第五节　接口电路

一、接口电路简介

为了发挥各类逻辑门电路的特点，在数字系统中往往采用不同类型的逻辑门电路，以实现数字系统的最佳配合。例如，某些电路部分需要高速TTL门电路，而另一部分需要低功耗、抗干扰能力强的CMOS门电路。由于不同类型的逻辑电路有着不同的输入电平及输入电流值，所以必须插入接口电路，以保证各逻辑电路能正常工作。

无论是TTL电路驱动CMOS电路，还是CMOS电路驱动TTL电路，应考虑三个问题：第一是驱动门的输出电平与负载门的输入电平是否匹配；第二是驱动门能否为负载门提供足够的输入电流；第三是前级电路与后级电路之间的隔离问题。能解决这类问题的电路称为接口电路。

1.TTL电路驱动CMOS电路

TTL电路的驱动电流大，而CMOS电路的输入阻抗高，所以在正常情况下TTL电路驱动CMOS电路是完全可以的，这时的接口电路主要是解决电平匹配问题。图1-56所示为TTL与非门电路驱动CMOS电路常用的几种接口方式。

在图1-56（a）中，TTL和CMOS电路的电源相同，可直接相连。但TTL的输出高电平UOH≥2.4V，不能满足CMOS的输入高电平UIH≥3.5V的要求，解决的办法是在TTL输出端和电源之间接一个上拉电阻（2～6kΩ），可将TTL的输出高电平提到5V。目前生产的74HCT系列CMOS电路，其输入高电平UIH降到2V，完全可以直接对接。在图1-56（b）中，CMOS电路的电源大于5V，此时可采用OC门作为接口电路，将上拉电阻接到+VDD处，使OC门的输出电平值与CMOS电路的输入电平值一致。在图1-56（c）中，用反相器作为接口电路，实现电平转换。在图1-56（d）中，采用了双电源供电的电平转换器CC40109，电源分别接+VDD和+VCC，实现电平转换。

2.CMOS电路驱动TTL电路

CMOS电路驱动TTL电路时，主要考虑怎样降低电平和CMOS能够提供驱动TTL的负载电流的问题。图1-57是CMOS电路驱动TTL电路常用的接口方式。

在图1-57（a）中，CMOS电路的电源为+5V时，可用CC4000系列的CMOS电路直接驱动一个74LS系列的TTL电路。如驱动多个TTL电路，则可用74HC或74HCT的CMOS电路，直接驱动74系列或74LS系列的TTL电路。在图1-57（b）中，在CMOS电路的输出级增加一级CMOS驱动器CC40107，可同时驱动10个74系列的TTL电路。若采用CC4049（反相）或CC4010（同相）驱动器，可驱动两个74系列的TTL电路。在图1-57（c）中，采用三极管电流放大的反相器作为缓冲级，实现电平移动及增加驱动电流。在图1-57（d）中，将同一芯片内两个相同的CMOS电路并联使用，以扩大输出低电平时的带负载能力。

3.门电路和其他电路的连接

实际应用中，门电路所带的负载种类很多，常见的有以下几种：

（1）门电路与LED的连接

门电路与LED的连接要考虑门电路的驱动能力、LED的工作电流。一般情况下，CMOS门电路比TTL门电路的驱动力要差。门电路与LED的电路连接方式如图1-58所示。

因LED的工作电流较小，可用TTL门直接驱动，如图1-58（a）所示。这种下拉式的驱动方式，在TTL输出高电平时，LED亮。同样也可以用上拉式的驱动方式，将LED接在电源与TTL输出端之间，此时，LED在TTL输出低电平时亮。如TTL的输出电流不能满足LED的要求时，可增加电流放大器驱动LED，如图1-58（b）所示。在用CMOS电路作为驱动门时，同样要增加电流放大器，如图1-58（c）所示。

（2）门电路与继电器的连接

门电路与继电器的连接因继电器种类不同，所以，采用的接口也不相同。图1-59（a）为TTL电路驱动继电器的连接方式，当Y为高电平时，V1饱和导通，继电器KA吸合，常开触点闭合，灯亮，VD为续流二极管。图1-59（b）为CMOS电路驱动继电器的连接方式，工作原理与TTL电路相同。

（3）光耦合器的连接

在许多场合中，有时需要将低压的控制电路与高压主电路在电气上进行隔离，这就需要在它们之间插入接口电路，光耦合器是一种理想的接口电路。图1-60是晶闸管触发电路与主电路的接口电路（有关晶闸管的内容，将在后续课程内介绍）。

触发控制信号A、B经过与非门后，输入光耦合器（TI117），光耦合器将电信号转换成光信号，再经放大电路去控制晶闸管。当控制信号A、B使与非门输出为低电平时，光电二极管亮，在光激发下使光电三极管导通，放大电路输出信号，晶闸管就能触发导通。

二、TTL和CMOS电路在使用中应注意的问题

1.TTL门电路在使用中应注意的问题

（1）多余输入端的处理

对多余输入端处理的原则是不改变电路的逻辑功能和电路的可靠性。一般不宜用悬空办法处理，除非在干扰信号很小时才可采用悬空。对多余输入端有以下几种处理方法：

①并联使用。将多余输入端和已用输入端并联，如图1-61（a）所示。但这种方法会影响前级负载并增加输入电容，降低工作速度。

②将多余输入端接电源或接地。这种方法较为可取，如图1-61（b）、（c）所示。对TTL与非门，则将多余输入端接电源，当电源电压较高时，可通过上拉电阻接电源；对TTL或非门，则将多余输入端接地。

（2）TTL门电路在使用中应注意的问题

TTL门电路的输入端不能直接与高于+5.5V的电源连接，防止过电流烧损器件。除三态门和OC门外，输出端不允许并联使用。系统连线不宜过长，防止引入干扰信号，整个装置应有良好的接地。插件板上的电源部分要并联去耦电容，防止尖峰电流产生的干扰。

2.CMOS门电路在使用中应注意的问题

（1）多余输入端的处理

CMOS的栅极与衬底之间绝缘，其输入阻抗很高，易受外界干扰的影响，所以，CMOS电路多余输入端不能悬空。其处理办法同TTL。

（2）防止静电击穿

因CMOS输入阻抗很高，静电感应会造成电荷堆积，引起感应高电压击穿绝缘层，造成器件永久性损坏。为防止静电损坏，使用CMOS门电路时应注意如下的安全措施：

①CMOS器件应存放在金属包装容器内，在安装、使用过程中应尽量避免栅极悬空。使用和测量之前，应先用导线将3个极短接。操作人员应避免穿着产生静电的化纤物。

②测试仪器和电烙铁要可靠接地。焊接时电烙铁不要带电，用余热焊接。