数字集成电路的应用研究

伍思硕　唐贤健

摘要：如今，作为微电子技术的结晶——集成电路，已经成为现代信息社会发展的基石，集成电路的设计和制作水平已经成为一个国家技术发展水平的重要标志。该文首先从概念入手比较详细地介绍了数字集成电路的定义、原理等一些相关知识，让大家对它从抽象到具体的认识。其次重点论述了数字集成电路的一些实际应用，并列举了许多在工、农业、军事和生活上使用数字集成电路而制成的各种新型产品，如绕线机电子计数器、多路自动巡检控制器、数字集成电路的交通灯等。通过这篇文章人们应该更加清楚的认识了数字集成电路的真实面目和它在各种先进产品中所发挥出来的巨大作用。

关键词：数字集成电路；应用；前景

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）19-4476-02

集成电路从60年代开始发展至今，其规模大致上遵照摩尔定律发展[1]，即芯片上的晶体管数目每隔18个月就翻一番或每三年翻两番。目前单个的芯片上已能够制作上百万个晶体管的一个完整数字系统或数/模混合的电子系统。集成电路的特征尺寸已发展至纳米水平。伴随着数字集成电路技术的越来越成熟，它于人们的生产以及生活中的应用也越来越广泛，对数字集成电路在生活应用中的进一步探究也就越来越有必要。该文将从数字集成电路的基本结构和分类这些方面对其原理进行比较详细的介绍，然后重点讨论和探究它的实际应用，最后将结合数字集成电路在生活当中的实际应用设计出一个利用数字集成电路原理制成的流水灯。

1 数字集成电路的基本原理

数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统[2]。

数字集成电路基本电路符号如图1所示，它有输入、输出、电源和接地四个端口。数字集成电路具有静态特性以及开关特性，表示静态特性的参数有输入电压、输出电压、输入电流和输出电流等。

图1 数字集成电路基本电路符号

集成电路正常工作的时候，输入电压有高电平输入电压和低电平输入电压，使用最小值表示，表示能判断高电平的最低输入电压，因此，在高电平给定时，需高于的电压，用最大值表示，表示能判断低电平时的最大输入电压，因此，在低电平输入电压给定时，需低于的电压。

输入电流有高电平输入电流和低电平输入电流，都是表示集成电路输入端加上电压时，流经输入端的电流。其中表示输入端加上最大输入电压时的电流，表示输入端加上规定高电平输入电压时的电流，表示输入端加上规定低电平输入电压时的电流。CMOS输入电流几乎等于0，因此，只用表示。集成电路的输入电流随类型不同而不同。

2 数字集成电路应用

2.1 多路自动巡检控制器

在一些电子仪表较密集的工业控制和自动检测系统中，经常会使用多台同种检测控制仪表，对不同的处所和位置进行检测和控制。为了达到对这些仪表的集中监测的目的，通常会采用一台多路自动巡检控制器。它能对被控通道自动巡检，并将被控通道用数字显示器显示出来。它既可以作为自动巡检，又可以转换为手动巡检，使用起来相当的方便。

电路组成，它主要由脉冲发生器、计数器、通道转换器和通道显示器等组成。

2.2 绕线机电子计数器

普通的绕线机一般采用机械传动的指针式计算器来进行计数，由于存在传动齿轮的磨损和固有机械间隙，有时很难做得到准确计数。接下来要介绍的电子计数式绕线机，则采用了接触式的光电传感器来触发电子计数器进行计数，所以准确度比较高。此外，由于使用了具有加减功能的电子计数器，所以在绕线过程中出现纠错重绕的时侯，计数器仍然能够对实际绕组数进行加减，它的计数精确度高，使用方便。

在绕线轴加装的圆盘上有一个长孔，该孔与光电传感器对应，当绕线机旋转时，每转一周，光电传感器就被触发一次。先被触发的传感器进行加减识别功能，后被触发的传感器则输出计数脉冲。

