74HC157引腳圖及功能詳解

74HC157是一款高性能硅柵CMOS器件，屬于74HC系列集成電路，廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，尤其在數(shù)據(jù)選擇、多路復(fù)用以及邏輯功能實(shí)現(xiàn)方面表現(xiàn)出色。它是一個(gè)四路2選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器，能夠根據(jù)一個(gè)共同的選擇輸入端（S）的狀態(tài)，從兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（A或B）中選擇一路數(shù)據(jù)輸出。這種特性使其在各種數(shù)字系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，例如數(shù)據(jù)路由、存儲(chǔ)器地址譯碼、波形生成以及算術(shù)邏輯單元等。

引腳圖

理解74HC157的功能，首先需要掌握其引腳布局。74HC157通常采用標(biāo)準(zhǔn)的16引腳雙列直插封裝（DIP）或更小尺寸的表面貼裝封裝（SOP/SSOP）。以下是其常見的引腳排列及其對(duì)應(yīng)的功能：

引腳功能詳解

以下將對(duì)74HC157的各個(gè)引腳功能進(jìn)行詳細(xì)闡述，以便更好地理解其工作原理。

電源引腳：VCC和GND

VCC (引腳16)： VCC是74HC157的正電源輸入引腳。它為集成電路內(nèi)部的CMOS邏輯門提供工作所需的電壓。對(duì)于74HC系列器件，VCC的工作電壓范圍通常較寬，一般為2V至6V。在使用時(shí)，需要確保提供的電壓穩(wěn)定且在規(guī)定范圍內(nèi)，以保證器件的正常工作和性能。電壓過低可能導(dǎo)致邏輯電平不穩(wěn)定或無法正常驅(qū)動(dòng)負(fù)載；電壓過高則可能損壞器件。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)在VCC引腳附近并聯(lián)一個(gè)去耦電容（例如0.1μF），以濾除電源線上的高頻噪聲，提供穩(wěn)定的電源，防止電源波動(dòng)對(duì)器件工作造成干擾。

GND (引腳7)： GND是74HC157的接地引腳，也是電路的公共參考點(diǎn)。所有內(nèi)部電路和外部連接的信號(hào)都以GND為基準(zhǔn)。正確連接GND對(duì)于電路的穩(wěn)定性和噪聲抑制至關(guān)重要。在多層PCB設(shè)計(jì)中，通常會(huì)將GND層設(shè)計(jì)成一個(gè)大面積的平面，以提供低阻抗的電流回流路徑，從而減少地線噪聲和提高信號(hào)完整性。

數(shù)據(jù)輸入引腳：Ax和Bx (A1-A4, B1-B4)

74HC157是四路數(shù)據(jù)選擇器，因此它擁有四組獨(dú)立的A和B數(shù)據(jù)輸入端。

Ax (A1、A2、A3、A4)： 這些是第一組數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)選擇控制端S為低電平（邏輯0）時(shí)，相應(yīng)的Ax輸入信號(hào)將被選擇并輸出到其對(duì)應(yīng)的Yx輸出端。例如，當(dāng)S=0時(shí)，1A的數(shù)據(jù)會(huì)輸出到1Y，2A的數(shù)據(jù)會(huì)輸出到2Y，以此類推。這些輸入端可以連接到任何數(shù)字邏輯信號(hào)，如傳感器數(shù)據(jù)、微控制器端口輸出、其他邏輯門輸出等。

Bx (B1、B2、B3、B4)： 這些是第二組數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)選擇控制端S為高電平（邏輯1）時(shí)，相應(yīng)的Bx輸入信號(hào)將被選擇并輸出到其對(duì)應(yīng)的Yx輸出端。例如，當(dāng)S=1時(shí)，1B的數(shù)據(jù)會(huì)輸出到1Y，2B的數(shù)據(jù)會(huì)輸出到2Y，以此類推。與Ax輸入端類似，Bx輸入端也能夠連接各種數(shù)字信號(hào)。

