电平转换 74HC & 74LS

 

 

TTL电路与CMOS电路的接口)

 

电路设计时,你可以不懂集成电路的内部结构,但是初学者必须掌握电平转换设计理论及其基本方法,否则,你的电路将“罢工”。以下主要是参考阎石教授主编的《数字电子技术基础》编辑的,最后一部分我写了一点实际工作中遇到的电平匹配案例。希望此文对初学者有所帮助。

无论是TTL电路驱动CMOS电路还是CMOS电路驱动TTL电路,驱动门必须为负载门提供合乎标准的高、低电平和足够的驱动电流,也就是必须满足下列各式(表1

驱动门          负载门

V(OH(min)) V(IH(min))

V(OL(max)) V(IL(max))

 I(OH(max))  n I(IH(max))

 I(OL(max))  m I(IL(max))

其中nm分别为负载电流中I(IH)IIL)的个数。

为便于比较对照,下表中列出了TTLCMOS两种电路输出电压、输出电流、输入电压、输入电流的参数。(表2

 

TTL

74系列

TTL

74LS系列

CMOS*

4000系列

高速CMOS

74HC系列

高速CMOS

74HCT系列

VOH(min)/V

2.4

2.7

4.6

4.4

4.4

VOL(max)/V

0.4

0.5

0.05

0.1

0.1

IOH(max)/mA

-0.4

-0.4

-0.51

-4

-4

IOL(max)/mA

16

8

0.51

4

4

VIH(min)/V

2

2

3.5

3.5

2

VIL(max)/V

0.8

0.8

1.5

1

0.8

IIH(max)/uA

40

20

0.1

0.1

0.1

IIL(max)/mA

-1.6

-0.4

-0.0001

-0.0001

-0.0001

*CC4000系列CMOS门电路在VDD=5V时的参数。

 

一.        TTL电路驱动CMOS电路

1.用TTL电路驱动4000系列和74HC系列CMOS电路

从上表中的数据可以看出,无论是74系列TTL电路做驱动门还是74LS系列TTL电路做驱动门,都能在nm大于1的情况下满足

V(OL(max)) V(IL(max))I(OH(max))  n I(IH(max))I(OL(max))  m I(IL(max)),但是不满足V(OH(min)) V(IH(min))。所以,必须将TTL电路输出高电平提升到3.5V以上。

最简单的解决方法是在TTL电路的输出端与电源之间接入上拉电阻R.

CMOS电路的电源电压较高时,它所要求的VIH(min)值将超过推拉式输出结构TTL电路输出端能够承受的电压。例如CMOS电路在VDD=15V时,要求VIH(min)=11V。因此,TTL电路输出的高电平必须大于11V。在这种情况下,应采用集电极开路输出结构的TTL门电路(OC门)作为驱动门。OC门输出端三极管的耐压较高,可达30V以上。

另一种解决方法是使用带电平偏移的CMOS门电路实现电平转换。

2.用TTL电路驱动74HCT系列CMOS门电路

为了能方便地实现直接驱动,又生产了74HCT系列高速CMOS电路。通过改进工艺和设计,使74HCT系列的VIH(min)值降至2V。由表2可知,将TTL电路的输出直接接到74HCT系列电路的输入端时,表2中的所有式全满足。

二.        CMOS电路驱动TTL电路

1.  4000系列CMOS电路驱动74系列TTL电路

由表2中的数据可知,表1中的前三个式子均满足,唯独第四个式子满足不了,因此,需要扩大CMOS门电路输出低电平时吸收负载电流的能力。常用的方法如下:

第一种方法:将同一封装内的门电路并联使用。

第二种方法:在CMOS电路的输出端增加一级CMOS驱动器,例如可以选用同相输出的驱动器CC4010,当VDD=5V时它的最大负载电流IOL3.2mA,足以同时驱动两个74系列的TTL门电路。此外,也可以选用漏极开路的CMOS驱动器,如CC40107VDD=5V时,CC40107输出低电平时的负载能力为IOL16mA, 能同时驱动十个74系列的TTL门电路。

第三种方法:使用分立器件的电流放大器实现电流扩展。

2 4000系列CMOS电路驱动74LS系列TTL电路

从表2可以看出,表1中的各式均满足。所以可将CMOS电路的输出与74LS系列门电路的输入直接连接。但如果n>1,则仍需要采用上面讲到的这些方法才能连接。

3.用74HC/74HCT系列CMOS电路驱动TTL电路

根据表2的数据可知,无论负载门是74系列TTL电路还是74LS系列TTL电路,都可以直接用74HC74HCT系列CMOS门驱动。可驱动负载门的数目可从表2中的数据求出。