2.3 数字集成电路在军事方面的应用

自从20世纪60年代第一块集成电路问世以来，以集成电路为核心的微电子技术发展迅速，并促进了通信技术、计算机技术和其他电子信息技术的快速发展，对人类社会的经济繁荣、社会进步、国防建设及日常生活都产生巨大影响[3]。

战术通信指在作战地域内指挥一个战役或战斗所使用的通信，主要是无线通信。目前，新军事变革以信息化为核心的，作为各作战分队的连接纽带，战术通信的关键性作用日渐彰显。和其他的电子设备相同，微电子器件也大量应用在战术通信装备中，微电子技术在战术通信的发展过程中发挥着至关重要的推动作用[4]。在战术通信装备里，嵌入式微处理器、数字信号处理器和可编程逻辑器件是一种重要的数字集成电路。嵌入式微处理器用来完成整机的主控和运行各种应用软件，数字信号处理器用来完成运算流程复杂的基带数字信号处理，可编程逻辑器件用来完成对运算能力要求较高的中频数字信号处理。

2.4 基于数字集成电路的交通灯

随着经济社会的到来，各国的车辆数量也不断上涨，这就势必带给城市交通不少难题，例如：交通堵塞日益严重，交通事故不断增加，交警任务更加繁重等等。为了解决这些的困难，我国以及国外都加快了在交通事业方面的研究步伐，尤其是在控制交通信号灯方面。下面将介绍的就是数字集成电路在交通灯中的使用。

数字集成电路在交通信号灯控制器中的使用原理：

交通灯控制器主要包括显示器、上控制器、计数器、信号发生器、译码电路和置数器，首先上控制器接收特殊状态命令或者接收清零命令，一方面显示在显示器上，一方面发出信号至信号灯译码驱动电路，即南北大道信号或者东西大道信号，一方面发出信号至置数器，接着计数器综合考虑置数器的信号和时钟信号发生器发出的信号，把信号传送给译码器，最后显示在显示器上。

一般十字路口的交通情况和主控制器的设计关系为：

1）当东西大道通行时，绿灯亮，南北大道禁行，红灯亮，时间延迟为40秒：

2）当东西南北大道都禁行时，东西大道黄灯亮，时间延迟为5秒；

3）当东西大道禁行时，红灯亮，南北大道通行，绿灯亮，时间延迟为30秒：

4）当东西南北大道都禁行时，南北大道黄灯亮，时间延迟为5秒。

然后就是回到第一种情况开始循环执行。我们可以把这四种状态分别设为：S=000，S=001，S=010，S=011，另若有特殊情况，如遇到交通事故，警车或者救护车通过，其对应状态设为S=l00，根据以上的状态分析，我们可以用两片74LSl92来实现这样的功能。

3 总结

本文首先对数字集成电路意义和原理进行了介绍，接着重点阐述了许多在我们的工、农业以及生活上基于数字集成电路的一些应用，例如绕线机电子计数器、交通灯等。随着社会的不断进步，科技的不断腾飞，越来越多的先进设备将会运用到我们的生活当中，未来我们将会见到更多数字集成电路产品在我们生活当中的应用，便利我们的生活。数字集成电路虽然只是一个元件，但是将他创造性地应用于产品制作时，它将变成又一件便利我们生活的新产品。因此，想为我们的生活设计一些新颖舒适的产品，那么我们也必须首先懂得它的内在含义和广泛应用。

参考文献：

[1] Moore G E.Cramming more components onto integrated circuits[J]. Electronics，1965，38（8）：114-117.

[2] 王红.集成电路技术发展动态[J].微电子学，2007，37（4）：515-522.

[3] 冯亚林，张蜀平.集成电路的现状及其发展趋势[J].微电子学，2006，36（2）：173-176.

[4] 总装备部电子信息基础部.军用电子元器件[M].北京：国防工业出版社，2009.endprint