每組Ax和Bx輸入端都是獨(dú)立的，這意味著它們可以接收不同的數(shù)據(jù)信號(hào)。這種獨(dú)立的輸入設(shè)計(jì)使得74HC157能夠同時(shí)對(duì)四組數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，極大地提高了電路的集成度和靈活性。例如，在一個(gè)系統(tǒng)中，可以利用一個(gè)74HC157來選擇四路不同的傳感器數(shù)據(jù)，或者選擇四路不同的控制信號(hào)。

數(shù)據(jù)輸出引腳：Yx (Y1-Y4)

Yx (Y1、Y2、Y3、Y4)： 這些是74HC157的四路數(shù)據(jù)輸出端。每個(gè)Yx輸出端對(duì)應(yīng)于一組Ax和Bx輸入。Yx的輸出狀態(tài)由選擇控制端S和使能端$overline{ ext{E}}$共同決定。

工作原理：

• 當(dāng)使能端$overline{ ext{E}}$為低電平（邏輯0）時(shí)：

• 如果選擇控制端S為低電平（邏輯0），則Yx輸出端將輸出其對(duì)應(yīng)的Ax輸入端的數(shù)據(jù)。

• 如果選擇控制端S為高電平（邏輯1），則Yx輸出端將輸出其對(duì)應(yīng)的Bx輸入端的數(shù)據(jù)。 這種選擇功能正是多路復(fù)用器的核心所在，它允許根據(jù)控制信號(hào)動(dòng)態(tài)地切換數(shù)據(jù)源。

• 當(dāng)使能端$overline{ ext{E}}$為高電平（邏輯1）時(shí)：

• 無論選擇控制端S處于何種狀態(tài)（高電平或低電平），所有Yx輸出端都將被置于低電平（邏輯0）。 使能端提供了一個(gè)全局控制功能，可以在需要時(shí)完全禁用數(shù)據(jù)選擇器，使輸出處于已知狀態(tài)。這對(duì)于系統(tǒng)初始化、故障排除或在某些條件下需要強(qiáng)制輸出為低電平的應(yīng)用非常有用。

每個(gè)Yx輸出端都具有CMOS特性，能夠提供較高的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接驅(qū)動(dòng)其他CMOS或TTL邏輯門。然而，在驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載或長(zhǎng)傳輸線時(shí)，仍需考慮信號(hào)完整性和扇出能力。

控制引腳：S和$overline{ ext{E}}$

這兩個(gè)引腳是74HC157實(shí)現(xiàn)其核心功能——數(shù)據(jù)選擇和使能控制的關(guān)鍵。

S (引腳9)： S是74HC157的選擇控制輸入引腳。它決定了哪一路數(shù)據(jù)輸入（A或B）將被傳遞到輸出端。

• 當(dāng)S為低電平（邏輯0）時(shí)： 選擇A輸入。此時(shí)，1A的數(shù)據(jù)被路由到1Y，2A的數(shù)據(jù)到2Y，以此類推，直到4A到4Y?？梢岳斫鉃樵赟=0時(shí)，器件處于“A通道”模式。

• 當(dāng)S為高電平（邏輯1）時(shí)： 選擇B輸入。此時(shí)，1B的數(shù)據(jù)被路由到1Y，2B的數(shù)據(jù)到2Y，以此類推，直到4B到4Y?？梢岳斫鉃樵赟=1時(shí)，器件處于“B通道”模式。

S引腳的電平變化可以直接控制數(shù)據(jù)流的切換，響應(yīng)速度快，通常用于高速數(shù)據(jù)通路的選擇。例如，在內(nèi)存系統(tǒng)中，S引腳可以用于選擇不同的存儲(chǔ)器bank；在CPU中，可以用于選擇不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行處理。

E (引腳8)： $overline{ ext{E}}$是74HC157的使能輸入引腳，其上方有一條橫線，表示它是一個(gè)低電平有效的引腳。

• 當(dāng)$overline{ ext{E}}$為低電平（邏輯0）時(shí)： 74HC157處于使能（Enabled）狀態(tài)。此時(shí)，多路復(fù)用器正常工作，數(shù)據(jù)輸出Yx的狀態(tài)由S引腳的邏輯電平以及相應(yīng)的A或B輸入數(shù)據(jù)決定。這是器件進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇的正常工作模式。

