伍思碩　唐賢健

摘要：如今，作為微電子技術(shù)的結(jié)晶——集成電路，已經(jīng)成為現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展的基石，集成電路的設(shè)計(jì)和制作水平已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。該文首先從概念入手比較詳細(xì)地介紹了數(shù)字集成電路的定義、原理等一些相關(guān)知識(shí)，讓大家對(duì)它從抽象到具體的認(rèn)識(shí)。其次重點(diǎn)論述了數(shù)字集成電路的一些實(shí)際應(yīng)用，并列舉了許多在工、農(nóng)業(yè)、軍事和生活上使用數(shù)字集成電路而制成的各種新型產(chǎn)品，如繞線機(jī)電子計(jì)數(shù)器、多路自動(dòng)巡檢控制器、數(shù)字集成電路的交通燈等。通過(guò)這篇文章人們應(yīng)該更加清楚的認(rèn)識(shí)了數(shù)字集成電路的真實(shí)面目和它在各種先進(jìn)產(chǎn)品中所發(fā)揮出來(lái)的巨大作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字集成電路；應(yīng)用；前景

中圖分類號(hào)：TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）19-4476-02

集成電路從60年代開(kāi)始發(fā)展至今，其規(guī)模大致上遵照摩爾定律發(fā)展[1]，即芯片上的晶體管數(shù)目每隔18個(gè)月就翻一番或每三年翻兩番。目前單個(gè)的芯片上已能夠制作上百萬(wàn)個(gè)晶體管的一個(gè)完整數(shù)字系統(tǒng)或數(shù)/模混合的電子系統(tǒng)。集成電路的特征尺寸已發(fā)展至納米水平。伴隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的越來(lái)越成熟，它于人們的生產(chǎn)以及生活中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，對(duì)數(shù)字集成電路在生活應(yīng)用中的進(jìn)一步探究也就越來(lái)越有必要。該文將從數(shù)字集成電路的基本結(jié)構(gòu)和分類這些方面對(duì)其原理進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹，然后重點(diǎn)討論和探究它的實(shí)際應(yīng)用，最后將結(jié)合數(shù)字集成電路在生活當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)出一個(gè)利用數(shù)字集成電路原理制成的流水燈。

1 數(shù)字集成電路的基本原理

數(shù)字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字邏輯電路或系統(tǒng)[2]。

數(shù)字集成電路基本電路符號(hào)如圖1所示，它有輸入、輸出、電源和接地四個(gè)端口。數(shù)字集成電路具有靜態(tài)特性以及開(kāi)關(guān)特性，表示靜態(tài)特性的參數(shù)有輸入電壓、輸出電壓、輸入電流和輸出電流等。

圖1 數(shù)字集成電路基本電路符號(hào)

集成電路正常工作的時(shí)候，輸入電壓有高電平輸入電壓和低電平輸入電壓，使用最小值表示，表示能判斷高電平的最低輸入電壓，因此，在高電平給定時(shí)，需高于的電壓，用最大值表示，表示能判斷低電平時(shí)的最大輸入電壓，因此，在低電平輸入電壓給定時(shí)，需低于的電壓。

輸入電流有高電平輸入電流和低電平輸入電流，都是表示集成電路輸入端加上電壓時(shí)，流經(jīng)輸入端的電流。其中表示輸入端加上最大輸入電壓時(shí)的電流，表示輸入端加上規(guī)定高電平輸入電壓時(shí)的電流，表示輸入端加上規(guī)定低電平輸入電壓時(shí)的電流。CMOS輸入電流幾乎等于0，因此，只用表示。集成電路的輸入電流隨類型不同而不同。

2 數(shù)字集成電路應(yīng)用

2.1 多路自動(dòng)巡檢控制器

在一些電子儀表較密集的工業(yè)控制和自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)使用多臺(tái)同種檢測(cè)控制儀表，對(duì)不同的處所和位置進(jìn)行檢測(cè)和控制。為了達(dá)到對(duì)這些儀表的集中監(jiān)測(cè)的目的，通常會(huì)采用一臺(tái)多路自動(dòng)巡檢控制器。它能對(duì)被控通道自動(dòng)巡檢，并將被控通道用數(shù)字顯示器顯示出來(lái)。它既可以作為自動(dòng)巡檢，又可以轉(zhuǎn)換為手動(dòng)巡檢，使用起來(lái)相當(dāng)?shù)姆奖恪?/p>

電路組成，它主要由脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、通道轉(zhuǎn)換器和通道顯示器等組成。

2.2 繞線機(jī)電子計(jì)數(shù)器

普通的繞線機(jī)一般采用機(jī)械傳動(dòng)的指針式計(jì)算器來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，由于存在傳動(dòng)齒輪的磨損和固有機(jī)械間隙，有時(shí)很難做得到準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。接下來(lái)要介紹的電子計(jì)數(shù)式繞線機(jī)，則采用了接觸式的光電傳感器來(lái)觸發(fā)電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，所以準(zhǔn)確度比較高。此外，由于使用了具有加減功能的電子計(jì)數(shù)器，所以在繞線過(guò)程中出現(xiàn)糾錯(cuò)重繞的時(shí)侯，計(jì)數(shù)器仍然能夠?qū)?shí)際繞組數(shù)進(jìn)行加減，它的計(jì)數(shù)精確度高，使用方便。

