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/多路復用器，廣泛應用于數(shù)字電路設計中。其核心功能是通過地址選擇信號從四個輸入信號中選擇一個作為輸出，同時支持兩組獨立的多路復用操作。該芯片具有高速、低功耗、邏輯電平兼容性強等特點，適用于數(shù)據(jù)總線控制、信號路由、邏輯函數(shù)實現(xiàn)等場景。本文將從引腳定義、功能邏輯、內部結構、電氣特性、應用實例等多個維度展開詳細分析。

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），引腳布局對稱，分為左右兩組獨立的4選1多路復用器。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. 第一組多路復用器（左側）

• 1C0~1C3（引腳1、2、3、4）：四個數(shù)據(jù)輸入端，分別對應輸入信號D0、D1、D2、D3。

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

• 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1G=0時，多路復用器正常工作；當1G=1時，輸出為高阻態(tài)。

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

3. 第二組多路復用器（右側）

• 2C0~2C3（引腳15、14、13、12）：四個數(shù)據(jù)輸入端，分別對應輸入信號D4、D5、D6、D7。

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

• 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)地址選擇信號輸出選中的數(shù)據(jù)信號。

4. 引腳功能總結表

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（S1、S0）從四個輸入信號中選擇一個作為輸出，同時支持使能控制。以下是其功能邏輯與真值表：

1. 功能邏輯

• 地址選擇邏輯：

• 當1G=0且1S1S0=00時，輸出1Y=1C0；

• 當1G=0且1S1S0=01時，輸出1Y=1C1；

• 當1G=0且1S1S0=10時，輸出1Y=1C2；

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

• 使能控制邏輯：

• 當1G=1時，無論地址選擇信號如何，輸出1Y為高阻態(tài)；

• 當2G=1時，無論地址選擇信號如何，輸出2Y為高阻態(tài)。

2. 真值表

以下是第一組多路復用器的真值表（第二組完全相同）：

四、74LS153內部結構與工作原理

74LS153的內部結構由兩組獨立的4選1多路復用器組成，每組包含以下核心模塊：

1. 地址譯碼器

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

• 例如，當S1S0=00時，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

• 每個數(shù)據(jù)輸入端（C0~C3）通過一個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

• 采用推挽結構，用于驅動后級負載，確保輸出邏輯電平的完整性與動態(tài)響應性能。

• 當使能端為低電平時，輸出緩沖器根據(jù)地址譯碼器的結果選擇對應的輸入信號輸出；當使能端為高電平時，輸出緩沖器進入高阻態(tài)。

4. 使能控制器

• 接收使能信號（G），當G=1時，禁用地址譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器，輸出為高阻態(tài)；當G=0時，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：無負載時典型值為19mA，最大值與片內溫度相關。

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，≥2.7V。

• 低電平輸出電壓（VOL）：在IOL=8mA時，≤0.5V。

4. 動態(tài)特性

• 傳播延遲時間（tPLH/tPHL）：在CL=50pF時，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/有效時間：典型值為12ns~16ns。

5. 負載能力

• 最大輸出驅動能力：可驅動10個標準TTL門負載（扇入=10）。

• 建議輸出負載電容：≤50pF。

6. 工作溫度范圍

• 商用級：0℃~70℃。

六、74LS153應用實例

74LS153的靈活性使其在數(shù)字電路設計中具有廣泛應用，以下是幾個典型實例：

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之間的通信路徑。例如，通過地址選擇信號（S1、S0）選擇將數(shù)據(jù)總線連接到內存、I/O端口或外設控制器。

2. 邏輯函數(shù)實現(xiàn)

74LS153可用于實現(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（S1、S0）作為輸入變量，可直接輸出邏輯函數(shù)的結果。

3. 信號路由與多路復用

在通信系統(tǒng)中，74LS153可用于將多個低速信號復用為高速信號，或通過時分復用技術實現(xiàn)多路信號的共享傳輸。

4. 全加器設計

74LS153可用于實現(xiàn)一位全加器。例如，將兩個加數(shù)和進位標志輸入到數(shù)據(jù)輸入端（C0~C3），通過地址選擇信號（S1、S0）選擇對應的輸入信號，并經(jīng)過異或門、與門等邏輯門處理后，輸出結果和進位標志。

5. 數(shù)碼管顯示驅動

在數(shù)碼管顯示系統(tǒng)中，74LS153可用于選擇不同的段碼信號，驅動多位數(shù)碼管顯示。例如，通過地址選擇信號（S1、S0）選擇要顯示的數(shù)碼管位，并將對應的段碼信號輸出到數(shù)碼管驅動電路。

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

• 應用場景：74LS151適用于需要更多輸入通道的場景，而74LS153適用于需要兩組獨立多路復用器的場景。

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位二進制地址信號轉換為8個互斥的低電平輸出信號；74LS153為數(shù)據(jù)選擇器，用于從多個輸入信號中選擇一個作為輸出。

• 應用場景：74LS138常用于地址譯碼、存儲器芯片選擇等場景，而74LS153常用于數(shù)據(jù)選擇、信號路由等場景。

八、74LS153使用注意事項

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。

• 電源電壓應在4.75V~5.25V范圍內，避免過壓或欠壓。

2. 輸入信號

• 輸入信號的邏輯電平應符合TTL標準（VIH≥2.0V，VIL≤0.8V）。

• 避免輸入信號懸空，建議通過上拉或下拉電阻固定電平。

3. 輸出負載

• 輸出負載電容應≤50pF，避免過大的負載電容導致信號失真。

• 輸出電流應≤8mA，避免過大的負載電流導致芯片過熱或損壞。

4. 使能控制

• 使能端（G）應正確配置，避免誤操作導致輸出異常。

• 在多片級聯(lián)使用時，應確保使能端的邏輯關系正確。

5. 溫度與散熱

• 工作溫度應在0℃~70℃范圍內，避免高溫導致芯片性能下降或損壞。

• 在高負載或高溫環(huán)境下，建議增加散熱措施。

九、總結

74LS153作為一款經(jīng)典的TTL系列雙4選1數(shù)據(jù)選擇器/多路復用器，具有高速、低功耗、邏輯電平兼容性強等特點，廣泛應用于數(shù)字電路設計中。本文從引腳定義、功能邏輯、內部結構、電氣特性、應用實例等多個維度對其進行了詳細分析，并提供了使用注意事項。通過深入理解74LS153的工作原理與應用場景，工程師可以更好地利用其優(yōu)勢，提高數(shù)字系統(tǒng)的性能與可靠性。