• 當(dāng)$overline{ ext{E}}$為高電平（邏輯1）時(shí)： 74HC157處于禁用（Disabled）狀態(tài)。此時(shí)，無論S引腳的邏輯電平如何，所有的Yx輸出端都將被強(qiáng)制置為低電平（邏輯0）。這使得74HC157能夠方便地與三態(tài)輸出器件配合使用，或者在不需要輸出時(shí)將其禁用，以節(jié)省功耗或避免總線沖突。例如，在總線仲裁系統(tǒng)中，當(dāng)某個(gè)設(shè)備不擁有總線控制權(quán)時(shí)，其輸出可以通過$overline{ ext{E}}$引腳被禁用，從而防止數(shù)據(jù)沖突。

使能端的設(shè)計(jì)提供了對(duì)整個(gè)芯片的全局控制能力，是許多數(shù)字邏輯器件的常見特性，對(duì)于系統(tǒng)級(jí)的控制和管理具有重要意義。

工作原理與邏輯功能

74HC157的核心功能是實(shí)現(xiàn)四路2選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器。它的工作原理基于基本的CMOS邏輯門，通過控制邏輯電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的切換。

真值表

為了更直觀地理解74HC157的工作方式，我們可以列出其真值表。由于它是四路獨(dú)立的2選1選擇器，每一路的真值表都是相同的。以下以其中一路（例如1A、1B、1Y）為例進(jìn)行說明：

注：

• H表示高電平（邏輯1）

• L表示低電平（邏輯0）

• X表示任意狀態(tài)（Don't care）

從真值表中可以看出，使能端$overline{ ext{E}}具有最高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)overline{ ext{E}}為高電平（禁用）時(shí)，無論S、Ax和Bx的狀態(tài)如何，輸出Yx都為低電平。只有當(dāng)overline{ ext{E}}$為低電平（使能）時(shí)，S引腳才能發(fā)揮其選擇功能，根據(jù)S的電平將Ax或Bx的數(shù)據(jù)傳遞到Y(jié)x。

邏輯表達(dá)式

74HC157的邏輯功能可以用布爾代數(shù)表達(dá)式來描述。對(duì)于每一路輸出Yx，其邏輯表達(dá)式為：

Yx=(E?S?Ax)+(E?S?Bx)

或者更簡(jiǎn)潔地表示為：

Yx=E?((S?Ax)+(S?Bx))

這個(gè)表達(dá)式清晰地表明了輸出Yx的狀態(tài)取決于使能端$overline{ ext{E}}$、選擇控制端S以及對(duì)應(yīng)的A或B輸入數(shù)據(jù)。

• 當(dāng)$overline{ ext{E}}為高電平（邏輯1）時(shí)，overline{ ext{E}}$為低電平（邏輯0），因此整個(gè)表達(dá)式為0，Yx輸出低電平。

• 當(dāng)$overline{ ext{E}}為低電平（邏輯0）時(shí)，overline{ ext{E}}$為高電平（邏輯1），此時(shí)輸出Yx由后面的部分決定：

• 如果S為低電平（邏輯0），則$overline{S}$為高電平（邏輯1），表達(dá)式變?yōu)?(1?Ax)+(0?Bx)=Ax，即Yx = Ax。

• 如果S為高電平（邏輯1），則$overline{S}$為低電平（邏輯0），表達(dá)式變?yōu)?(0?Ax)+(1?Bx)=Bx，即Yx = Bx。

這個(gè)邏輯表達(dá)式精確地描述了74HC157的數(shù)據(jù)選擇和使能功能。

內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)概述

盡管我們不需要深入到晶體管級(jí)別的細(xì)節(jié)，但了解74HC157的內(nèi)部構(gòu)成有助于理解其工作方式。74HC157主要由CMOS與非門、非門以及傳輸門構(gòu)成。

• 選擇邏輯： S引腳的電平通過非門產(chǎn)生$overline{S}。S和overline{S}$信號(hào)與A和B輸入信號(hào)通過一系列與非門和非門的組合，形成一個(gè)或門（OR gate）的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)確保在S選擇A時(shí)，A信號(hào)能夠通過，而在S選擇B時(shí)，B信號(hào)能夠通過。

