簡單的CMOS數字集成電路介紹

今天介紹一些簡單出的集成電路，均為雙列直插（DIP）的封裝形式，分別是4011/4013/4069以及4017，前三個晶片有14個引腳，後面一個有16個引腳。引腳的識別順序是將集成電路正面擺放，有缺口的一端在上面，左上端的引腳為第一腳，左下端的最後一個引腳為電源正極，右上端為電源負極。

下面我們來分別介紹一下以上4種CMOS集成電路。

門電路

（1）4069（六反相器，也就是六個非門）

反相器是執行邏輯「非」，也就是反相功能的邏輯器件，反相器也可以稱為「非門」，如下圖所示。

4069晶片

反相器是執行邏輯「非」，也就是反相功能的邏輯器件，反相器也可以稱為「非門」，4069內封裝了6個反相器，這六個反相器功能一樣，如下圖所示。

非門電路圖符號

4069引腳功能排列示意圖

邏輯特點：

輸入端A為低電平「0」狀態時，輸出端Y為高電平「1」狀態；

輸入端A為高電平「1」狀態時，輸出端Y為低電平「0」狀態；

4069晶片真值表

（2）4011（四2輸入端與非門）

與非門，顧名思義，就是先執行「與」功能，再執行非功能。4011內部共封裝四個與非門，每個與非門均有兩個輸入端，1個輸出端。這四個與非門功能，參數一致，隨意使用，千萬不要接錯引腳，否則晶片可能被燒壞。

4011晶片實物圖

4011與非門電路圖形符號

4011引腳排列示意圖

與非門邏輯特點：

只有當輸入端全部為高電平「1」狀態時，輸出端才為低電平「0」狀態；在其他輸入狀態下，輸出端均為高電平「1」狀態。

4011晶片真值表

觸發器

觸發器與門電路一樣，都是邏輯電路，。門電路屬於組合邏輯電路，觸發器屬於時序邏輯電路。組合邏輯電路的特點是，電路的輸出狀態完全由該時刻的輸入狀態決定，輸入狀態發生變化，輸出狀態也隨著發生相應的變化。而時序邏輯電路的輸出狀態不僅僅取決於該時刻的輸入狀態，還與前一時刻的輸入狀態有關，它的狀態變化經常是藉助時鐘脈衝的「觸發」作用，因此，分析電路時必須考慮時鐘脈衝的各種有關因素，它的另一重要特點是具有記憶數碼（0或1）的功能。

觸發器是計數器、分頻器、移位寄存器等電路的基本單元電路之一，是這些電路的重要邏輯單元電路，在信號發生、波形變換、控制電路中也常常使用觸發器。常用的觸發器有D觸發器、J-K觸發器、R-S觸發器、施密特觸發器等，這裡我們介紹最常用的D觸發器——4013（雙D觸發器）。

4013實物圖

4013內部共有兩個D觸發器，這兩個觸發器的功能參數都是一樣的。

D觸發器的輸出狀態的改變依賴於時鐘脈衝的觸發作用，即在時鐘脈衝觸發時，輸入數據。D觸發器由時鐘脈衝上升沿觸發，置位和復位有效電平為高電平「1」。D觸發器通常用於數據鎖存或者控制電路中。

4013的工作過程是：

R=0,S=0,在CP脈衝上升沿的作用下，Q=D;R=0,S=1,無條件置位，Q=1，該狀態又稱「置1」；R=1,S=0,無條件復位，Q=0，該狀態又稱「置0」；R=0,S=0,CP=0，Q保持狀態不變。

4013晶片真值表

計數器

在數字電路中，計數器應用非常廣泛，它屬於計數器件，不僅用於 記憶脈衝個數，也用於分頻、定時、程序控制、邏輯控制等電路中、計數器品種較多，按計數單元更新狀態的不同，分為同步計數器和異步計數器兩大類。同步計數器各個計數單元電路共用一個時鐘，它們的狀態變化是同步進行的，因此它們具有工作頻率高、時間延遲小等優點，但要求CP時鐘脈衝的功率較大，電路較複雜、異步計數器各個計數單元不共用一個時鐘，後級的時鐘可以是前級的輸出。因此，異步計數器的優缺點正好與同步計數器相反。

計數器按計數形式可分為二進位、十進位、N進位、加/減計數器、可逆計數器等，這裡我們介紹常用的十進位計數器4017（十進位計數/分頻器）

4017晶片實物圖

4017引腳功能排列示意圖

4017晶片工作過程是：

RST=0、!EN=0時，計數脈衝從CP輸入，在脈衝上升沿的作用下計數；RST=0、CP=1時，計數脈衝從!EN輸入，在脈衝下降沿的作用下計數；RST=1時，無論CP、!EN為任何狀態，均無條件復位，此時，Q0=1，CP=0，!EN=0，輸出狀態不變化。4017每計數1次，Q0~Q9依次輸出高電平，且每次只有1個Q端保持高電平，該高電平持續到下一個計數脈衝到來為止。Q0~Q9端的變化，相當於把計數脈衝依次從Q0移到Q9，因此，它們起到了脈衝分配和計數作用。在計數到第5個脈衝時，進位輸出端CO由「1」變為「0」，待第10個計數脈衝來到時CO又由「0」變為「1」，即每計數10個脈衝，產生1個負跳變，由此可作為進位信號輸出。

4017晶片真值表

使用這四種晶片注意事項

使用「IC1A、IC1B...」的順序為集成電路編號，「IC1」表示是一個集成電路，後面的字母「A、B...」表示這個集成電路內部相同功能部件的序號，如1顆4069集成電路內部就包含了六個相同功能的反相器，1顆4013集成電路內部就包含了兩個相同功能的D觸發器。在一些電路實驗裡中，集成電路內部未能用到的門電路或觸發器，其輸入端應接高電平或低電平，而不要懸空，否則可能會因為輸入端的信號不確定而引入幹擾，影響數字電路的工作穩定性，這在實驗的裝配圖中也能看到，沒有使用的門電路或觸發器，其輸入端都接在高電平或低電平上。

先了解一下CMOS集成電路的基本原理，後面一些電路是圍繞CMOS集成電路展開延伸的。建議小夥伴多看看。