74LS153引腳圖及功能詳解

一、74LS153概述

74LS153是一款經(jīng)典的TTL（晶體管-晶體管邏輯）系列雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器，廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路設(shè)計(jì)中。其核心功能是通過地址選擇信號(hào)從四個(gè)輸入信號(hào)中選擇一個(gè)作為輸出，同時(shí)支持兩組獨(dú)立的多路復(fù)用操作。該芯片具有高速、低功耗、邏輯電平兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于數(shù)據(jù)總線控制、信號(hào)路由、邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)等場(chǎng)景。本文將從引腳定義、功能邏輯、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣特性、應(yīng)用實(shí)例等多個(gè)維度展開詳細(xì)分析。

二、74LS153引腳圖與功能定義

74LS153采用16引腳雙列直插封裝（DIP-16）或表面貼裝封裝（SOIC-16），引腳布局對(duì)稱，分為左右兩組獨(dú)立的4選1多路復(fù)用器。以下是各引腳的功能說明：

1. 電源與接地引腳

• VCC（引腳16）：芯片工作電源，典型值為+5V，允許范圍4.75V~5.25V。

• GND（引腳8）：邏輯地（0V），為芯片提供參考電平。

2. 第一組多路復(fù)用器（左側(cè)）

• 1C0~1C3（引腳1、2、3、4）：四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，分別對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)D0、D1、D2、D3。

• 1S1（引腳5）：高位地址選擇輸入端（A1），與1S0共同決定選擇哪個(gè)輸入信號(hào)。

• 1S0（引腳6）：低位地址選擇輸入端（A0），與1S1組合產(chǎn)生四種選擇狀態(tài)（00、01、10、11）。

• 1G（引腳7）：使能控制端（低電平有效），當(dāng)1G=0時(shí)，多路復(fù)用器正常工作；當(dāng)1G=1時(shí)，輸出為高阻態(tài)。

• 1Y（引腳15）：輸出端，根據(jù)地址選擇信號(hào)輸出選中的數(shù)據(jù)信號(hào)。

3. 第二組多路復(fù)用器（右側(cè)）

• 2C0~2C3（引腳15、14、13、12）：四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，分別對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)D4、D5、D6、D7。

• 2S0（引腳10）：低位地址選擇輸入端（A0），與2S1共同決定選擇哪個(gè)輸入信號(hào)。

• 2S1（引腳11）：高位地址選擇輸入端（A1），與2S0組合產(chǎn)生四種選擇狀態(tài)。

• 2G（引腳9）：使能控制端（低電平有效），功能與1G相同。

• 2Y（引腳11）：輸出端，根據(jù)地址選擇信號(hào)輸出選中的數(shù)據(jù)信號(hào)。

4. 引腳功能總結(jié)表

三、74LS153功能邏輯與真值表

74LS153的核心功能是通過地址選擇信號(hào)（S1、S0）從四個(gè)輸入信號(hào)中選擇一個(gè)作為輸出，同時(shí)支持使能控制。以下是其功能邏輯與真值表：

1. 功能邏輯

• 地址選擇邏輯：

• 當(dāng)1G=0且1S1S0=00時(shí)，輸出1Y=1C0；

• 當(dāng)1G=0且1S1S0=01時(shí)，輸出1Y=1C1；

• 當(dāng)1G=0且1S1S0=10時(shí)，輸出1Y=1C2；

• 當(dāng)1G=0且1S1S0=11時(shí)，輸出1Y=1C3。
  第二組多路復(fù)用器（2Y）的邏輯與第一組完全相同，僅引腳編號(hào)不同。

• 使能控制邏輯：

• 當(dāng)1G=1時(shí)，無論地址選擇信號(hào)如何，輸出1Y為高阻態(tài)；

• 當(dāng)2G=1時(shí)，無論地址選擇信號(hào)如何，輸出2Y為高阻態(tài)。

2. 真值表

以下是第一組多路復(fù)用器的真值表（第二組完全相同）：

四、74LS153內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理

74LS153的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由兩組獨(dú)立的4選1多路復(fù)用器組成，每組包含以下核心模塊：

1. 地址譯碼器

• 由兩個(gè)與門組成，接收地址選擇信號(hào)（S1、S0）并產(chǎn)生四路互斥的控制信號(hào)。

• 例如，當(dāng)S1S0=00時(shí)，僅與門1C0的輸出為高電平，其他與門輸出為低電平。

2. 數(shù)據(jù)選擇器

• 每個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（C0~C3）通過一個(gè)與門連接到地址譯碼器的輸出。

• 例如，1C0通過與門連接到地址譯碼器的00輸出端，1C1連接到01輸出端，依此類推。

3. 輸出緩沖器

• 采用推挽結(jié)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)后級(jí)負(fù)載，確保輸出邏輯電平的完整性與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

• 當(dāng)使能端為低電平時(shí)，輸出緩沖器根據(jù)地址譯碼器的結(jié)果選擇對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)輸出；當(dāng)使能端為高電平時(shí)，輸出緩沖器進(jìn)入高阻態(tài)。

4. 使能控制器

• 接收使能信號(hào)（G），當(dāng)G=1時(shí)，禁用地址譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器，輸出為高阻態(tài)；當(dāng)G=0時(shí)，允許地址譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器正常工作。

五、74LS153電氣特性與參數(shù)

74LS153的電氣特性決定了其適用范圍與性能表現(xiàn)，以下是關(guān)鍵參數(shù)：

1. 電源參數(shù)