• 使能邏輯： 使能端$overline{ ext{E}}通常與輸出級(jí)的AND門相連。當(dāng)overline{ ext{E}}為高電平（禁用）時(shí)，它會(huì)強(qiáng)制所有輸出AND門的輸出為低電平，從而使Yx輸出為低。當(dāng)overline{ ext{E}}$為低電平（使能）時(shí)，AND門處于正常工作狀態(tài)，允許經(jīng)過選擇的A或B數(shù)據(jù)通過。

• 傳輸門： 在一些CMOS多路復(fù)用器設(shè)計(jì)中，可能會(huì)采用CMOS傳輸門來實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的選擇。傳輸門具有非常低的導(dǎo)通電阻和高截止電阻，可以在不引入顯著損耗的情況下快速切換信號(hào)路徑。當(dāng)選擇信號(hào)（S或$overline{S}$）開啟一個(gè)傳輸門時(shí)，相應(yīng)的輸入信號(hào)（A或B）就會(huì)被傳遞到輸出端。

通過這些邏輯門的巧妙組合，74HC157實(shí)現(xiàn)了高效、低功耗的數(shù)據(jù)選擇功能。CMOS技術(shù)的使用也使得其具有較高的噪聲容限和較寬的工作電壓范圍。

主要特性

74HC157作為一款經(jīng)典的CMOS邏輯器件，具有一系列優(yōu)異的特性，使其在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中備受青睞。

高速CMOS技術(shù)

高速（High Speed）： 74HC系列是在標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化工藝和電路設(shè)計(jì)，顯著提高了工作速度。與早期的CD4000系列CMOS器件相比，74HC157的傳播延遲時(shí)間大大縮短，接近甚至可以與低功耗肖特基TTL（LS-TTL）系列器件相媲美。這使得它能夠應(yīng)用于對(duì)速度有一定要求的數(shù)字系統(tǒng)中，例如微控制器外設(shè)接口、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。其典型傳播延遲時(shí)間通常在幾十納秒到幾納秒之間，具體取決于VCC電壓和負(fù)載情況。

CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）： CMOS技術(shù)是數(shù)字集成電路的主流技術(shù)之一。它的主要優(yōu)點(diǎn)是極低的靜態(tài)功耗。當(dāng)CMOS門處于穩(wěn)態(tài)（輸入不發(fā)生變化）時(shí)，由于P溝道和N溝道MOSFET總是有一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)，因此幾乎沒有直流電流通過，功耗極小。只有在邏輯狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，由于電容充放電才會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)功耗。這一特性使得74HC157非常適合電池供電的便攜式設(shè)備以及對(duì)功耗敏感的應(yīng)用。此外，CMOS器件還具有高輸入阻抗，這意味著它對(duì)前級(jí)電路的負(fù)載效應(yīng)非常小，可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)CMOS門。

寬工作電壓范圍

74HC157通常可以在2V至6V的電源電壓下穩(wěn)定工作。這個(gè)寬泛的電壓范圍為設(shè)計(jì)者提供了極大的靈活性。

• 在低電壓應(yīng)用中（如2V、3.3V），74HC157可以直接與低電壓微控制器或傳感器接口，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)并降低了成本。

• 在傳統(tǒng)5V TTL邏輯系統(tǒng)兼容性方面，它也能良好地工作，方便了新舊系統(tǒng)的集成。

這種寬電壓兼容性使得74HC157能夠適應(yīng)各種不同的電源系統(tǒng)，提高了其通用性。

低功耗

如前所述，CMOS技術(shù)的本質(zhì)決定了74HC157具有極低的靜態(tài)功耗。其靜態(tài)電流通常在微安（μA）級(jí)別，甚至更低。即使在動(dòng)態(tài)工作時(shí)，其功耗也遠(yuǎn)低于同等功能的TTL器件。這種低功耗特性在以下場(chǎng)景中尤為重要：

