芯片和分立器件介绍

2.1 简述
有必要对以下系列的芯片和分立器件进行介绍。
除了单片机作为控制器的核心外,作为一个产品,由很多东西构成;所以,在讲系统之前,先将这些零零碎碎的东西一并交待。就好像一栋房子,有各种各样的构件组成,下面的这些东东就像砖瓦一样,没有不行。
2.2 74系列芯片
74系列的芯片是古老的一族,大部分的芯片现在均已不用了,但是,实际上,在目前的系统中,还能看到一些芯片,有些芯片现在还在系统中使用,例如:
1、 7404 – 6个反相门
将输入的TTL逻辑反相,如:0-1,1-0
2、 7407 – 6个集电极开路门
由于集电极开路门可以外接高电压,可以最高到DC30V,电流最大到39mA,通常我用它驱动8字数码管和继电器等大电流的负载;开路门内部结构是达林顿管的,输出的逻辑是正的;
与其类似的芯片是7406,只不过是反相开路门。
3、 74LS573与74LS373 – 8 数据锁存器
引入几个概念:
a. 真值表
真值表,表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。
每个芯片的数据手册(datasheet)中都有真值表。
布尔逻辑比较简单,在此不赘述;
b. 高阻态
就是输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态;在这种状态下,可以多个芯片并联输出;但是,这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态,否则会将芯片烧毁;
高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。
c. 数据锁存
当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持;
这个概念在并行数据扩展中经常使用到。
d. 数据缓冲
加强驱动能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。
OE:output_enable,输出使能;
LE:latch_enable,数据锁存使能,latch是锁存的意思;
Dn:第n路输入数据;
On:第n路输出数据;
4、 74LS244 – 数据缓冲器
数据输出能力比较强,输出电流可以到40mA以上;
4个缓冲器分成2组,具有高阻态控制端口
5、 74LS245 – 总线缓冲器
双向数据接口,通常在ISA板卡上可以看到;
早期的51系统中,为了扩展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等经常可以看到这个片子;
为了增强驱动能力,有时是为了隔离输入和输出,主要是布线方便,象74LS573一样,输入、输出在一侧,经常用到这个片子
6、 74LS138 – 三-八译码器
在早期的51系统的扩展中,作为地址选通的片子,可以经常看到。
另外一个类似的芯片是74LS154,是4-16译码器,现在更是少见了。
有兴趣的可以研究一下何立民的经典著作中的有关章节。
知道有这么一个芯片就可以了。
2.3 CD4000系列
CD4000系列的芯片,除了跟74系列的电气特性有所区别外,例如:
1) 电压范围宽,应该可以工作在3V~15V,输入阻抗高,驱动能力差外,跟74系列的功能基本没有区别;
2) 输入时,1/2工作电压以下为0,1/2工作电压以上为1;
3) 输出时,1=工作电压;0=0V
4) 驱动能力奇差,在设计时最多只能带1个TTL负载;
5) 如果加上拉电阻的话,至少要100K电阻;
6) 唯一现在使用的可能就是计数器,CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数/分频器,这个74系列的做不到这么高;
2.4 ULN2003/ULN2008
它的内部结构也是达林顿的,专门用来驱动继电器的芯片,甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC
电流200MA,饱和压降VCE 约1V左右,耐压BVCEO
约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出,输出电流大,故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件,也
可直接驱动低压灯泡。
经常在工控的板卡中见到这个芯片。
有个完全一样的型号:MC1413,不过现在好像不怎么见到这个型号了,但是管脚与2003完全兼容。
ULN2003可以驱动7个继电器;ULN2008驱动8个继电器。
2.5 光耦
光耦是做什么用的呢?
光耦是用来隔离输入输出的,主要是隔离输入的信号。
在各种应用中,往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器,如果直接将这些信号接到单片机的I/O上,有以下的问题:
1) 信号不匹配,输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号;
2) 比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等,不经过隔离不可靠。
所以,需要光耦进行隔离,接入单片机系统。
常见的光耦有:
1) TLP521-1.htmlTLP521-1/ TLP521-2.htmlTLP521-2/ tlp521-4,分别是1个光耦、2个光耦和4个光耦,HP公司和日本的东芝公司生产。
发光管的工作电流要在10mA时,具有较高的转换速率;
在5V工作时,上拉电阻不小于5K,一般是10K;太小容易损坏光耦;
2) 4N25/4N35,MOTOROLA公司生产
隔离电压高达5000V;
3) 6N136,HP公司生产
要想打开6N136,需要比较大的电流,大概在15~20mA左右,才能发挥高速传输数据的作用。
如果对速率要求不高,其实TLP521-1也可以用,实际传输速率可以到19200波特率。
选择光耦看使用场合,TLP521-1是最常用的,也便宜,大概0.7~1元;
要求隔离电压高的,选用4N25/4N35,大概在3元左右;
要求在通讯中高速传输数据的,选用6N136,大概在4元左右。
光耦除了隔离数字量外,还可以用来隔离模拟量。将在今后的章节中描述。
2.6 三极管
2.6.1 三极管的4种工作状态
1) 饱和导通状态 饱和导通=0
2) 截止状态 饱和导通=1
3) 线性放大状态 作为低频放大器时使用,具体的可参见有关电子线路的书籍;
4) 非线性工作状态
在无线电通信系统中,作为混频器等使用。具体的可参见有关电子线路的书籍;
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