伍思碩　唐賢健

摘要：如今，作為微電子技術的結(jié)晶——集成電路，已經(jīng)成為現(xiàn)代信息社會發(fā)展的基石，集成電路的設計和制作水平已經(jīng)成為一個國家技術發(fā)展水平的重要標志。該文首先從概念入手比較詳細地介紹了數(shù)字集成電路的定義、原理等一些相關知識，讓大家對它從抽象到具體的認識。其次重點論述了數(shù)字集成電路的一些實際應用，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，如繞線機電子計數(shù)器、多路自動巡檢控制器、數(shù)字集成電路的交通燈等。通過這篇文章人們應該更加清楚的認識了數(shù)字集成電路的真實面目和它在各種先進產(chǎn)品中所發(fā)揮出來的巨大作用。

關鍵詞：數(shù)字集成電路；應用；前景

中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）19-4476-02

集成電路從60年代開始發(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個月就翻一番或每三年翻兩番。目前單個的芯片上已能夠制作上百萬個晶體管的一個完整數(shù)字系統(tǒng)或數(shù)/?；旌系碾娮酉到y(tǒng)。集成電路的特征尺寸已發(fā)展至納米水平。伴隨著數(shù)字集成電路技術的越來越成熟，它于人們的生產(chǎn)以及生活中的應用也越來越廣泛，對數(shù)字集成電路在生活應用中的進一步探究也就越來越有必要。該文將從數(shù)字集成電路的基本結(jié)構(gòu)和分類這些方面對其原理進行比較詳細的介紹，然后重點討論和探究它的實際應用，最后將結(jié)合數(shù)字集成電路在生活當中的實際應用設計出一個利用數(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如圖1所示，它有輸入、輸出、電源和接地四個端口。數(shù)字集成電路具有靜態(tài)特性以及開關特性，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

集成電路正常工作的時候，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，需高于的電壓，用最大值表示，表示能判斷低電平時的最大輸入電壓，因此，在低電平輸入電壓給定時，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，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的電流，表示輸入端加上規(guī)定高電平輸入電壓時的電流，表示輸入端加上規(guī)定低電平輸入電壓時的電流。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)字集成電路應用

2.1 多路自動巡檢控制器

在一些電子儀表較密集的工業(yè)控制和自動檢測系統(tǒng)中，經(jīng)常會使用多臺同種檢測控制儀表，對不同的處所和位置進行檢測和控制。為了達到對這些儀表的集中監(jiān)測的目的，通常會采用一臺多路自動巡檢控制器。它能對被控通道自動巡檢，并將被控通道用數(shù)字顯示器顯示出來。它既可以作為自動巡檢，又可以轉(zhuǎn)換為手動巡檢，使用起來相當?shù)姆奖恪?/p>

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

2.2 繞線機電子計數(shù)器

普通的繞線機一般采用機械傳動的指針式計算器來進行計數(shù)，由于存在傳動齒輪的磨損和固有機械間隙，有時很難做得到準確計數(shù)。接下來要介紹的電子計數(shù)式繞線機，則采用了接觸式的光電傳感器來觸發(fā)電子計數(shù)器進行計數(shù)，所以準確度比較高。此外，由于使用了具有加減功能的電子計數(shù)器，所以在繞線過程中出現(xiàn)糾錯重繞的時侯，計數(shù)器仍然能夠?qū)嶋H繞組數(shù)進行加減，它的計數(shù)精確度高，使用方便。

在繞線軸加裝的圓盤上有一個長孔，該孔與光電傳感器對應，當繞線機旋轉(zhuǎn)時，每轉(zhuǎn)一周，光電傳感器就被觸發(fā)一次。先被觸發(fā)的傳感器進行加減識別功能，后被觸發(fā)的傳感器則輸出計數(shù)脈沖。

2.3 數(shù)字集成電路在軍事方面的應用

自從20世紀60年代第一塊集成電路問世以來，以集成電路為核心的微電子技術發(fā)展迅速，并促進了通信技術、計算機技術和其他電子信息技術的快速發(fā)展，對人類社會的經(jīng)濟繁榮、社會進步、國防建設及日常生活都產(chǎn)生巨大影響[3]。

戰(zhàn)術通信指在作戰(zhàn)地域內(nèi)指揮一個戰(zhàn)役或戰(zhàn)斗所使用的通信，主要是無線通信。目前，新軍事變革以信息化為核心的，作為各作戰(zhàn)分隊的連接紐帶，戰(zhàn)術通信的關鍵性作用日漸彰顯。和其他的電子設備相同，微電子器件也大量應用在戰(zhàn)術通信裝備中，微電子技術在戰(zhàn)術通信的發(fā)展過程中發(fā)揮著至關重要的推動作用[4]。在戰(zhàn)術通信裝備里，嵌入式微處理器、數(shù)字信號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完成整機的主控和運行各種應用軟件，數(shù)字信號處理器用來完成運算流程復雜的基帶數(shù)字信號處理，可編程邏輯器件用來完成對運算能力要求較高的中頻數(shù)字信號處理。

2.4 基于數(shù)字集成電路的交通燈

隨著經(jīng)濟社會的到來，各國的車輛數(shù)量也不斷上漲，這就勢必帶給城市交通不少難題，例如：交通堵塞日益嚴重，交通事故不斷增加，交警任務更加繁重等等。為了解決這些的困難，我國以及國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、計數(shù)器、信號發(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)出信號至信號燈譯碼驅(qū)動電路，即南北大道信號或者東西大道信號，一方面發(fā)出信號至置數(shù)器，接著計數(shù)器綜合考慮置數(shù)器的信號和時鐘信號發(fā)生器發(fā)出的信號，把信號傳送給譯碼器，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計關系為：

1）當東西大道通行時，綠燈亮，南北大道禁行，紅燈亮，時間延遲為40秒：

2）當東西南北大道都禁行時，東西大道黃燈亮，時間延遲為5秒；

3）當東西大道禁行時，紅燈亮，南北大道通行，綠燈亮，時間延遲為30秒：

4）當東西南北大道都禁行時，南北大道黃燈亮，時間延遲為5秒。

然后就是回到第一種情況開始循環(huán)執(zhí)行。我們可以把這四種狀態(tài)分別設為：S=000，S=001，S=010，S=011，另若有特殊情況，如遇到交通事故，警車或者救護車通過，其對應狀態(tài)設為S=l00，根據(jù)以上的狀態(tài)分析，我們可以用兩片74LSl92來實現(xiàn)這樣的功能。

3 總結(jié)

本文首先對數(shù)字集成電路意義和原理進行了介紹，接著重點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用，例如繞線機電子計數(shù)器、交通燈等。隨著社會的不斷進步，科技的不斷騰飛，越來越多的先進設備將會運用到我們的生活當中，未來我們將會見到更多數(shù)字集成電路產(chǎn)品在我們生活當中的應用，便利我們的生活。數(shù)字集成電路雖然只是一個元件，但是將他創(chuàng)造性地應用于產(chǎn)品制作時，它將變成又一件便利我們生活的新產(chǎn)品。因此，想為我們的生活設計一些新穎舒適的產(chǎn)品，那么我們也必須首先懂得它的內(nèi)在含義和廣泛應用。

參考文獻：

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

[2] 王紅.集成電路技術發(fā)展動態(tài)[J].微電子學，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[J].微電子學，2006，36（2）：173-176.

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