• 電池供電的設(shè)備： 延長(zhǎng)電池壽命，減少充電頻率。

• 便攜式電子產(chǎn)品： 如智能手表、可穿戴設(shè)備等。

• 大型數(shù)字系統(tǒng)： 降低整個(gè)系統(tǒng)的散熱需求和運(yùn)行成本。

• 分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)： 節(jié)點(diǎn)通常需要長(zhǎng)時(shí)間低功耗運(yùn)行。

高噪聲抗擾度

CMOS器件通常具有較高的噪聲容限。噪聲容限是指輸入信號(hào)可以在不引起錯(cuò)誤輸出的情況下偏離其理想邏輯電平的最大值。74HC157的噪聲容限通常為VCC的30%至40%，遠(yuǎn)高于TTL器件。

• 軌到軌（Rail-to-Rail）輸出： CMOS輸出級(jí)可以輸出接近電源電壓（VCC）和接地電壓（GND）的邏輯高和邏輯低電平，這使得它能夠更好地抑制噪聲，因?yàn)檫壿嬰娖街g的擺幅更大。

• 低輸入電流： 高輸入阻抗意味著輸入電流非常小，減少了在輸入線上感應(yīng)噪聲的可能性。

高噪聲抗擾度使得74HC157在工業(yè)控制、汽車電子等噪聲環(huán)境較惡劣的應(yīng)用中表現(xiàn)可靠。

高輸出驅(qū)動(dòng)能力

盡管74HC157的輸入阻抗很高，但其輸出級(jí)通常具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力。這意味著它可以直接驅(qū)動(dòng)多個(gè)同系列CMOS邏輯門（高扇出），或者驅(qū)動(dòng)一些低功耗的TTL邏輯門。具體驅(qū)動(dòng)能力取決于VCC電壓和負(fù)載類型，但通常足以滿足大多數(shù)數(shù)字電路設(shè)計(jì)的需求。例如，它通常可以提供幾毫安的灌電流和拉電流，足以點(diǎn)亮LED或驅(qū)動(dòng)繼電器等小負(fù)載（需配合適當(dāng)?shù)南蘖麟娮瑁?/span>

應(yīng)用場(chǎng)景

74HC157作為一款多功能集成電路，在各種數(shù)字系統(tǒng)中都有廣泛的應(yīng)用。其核心的數(shù)據(jù)選擇和多路復(fù)用功能使其成為許多電路設(shè)計(jì)中不可或缺的組成部分。

數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器

這是74HC157最直接和主要的應(yīng)用。在許多情況下，我們需要從多個(gè)數(shù)據(jù)源中選擇一個(gè)并將其發(fā)送到單個(gè)輸出端。

• CPU數(shù)據(jù)通路： 在微處理器或微控制器內(nèi)部，常常需要選擇不同寄存器或內(nèi)存位置的數(shù)據(jù)作為ALU（算術(shù)邏輯單元）的輸入。74HC157可以用于構(gòu)建這樣的數(shù)據(jù)選擇器。

• 外設(shè)接口： 當(dāng)多個(gè)外設(shè)共享同一組數(shù)據(jù)線時(shí)，可以使用74HC157來選擇當(dāng)前需要通信的外設(shè)數(shù)據(jù)。例如，在嵌入式系統(tǒng)中，可能需要從多個(gè)傳感器中讀取數(shù)據(jù)，74HC157可以根據(jù)控制信號(hào)選擇特定的傳感器數(shù)據(jù)。

• 信號(hào)路由： 在復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)中，需要將來自不同模塊的信號(hào)路由到目標(biāo)模塊，74HC157可以作為信號(hào)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)靈活的信號(hào)路徑配置。

并行到串行轉(zhuǎn)換（數(shù)據(jù)選擇）

雖然74HC157本質(zhì)上是并行的輸入輸出，但通過與計(jì)數(shù)器配合，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的并行到串行轉(zhuǎn)換。