• 工作電壓范圍：4.75V~5.25V，典型值為+5V。

• 靜態(tài)電源電流：無負(fù)載時(shí)典型值為19mA，最大值與片內(nèi)溫度相關(guān)。

2. 輸入電平

• 高電平輸入電壓（VIH）：≥2.0V。

• 低電平輸入電壓（VIL）：≤0.8V。

3. 輸出電平

• 高電平輸出電壓（VOH）：在IOH=-400μA時(shí)，≥2.7V。

• 低電平輸出電壓（VOL）：在IOL=8mA時(shí)，≤0.5V。

4. 動(dòng)態(tài)特性

• 傳播延遲時(shí)間（tPLH/tPHL）：在CL=50pF時(shí)，典型值為7ns~12ns，最大值為15ns。

• 地址到輸出傳播延遲：典型值為10ns~15ns。

• 使能到輸出禁用/有效時(shí)間：典型值為12ns~16ns。

5. 負(fù)載能力

• 最大輸出驅(qū)動(dòng)能力：可驅(qū)動(dòng)10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)TTL門負(fù)載（扇入=10）。

• 建議輸出負(fù)載電容：≤50pF。

6. 工作溫度范圍

• 商用級(jí)：0℃~70℃。

六、74LS153應(yīng)用實(shí)例

74LS153的靈活性使其在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中具有廣泛應(yīng)用，以下是幾個(gè)典型實(shí)例：

1. 數(shù)據(jù)總線控制

在微處理器系統(tǒng)中，74LS153可用于切換不同外設(shè)之間的通信路徑。例如，通過地址選擇信號(hào)（S1、S0）選擇將數(shù)據(jù)總線連接到內(nèi)存、I/O端口或外設(shè)控制器。

2. 邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)

74LS153可用于實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)。例如，通過將邏輯函數(shù)的真值表映射到數(shù)據(jù)輸入端（C0~C3），并使用地址選擇信號(hào)（S1、S0）作為輸入變量，可直接輸出邏輯函數(shù)的結(jié)果。

3. 信號(hào)路由與多路復(fù)用

在通信系統(tǒng)中，74LS153可用于將多個(gè)低速信號(hào)復(fù)用為高速信號(hào)，或通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的共享傳輸。

4. 全加器設(shè)計(jì)

74LS153可用于實(shí)現(xiàn)一位全加器。例如，將兩個(gè)加數(shù)和進(jìn)位標(biāo)志輸入到數(shù)據(jù)輸入端（C0~C3），通過地址選擇信號(hào)（S1、S0）選擇對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)，并經(jīng)過異或門、與門等邏輯門處理后，輸出結(jié)果和進(jìn)位標(biāo)志。

5. 數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)

在數(shù)碼管顯示系統(tǒng)中，74LS153可用于選擇不同的段碼信號(hào)，驅(qū)動(dòng)多位數(shù)碼管顯示。例如，通過地址選擇信號(hào)（S1、S0）選擇要顯示的數(shù)碼管位，并將對(duì)應(yīng)的段碼信號(hào)輸出到數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路。

七、74LS153與其他器件的比較

1. 與74LS151（8選1數(shù)據(jù)選擇器）的比較

• 輸入通道數(shù)：74LS151為8選1，74LS153為雙4選1。

• 地址選擇信號(hào)：74LS151需要3個(gè)地址選擇信號(hào)（S2、S1、S0），74LS153需要2個(gè)地址選擇信號(hào)（S1、S0）。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：74LS151適用于需要更多輸入通道的場(chǎng)景，而74LS153適用于需要兩組獨(dú)立多路復(fù)用器的場(chǎng)景。

2. 與74LS138（3線-8線譯碼器）的比較

• 功能差異：74LS138為譯碼器，用于將3位二進(jìn)制地址信號(hào)轉(zhuǎn)換為8個(gè)互斥的低電平輸出信號(hào)；74LS153為數(shù)據(jù)選擇器，用于從多個(gè)輸入信號(hào)中選擇一個(gè)作為輸出。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：74LS138常用于地址譯碼、存儲(chǔ)器芯片選擇等場(chǎng)景，而74LS153常用于數(shù)據(jù)選擇、信號(hào)路由等場(chǎng)景。

八、74LS153使用注意事項(xiàng)

1. 電源與接地

• 確保VCC和GND引腳正確連接，避免電源反接或短路。

• 電源電壓應(yīng)在4.75V~5.25V范圍內(nèi)，避免過壓或欠壓。

2. 輸入信號(hào)

• 輸入信號(hào)的邏輯電平應(yīng)符合TTL標(biāo)準(zhǔn)（VIH≥2.0V，VIL≤0.8V）。

• 避免輸入信號(hào)懸空，建議通過上拉或下拉電阻固定電平。

3. 輸出負(fù)載

• 輸出負(fù)載電容應(yīng)≤50pF，避免過大的負(fù)載電容導(dǎo)致信號(hào)失真。

• 輸出電流應(yīng)≤8mA，避免過大的負(fù)載電流導(dǎo)致芯片過熱或損壞。

4. 使能控制

• 使能端（G）應(yīng)正確配置，避免誤操作導(dǎo)致輸出異常。

• 在多片級(jí)聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)確保使能端的邏輯關(guān)系正確。

5. 溫度與散熱

• 工作溫度應(yīng)在0℃~70℃范圍內(nèi)，避免高溫導(dǎo)致芯片性能下降或損壞。

• 在高負(fù)載或高溫環(huán)境下，建議增加散熱措施。

九、總結(jié)

74LS153作為一款經(jīng)典的TTL系列雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器，具有高速、低功耗、邏輯電平兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路設(shè)計(jì)中。本文從引腳定義、功能邏輯、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣特性、應(yīng)用實(shí)例等多個(gè)維度對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提供了使用注意事項(xiàng)。通過深入理解74LS153的工作原理與應(yīng)用場(chǎng)景，工程師可以更好地利用其優(yōu)勢(shì)，提高數(shù)字系統(tǒng)的性能與可靠性。