在繞線軸加裝的圓盤上有一個(gè)長(zhǎng)孔，該孔與光電傳感器對(duì)應(yīng)，當(dāng)繞線機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每轉(zhuǎn)一周，光電傳感器就被觸發(fā)一次。先被觸發(fā)的傳感器進(jìn)行加減識(shí)別功能，后被觸發(fā)的傳感器則輸出計(jì)數(shù)脈沖。

2.3 數(shù)字集成電路在軍事方面的應(yīng)用

自從20世紀(jì)60年代第一塊集成電路問(wèn)世以來(lái)，以集成電路為核心的微電子技術(shù)發(fā)展迅速，并促進(jìn)了通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)繁榮、社會(huì)進(jìn)步、國(guó)防建設(shè)及日常生活都產(chǎn)生巨大影響[3]。

戰(zhàn)術(shù)通信指在作戰(zhàn)地域內(nèi)指揮一個(gè)戰(zhàn)役或戰(zhàn)斗所使用的通信，主要是無(wú)線通信。目前，新軍事變革以信息化為核心的，作為各作戰(zhàn)分隊(duì)的連接紐帶，戰(zhàn)術(shù)通信的關(guān)鍵性作用日漸彰顯。和其他的電子設(shè)備相同，微電子器件也大量應(yīng)用在戰(zhàn)術(shù)通信裝備中，微電子技術(shù)在戰(zhàn)術(shù)通信的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的推動(dòng)作用[4]。在戰(zhàn)術(shù)通信裝備里，嵌入式微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯器件是一種重要的數(shù)字集成電路。嵌入式微處理器用來(lái)完成整機(jī)的主控和運(yùn)行各種應(yīng)用軟件，數(shù)字信號(hào)處理器用來(lái)完成運(yùn)算流程復(fù)雜的基帶數(shù)字信號(hào)處理，可編程邏輯器件用來(lái)完成對(duì)運(yùn)算能力要求較高的中頻數(shù)字信號(hào)處理。

2.4 基于數(shù)字集成電路的交通燈

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的到來(lái)，各國(guó)的車輛數(shù)量也不斷上漲，這就勢(shì)必帶給城市交通不少難題，例如：交通堵塞日益嚴(yán)重，交通事故不斷增加，交警任務(wù)更加繁重等等。為了解決這些的困難，我國(guó)以及國(guó)外都加快了在交通事業(yè)方面的研究步伐，尤其是在控制交通信號(hào)燈方面。下面將介紹的就是數(shù)字集成電路在交通燈中的使用。

數(shù)字集成電路在交通信號(hào)燈控制器中的使用原理：

交通燈控制器主要包括顯示器、上控制器、計(jì)數(shù)器、信號(hào)發(fā)生器、譯碼電路和置數(shù)器，首先上控制器接收特殊狀態(tài)命令或者接收清零命令，一方面顯示在顯示器上，一方面發(fā)出信號(hào)至信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路，即南北大道信號(hào)或者東西大道信號(hào)，一方面發(fā)出信號(hào)至置數(shù)器，接著計(jì)數(shù)器綜合考慮置數(shù)器的信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)，把信號(hào)傳送給譯碼器，最后顯示在顯示器上。

一般十字路口的交通情況和主控制器的設(shè)計(jì)關(guān)系為：

1）當(dāng)東西大道通行時(shí)，綠燈亮，南北大道禁行，紅燈亮，時(shí)間延遲為40秒：

2）當(dāng)東西南北大道都禁行時(shí)，東西大道黃燈亮，時(shí)間延遲為5秒；

3）當(dāng)東西大道禁行時(shí)，紅燈亮，南北大道通行，綠燈亮，時(shí)間延遲為30秒：

4）當(dāng)東西南北大道都禁行時(shí)，南北大道黃燈亮，時(shí)間延遲為5秒。

然后就是回到第一種情況開(kāi)始循環(huán)執(zhí)行。我們可以把這四種狀態(tài)分別設(shè)為：S=000，S=001，S=010，S=011，另若有特殊情況，如遇到交通事故，警車或者救護(hù)車通過(guò)，其對(duì)應(yīng)狀態(tài)設(shè)為S=l00，根據(jù)以上的狀態(tài)分析，我們可以用兩片74LSl92來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的功能。

3 總結(jié)

本文首先對(duì)數(shù)字集成電路意義和原理進(jìn)行了介紹，接著重點(diǎn)闡述了許多在我們的工、農(nóng)業(yè)以及生活上基于數(shù)字集成電路的一些應(yīng)用，例如繞線機(jī)電子計(jì)數(shù)器、交通燈等。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科技的不斷騰飛，越來(lái)越多的先進(jìn)設(shè)備將會(huì)運(yùn)用到我們的生活當(dāng)中，未來(lái)我們將會(huì)見(jiàn)到更多數(shù)字集成電路產(chǎn)品在我們生活當(dāng)中的應(yīng)用，便利我們的生活。數(shù)字集成電路雖然只是一個(gè)元件，但是將他創(chuàng)造性地應(yīng)用于產(chǎn)品制作時(shí)，它將變成又一件便利我們生活的新產(chǎn)品。因此，想為我們的生活設(shè)計(jì)一些新穎舒適的產(chǎn)品，那么我們也必須首先懂得它的內(nèi)在含義和廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 王紅.集成電路技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].微電子學(xué)，2007，37（4）：515-522.

[3] 馮亞林，張蜀平.集成電路的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].微電子學(xué)，2006，36（2）：173-176.

[4] 總裝備部電子信息基礎(chǔ)部.軍用電子元器件[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.endprint