• 將并行數(shù)據(jù)連接到A或B輸入端。

• 使用一個(gè)計(jì)數(shù)器（例如74HC161或74HC163）的輸出作為S引腳的控制信號(hào)，并且使計(jì)數(shù)器依次遞增。

• 在每個(gè)時(shí)鐘周期，74HC157會(huì)選擇不同的輸入通道，從而將并行數(shù)據(jù)逐位地輸出到Y(jié)端，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)串行輸出。

這種方法在數(shù)據(jù)傳輸需要節(jié)省引腳或進(jìn)行簡(jiǎn)單的時(shí)分復(fù)用時(shí)非常有用，例如在早期微處理器系統(tǒng)中用于多路按鍵掃描或LED顯示。

波形生成器

通過將不同的固定邏輯電平或周期性信號(hào)連接到A和B輸入端，74HC157可以根據(jù)S引腳的控制來選擇性地輸出這些信號(hào)，從而生成復(fù)雜的波形。

• 可編程時(shí)鐘發(fā)生器： 可以將多個(gè)不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)連接到A/B輸入，通過改變S引腳的狀態(tài)來選擇輸出不同的時(shí)鐘頻率。

• 數(shù)字波形合成： 將不同的數(shù)字模式連接到輸入端，并快速切換S引腳，可以在輸出端合成出階梯波、方波序列等復(fù)雜的數(shù)字波形。

邏輯功能實(shí)現(xiàn)

74HC157本身是一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，但它也可以通過巧妙的連接來實(shí)現(xiàn)各種基本的邏輯門功能，如AND、OR、NOT、XOR等。這是因?yàn)槿魏尾紶柡瘮?shù)都可以用數(shù)據(jù)選擇器來實(shí)現(xiàn)。

• AND門： 假設(shè)要實(shí)現(xiàn)A AND B。將A輸入連接到B0，GND連接到A0，S連接到B。當(dāng)S為1時(shí)，選擇B0（即A）；當(dāng)S為0時(shí)，選擇A0（即GND）。如果A=0，輸出0；如果A=1且B=0，輸出0；如果A=1且B=1，輸出1。這并不是一個(gè)直接的AND門，但可以通過更復(fù)雜的連接實(shí)現(xiàn)。更直接地，可以將A連接到1A，B連接到1B，選擇端S連接到1A或1B的一個(gè)輸入，另一個(gè)輸入連接到固定邏輯。或者，將A接到Ax，將1接到Bx，控制S為A，那么輸出就是Ax AND 1，也就是Ax。

• 通用邏輯門： 更一般地，對(duì)于任何一個(gè)兩輸入布爾函數(shù)（例如異或門），可以構(gòu)建一個(gè)真值表，然后將函數(shù)的輸出值作為A和B輸入，將輸入變量作為S控制。例如，對(duì)于異或門（A⊕B），當(dāng)A=0時(shí)，輸出B；當(dāng)A=1時(shí)，輸出$overline{B}。我們可以將0作為S，將B連接到A_0$，將$overline{B}連接到B_0$，然后輸出就是Y0。這種方法雖然可行，但在有專用邏輯門時(shí)，通常不推薦，因?yàn)樗鼤?huì)消耗更多的芯片資源。但在芯片資源有限或需要高度可配置性的FPGA/CPLD中，通過復(fù)用多路選擇器來實(shí)現(xiàn)邏輯功能是很常見的。

存儲(chǔ)器地址譯碼

在微處理器系統(tǒng)中，當(dāng)需要擴(kuò)展存儲(chǔ)器空間時(shí)，74HC157可以用于譯碼地址線，選擇特定的存儲(chǔ)器芯片。

• 例如，如果系統(tǒng)有兩片ROM或RAM，它們共享數(shù)據(jù)總線，但地址空間不同。

• 可以將CPU的地址線高位連接到74HC157的S引腳，或者作為A/B輸入。

• 74HC157的輸出可以作為不同存儲(chǔ)器芯片的片選（Chip Select, CS）信號(hào)。

• 當(dāng)S引腳根據(jù)地址高位切換時(shí)，只有一片存儲(chǔ)器被選中，從而避免地址沖突。

可編程邏輯陣列（PLAs）和可編程陣列邏輯（PALs）的構(gòu)建塊

在數(shù)字設(shè)計(jì)早期，多路復(fù)用器經(jīng)常被用作構(gòu)建更復(fù)雜的可編程邏輯器件的基本單元。通過級(jí)聯(lián)和組合多個(gè)74HC157，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的布爾函數(shù)。雖然現(xiàn)在有更高級(jí)的FPGA和CPLD，但理解多路復(fù)用器作為通用邏輯構(gòu)建塊的概念對(duì)于理解數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)至關(guān)重要。

