèi)越來越(yuè)小(xiǎo)型(xíng)化。如(rú)果係(xì)統比(bǐ)較(jiào)簡單，設計者就不需(xū)要(yào)使用微控製器(qì)；隻需邏(luó)輯IC就足(zú)夠(gòu)了。
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