电子门工作原理

电子门工作原理

1. 引言 2. 组装数字设备的准备工作 3. 组装TTL门的设备 4. 为TTL芯片提供电源 5. 组装调节器 6. 使用布尔门 7. 动手组装数字设备

引言

如果您已阅读了博闻网有关布尔逻辑方面的文章，您就会知道数字设备取决于布尔门。也可以从该文章中了解到，一种实现门的方法是使用继电器。但是，现代计算机都不再使用继电器，它们使用的是“芯片”。

如果要使用布尔门和芯片进行试验，结果会怎样呢？如果要组装您自己的数字设备，结果又会怎样呢？结果表明，这些并不像想像的那么困难。在本文中，您将了解如何试验布尔逻辑文章中所讨论的各种门。我们将讨论从哪里购买部件、如何连接这些部件以及如何查看它们所完成的操作。在这一过程中，您将开启一扇通向全新技术领域的大门。

组装数字设备的准备工作

在布尔逻辑的应用一文中，我们了解了七种基本的门。这些门是所有数字设备的基本组成部分。我们还了解了如何将这些门组装成更高级的设备，如全加器。如果您要试验一下这些门，以便自己动手组装设备，最简便的方法是购买称为TTL芯片的部件，并快速在称为无焊电路试验板的设备上将电路连接在一起。我们简要介绍一下这一技术和过程，以使您能够真正组装好设备！

如果回顾一下计算机技术的发展历史，您就会发现所有计算机都是围绕布尔门进行设计的。但是，经过多年的发展，用于实现这些门的技术已发生了根本性变化。第一个电子门是使用继电器制造出来的。这种门的速度很慢，并且体积庞大。后来，电子管取代了继电器。电子管的速度要快得多，但体积仍然很庞大，并且还会受到电子管容易烧毁的问题的困扰（就像灯泡一样）。随着晶体管日趋完善（晶体管于1947年问世），计算机开始使用通过分立式晶体管制成的门。晶体管具有很多优点：比电子管或继电器的可靠性高、功耗低且尺寸小。这些晶体管是分立式设备，这意味着每个晶体管都是单独的设备。每个晶体管位于豌豆大小的金属上，并连接了三根导线。要制作一个门，可能需要三或四个晶体管以及一些电阻器和二极管。

在60年代早期，集成电路（IC）问世了。这意味着可以在一个晶片上集成晶体管、电阻器和二极管。这一发现导致了小规模集成电路（SSI）的出现。小规模集成电路通常由3平方毫米的晶片构成，上面蚀刻了大约20个晶体管和各种其他元件。典型的芯片可能包含四个或六个单独的门。这些芯片将计算机的尺寸缩小了大约100倍，使制造计算机变得容易得多。

随着芯片制造技术的改进，可以在单个芯片上集成越来越多的晶体管，从而导致了中规模集成电路（MSI）的出现，其中包含由多个门组成的简单元件，如全加器。然后出现了大规模集成电路（LSI），设计人员可以将简单微处理器的所有元件都放到单个芯片上。1974年，英特尔研制出 8080处理器，这是商业上第一个成功的单芯片微处理器。它是一个包含4,800个晶体管的大规模集成电路。从那时起到现在，超大规模集成电路（VLSI）又稳步提高了晶体管的数量。第一个奔腾处理器于1993年问世，它包含320万个晶体管，最新的芯片可能包含多达2000万个晶体管。

为了试验一下门，我们还是延用早期的小规模集成电路。 这些芯片在很多地方仍然有售，性能极其可靠且价格低廉。您可以逐个使用它们制作所需的某种设备，一次使用一个门。 我们将使用的芯片属于最常见的TTL系列（称为7400系列）。这一系列中可能有100种不同的SSI和MSI芯片，范围涵盖简单的和门以及完整的算术逻辑单元（ALU）。

7400系列芯片使用双列直插式封装（DIP）。如右图所示，DIP是一个小塑料包装，从中伸出 14、16、20 或24根小金属引线以提供到内部门的连接。使用这些门组装设备的最简便方法是将芯片放在无焊电路试验板上。通过使用电路试验板，您只需将接线端插入电路试验板的连接孔中，即可连接好这些部件。

无焊电路试验板

所有电子门都需要电源。TTL门使用5伏电源来保持运行。芯片对这一电压的要求是相当严格的，因此，每次使用TTL芯片时，我们都需要使用无波动的5伏稳压电源。某些其他芯片系列（如4000系列的CMOS芯片）对于所使用的电压就没有那么严格。CMOS芯片还有另外一个优点，即它们使用的能耗要小得多。但是，它们对静电非常敏感，从而使其可靠性下降，除非在无静电的环境中使用。因此，我们此处仍坚持使用TTL。

组装TTL门的设备

为了组装TTL门，您手头必须有一些设备部件。以下是需要购买的部件清单：

• 电路试验板
• 电压电阻计（也称为万用表）
• 逻辑探针（可选）
• 5伏稳压电源
• 一组用于试验的TTL芯片
• 几个用于查看