級(jí)聯(lián)應(yīng)用

74HC157的四路獨(dú)立結(jié)構(gòu)使得它非常適合級(jí)聯(lián)使用，以構(gòu)建更大規(guī)模的數(shù)據(jù)選擇器。

• 擴(kuò)展輸入通道： 比如需要一個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇器，可以使用兩個(gè)74HC157。前一個(gè)74HC157用于選擇前四路或后四路數(shù)據(jù)，其輸出連接到第二個(gè)74HC157的輸入。通過控制兩個(gè)74HC157的S引腳和使能引腳，可以實(shí)現(xiàn)8選1甚至16選1的數(shù)據(jù)選擇功能。例如，可以構(gòu)建一個(gè)大型的32選1選擇器，通過多層級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。

• 多位數(shù)據(jù)選擇： 74HC157的四路并行輸出使其非常適合選擇4位寬的數(shù)據(jù)總線。例如，在一個(gè)8位系統(tǒng)中，如果需要選擇兩組8位數(shù)據(jù)中的一組，可以使用兩個(gè)74HC157，每個(gè)處理4位，共處理8位數(shù)據(jù)。這兩個(gè)74HC157的S引腳和$overline{ ext{E}}$引腳可以連接到同一個(gè)控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)選擇8位數(shù)據(jù)。

使用注意事項(xiàng)

在使用74HC157或其他任何CMOS集成電路時(shí)，為了確保其正常工作、穩(wěn)定可靠并延長(zhǎng)使用壽命，需要注意以下幾點(diǎn)。

電源和接地

• VCC電壓范圍： 嚴(yán)格遵守74HC157的數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的VCC工作電壓范圍（通常為2V至6V）。過高或過低的電壓都會(huì)導(dǎo)致器件損壞或工作異常。

• 去耦電容： 在VCC和GND引腳之間靠近芯片放置一個(gè)0.1μF的陶瓷去耦電容。這個(gè)電容能夠?yàn)V除電源線上的高頻噪聲，并在芯片快速開關(guān)時(shí)提供瞬時(shí)電流，從而防止電源波動(dòng)對(duì)邏輯電平造成干擾，提高電路的穩(wěn)定性。對(duì)于大型系統(tǒng)，可能還需要在電源入口處放置更大容量的電解電容。

• 良好接地： 確保GND引腳與系統(tǒng)的公共地線有低阻抗連接。在PCB設(shè)計(jì)中，使用地平面（Ground Plane）是最佳實(shí)踐，它能提供優(yōu)異的噪聲抑制和信號(hào)完整性。

輸入信號(hào)處理

• 輸入保護(hù)： 74HC系列器件的輸入端內(nèi)部通常集成了ESD（靜電放電）保護(hù)二極管。盡管如此，在操作時(shí)仍應(yīng)注意防止靜電損傷。佩戴防靜電腕帶，在防靜電工作臺(tái)操作，并避免在干燥環(huán)境中裸手觸摸引腳。

• 未用輸入端處理： 對(duì)于任何CMOS器件，未使用的輸入端絕對(duì)不能浮空。浮空的輸入端容易受到噪聲干擾，導(dǎo)致邏輯狀態(tài)不確定，甚至可能引起芯片內(nèi)部邏輯門的高頻振蕩，增加功耗。未使用的輸入端應(yīng)該連接到固定的邏輯高電平（VCC）或邏輯低電平（GND）。對(duì)于74HC157，未使用的Ax/Bx輸入端、S端和$overline{ ext{E}}$端都應(yīng)妥善處理。通常，如果某些輸入通道不使用，可以將其輸入端連接到GND或VCC，并將對(duì)應(yīng)的Y輸出端置于不使用狀態(tài)。