 

 

74HC253 双4选1数据选择器(三态) 74HC257 四2选1数据选择器(三态) 74HC259 8位可寻址锁存器 74HC266 四2输入异或非门(OC) 74HC273 八D型触发器(带清除端) 74HC279 四R—S锁存器 74HC280 9位奇偶数产生器/校验器 74HC283 4位二进制全加器(带超前进位) 74HC298 4位2选1数据选择器 74HC365 六缓冲器/总线驱动(同相) 74HC366 六缓冲器/总线驱动(反相) 74HC367 六缓冲器/总线驱动(同相) 74HC368 六缓冲器/总线驱动(反相) 74HC373 八D触发器(三态) 74HC374 八D触发器(三态) 74HC377 八D触发器 74HC386 四2输入异或门 74HC390 双4位十进制计数器 74HC393 双4位二进制计数器(异步清除) 74HC540 八缓冲器/总线驱动器 74HC541 八缓冲器/总线驱动器 74HC573 八D锁存器(三态) 74HC574 八D锁存器(三态) 74HC589 8位输入锁存输出移位寄存器 74HC595 8位输出锁存移位寄存器 74HC688 8位数值比较器/等值检测器 74HC4002 从4输入或非门 74HC4015 双4位串入并出移位寄存器 74HC4017 十进制计数器/分配器 74HC4040 12位二进制串行计数器 74HC4046 锁相环 74HC4049 六缓冲器/电平变换器(反相) 74HC4050 六缓冲器/电平变换器(同相) 74HC4051 单8通道模拟开关 74HC4052 双4通道摸拟开关 74HC4053 三2通道模拟开关 74HC4060 14位二进制串行计数器 74HC4066 四双向模拟开关 74HC4520 双二进制加法计数器 74HC4538 双精密单稳态触发器 74HC4543 7段锁存/译码/驱动器 74HC4551 四2通道模拟开关 74HC132 四2输入与非施密特触发器 74HC138 3—8线译码器/多路转换74HC139 双2—4线译码器/多路转换74HC145 BCD—十进制译码器/驱动器 74HC147 10—4线BCD优先编码器 74HC148 8选1数据选择器 74HC151 双4选1数据选择器 74HC153 4—16线多路分配器 74HC154 4—16线多路分配器 74HC155 双2—4线多路分配器 74HC156 双2—4线多路分配器 74HC157 四2选1数据选择器 74HC158 四2选1数据选择器 74HC160 同步BCD十进制计数器 74HC161 同步4位二进制计数器 74HC162 同步十进制计数器(同步清除) 74HC163 4位二进制计数器(同步清除) 74HC164 8位移位寄存器(并入并出) 74HC165 8位移位寄存器(并入串出) 74HC166 8位移位寄存器(串并入串出) 74HC173 4位D型寄存器(三态) 74HC174 六D型触发器(带清除端) 74HC175 四D型触发器(带清除端) 74HC181 运算器/函数发生器 74HC182 超前进位发生器 74HC190 BCD十进制同步可逆计数器 74HC191 4位二进制同步可逆计数器 74HC192 BCD十进制同步可逆计数器 74HC193 4位二进制同步可逆计数器 74HC194 4位双向通用移位寄存器 74HC195 4位并行存取移位寄存器 74HC221 双单稳态多谐振荡器 74HC237 3—8线译码器(带地扯锁存) 74HC238 3—8线译码器/多路分配器 74HC240 八缓冲器/驱动器/接收器 74HC241 八缓冲器/驱动器/接收器 74HC242 四总线收发器(三态、反相) 74HC243 四总线收发器(三态、同相) 74HC244 八缓冲器/驱动器/接收器 74HC245 八总线收发器(三态) 74HC251 8选1数据选择器(三态) 74HC00 四2输入与非门 74HC02 四2输入或非门 74HC04 六反相器 74HC05 六反相器(OC) 74HC08 四2输入与门 74HC09 四2输入与门(OC) 74HC10 三3输入与非门 74HC11 三3输入与门 74HC14 六反相器(施密特触发) 74HC20 双4输入与非门 74HC21 双4输入与门 74HC27 三3输入或非门 74HC30 8输入与非门 74HC32 四2输入或门 74HC42 BCD—十进制译码器 74HC5
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