• 輸入電平： 確保輸入信號(hào)的電壓電平符合74HC157的輸入邏輯高/低電平閾值。對(duì)于CMOS器件，輸入高電平應(yīng)接近VCC，輸入低電平應(yīng)接近GND。如果輸入信號(hào)來自不同邏輯家族（如TTL），可能需要使用電平轉(zhuǎn)換芯片。

輸出負(fù)載

• 輸出電流限制： 盡管74HC157具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，但每個(gè)輸出引腳都有其最大灌電流和拉電流限制。不要超過數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的最大輸出電流。長(zhǎng)時(shí)間過載可能導(dǎo)致器件損壞或性能下降。

• 電容負(fù)載： 驅(qū)動(dòng)大電容負(fù)載（例如長(zhǎng)傳輸線或多個(gè)CMOS輸入）會(huì)增加動(dòng)態(tài)功耗，并可能導(dǎo)致信號(hào)上升/下降時(shí)間變慢。在必要時(shí)，可以考慮使用緩沖器或線路驅(qū)動(dòng)器來增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。

時(shí)序考慮

• 傳播延遲： 74HC157在輸入信號(hào)變化到輸出信號(hào)變化之間存在一個(gè)傳播延遲時(shí)間（Propagation Delay）。在高速設(shè)計(jì)中，需要將這些延遲時(shí)間納入考慮，以確保時(shí)序正確。

• 建立時(shí)間/保持時(shí)間： 雖然74HC157是組合邏輯器件，沒有嚴(yán)格的建立/保持時(shí)間要求，但在選擇控制S和使能$overline{ ext{E}}$引腳的切換過程中，需要確保輸入數(shù)據(jù)Ax/Bx在輸出穩(wěn)定之前已經(jīng)穩(wěn)定下來。

散熱

在大多數(shù)低功耗應(yīng)用中，74HC157的功耗非常低，通常不需要額外的散熱措施。但如果在極端條件下（例如高溫、高頻率切換大電容負(fù)載），器件可能會(huì)產(chǎn)生少量熱量。在這些情況下，應(yīng)確保良好的通風(fēng)。

抗干擾設(shè)計(jì)

• PCB布局： 遵循良好的PCB布局實(shí)踐，如短走線、最小化環(huán)路面積、地線寬大、電源走線粗壯等，以減少電磁干擾（EMI）和提高信號(hào)完整性。

• 信號(hào)完整性： 在高速應(yīng)用中，考慮傳輸線效應(yīng)。對(duì)于長(zhǎng)走線，可能需要進(jìn)行阻抗匹配或使用終端電阻，以避免信號(hào)反射和振鈴。

總結(jié)

74HC157是一款功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的四路2選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復(fù)用器。其高速CMOS技術(shù)、寬工作電壓范圍、低功耗、高噪聲抗擾度以及高輸出驅(qū)動(dòng)能力等特點(diǎn)，使其在各種數(shù)字電路設(shè)計(jì)中都表現(xiàn)出色。

通過詳細(xì)了解其引腳圖、各個(gè)引腳的功能、工作原理、真值表和邏輯表達(dá)式，我們可以充分發(fā)揮其在數(shù)據(jù)選擇、信號(hào)路由、波形生成、存儲(chǔ)器譯碼等方面的潛力。同時(shí)，遵循正確的使用注意事項(xiàng)，如電源處理、輸入信號(hào)處理、輸出負(fù)載管理和抗干擾設(shè)計(jì)等，能夠確保74HC157的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，從而構(gòu)建出高性能、低功耗的數(shù)字系統(tǒng)。

在當(dāng)今快速發(fā)展的電子技術(shù)領(lǐng)域，雖然有更集成、更靈活的FPGA和微控制器，但像74HC157這樣的通用邏輯芯片依然在許多中小規(guī)模、成本敏感或特定功能需求的數(shù)字電路中發(fā)揮著不可替代的作用。理解和掌握這些基本器件的原理和應(yīng)用，是每一位電子工程師必備的基礎(chǔ)知識(shí)。