74HC245 芯片資料及引腳功能詳細(xì)介紹

1. 概述

74HC245 是一款高速 CMOS 八路雙向總線收發(fā)器，具有三態(tài)輸出。它設(shè)計(jì)用于異步雙向數(shù)據(jù)傳輸。該器件可用于隔離數(shù)據(jù)總線，或在需要雙向緩沖的場(chǎng)合。其主要特點(diǎn)是提供非反相傳輸，也就是說(shuō)，輸入數(shù)據(jù)在輸出端保持相同的邏輯狀態(tài)。

該芯片具有兩個(gè)控制輸入：方向控制 (DIR) 和 輸出使能 (OE)。通過(guò)這兩個(gè)引腳的組合，可以控制數(shù)據(jù)流的方向以及輸出緩沖器的激活與禁用。這種靈活性使得 74HC245 在微控制器、存儲(chǔ)器和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它屬于 74HC 系列，意味著它采用高速 CMOS 技術(shù)制造，具有低功耗和高速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保持了 TTL 兼容的輸入和輸出電平，使其能夠方便地與各種數(shù)字邏輯系列集成。

在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)總線的完整性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。74HC245 作為一個(gè)緩沖器和收發(fā)器，能夠有效地驅(qū)動(dòng)高電容負(fù)載，減少總線上的噪聲，并提供電流驅(qū)動(dòng)能力，確保數(shù)據(jù)在較長(zhǎng)距離或多個(gè)設(shè)備之間傳輸時(shí)信號(hào)的完整性。此外，它的三態(tài)輸出特性允許在多點(diǎn)總線系統(tǒng)中，不參與通信的設(shè)備將總線置于高阻態(tài)，從而避免總線沖突。這種特性在共享總線的系統(tǒng)中尤為重要，例如微處理器系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)總線，其中多個(gè)外設(shè)可能需要訪問(wèn)相同的總線。

2. 芯片特性

74HC245 具備一系列優(yōu)良特性，使其成為數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的首選組件：

• 八路雙向數(shù)據(jù)傳輸： 芯片內(nèi)部包含八個(gè)獨(dú)立的收發(fā)通道，可以同時(shí)處理八位并行數(shù)據(jù)。這意味著它可以作為一個(gè)完整的字節(jié)總線收發(fā)器，非常適合處理 8 位微控制器系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。這種并行處理能力大大提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

• 三態(tài)輸出： 每個(gè)輸出引腳都具有三態(tài)功能——高電平、低電平和高阻態(tài)。在高阻態(tài)下，輸出引腳呈現(xiàn)高阻抗，基本上與電路斷開(kāi)，不汲取或提供電流，從而允許其他設(shè)備驅(qū)動(dòng)總線而不會(huì)發(fā)生沖突。這對(duì)于共享總線的應(yīng)用至關(guān)重要，例如在多路復(fù)用總線或多主設(shè)備總線系統(tǒng)中。當(dāng)芯片的輸出使能 (OE) 引腳被禁用時(shí)，所有輸出都進(jìn)入高阻態(tài)。

• 高速 CMOS 技術(shù)： 采用先進(jìn)的硅柵 CMOS 技術(shù)制造，確保了高速度運(yùn)行和低靜態(tài)功耗。與傳統(tǒng)的 TTL 器件相比，HC 系列芯片在功耗方面有顯著優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于電池供電或功耗敏感的應(yīng)用尤其重要。同時(shí)，它的傳播延遲時(shí)間非常短，能夠滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/span>

• 寬工作電壓范圍： 通常支持 2V 至 6V 的寬電源電壓范圍。這使得它可以在各種電源電壓下工作，從低功耗的便攜設(shè)備到標(biāo)準(zhǔn)的 5V 邏輯系統(tǒng)，都能夠靈活應(yīng)用。這種寬電壓兼容性增強(qiáng)了其在不同系統(tǒng)中的適應(yīng)性。

• 低功耗： CMOS 技術(shù)固有的低功耗特性使其在靜態(tài)狀態(tài)下功耗極低，即使在高速運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)功耗也相對(duì)較低。這有助于延長(zhǎng)電池壽命并降低系統(tǒng)的熱量產(chǎn)生。

• TTL 兼容輸入/輸出： 雖然是 CMOS 器件，但其輸入和輸出電平與 TTL 標(biāo)準(zhǔn)兼容，可以直接與 TTL 邏輯系列器件接口，無(wú)需額外的電平轉(zhuǎn)換電路。這大大簡(jiǎn)化了混合邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和集成。

• 高輸出驅(qū)動(dòng)能力： 能夠驅(qū)動(dòng)相對(duì)較大的電流，通?？梢则?qū)動(dòng)多個(gè) TTL 負(fù)載，使其在驅(qū)動(dòng)總線或連接到多個(gè)輸入端時(shí)表現(xiàn)良好。

• 抗噪聲能力強(qiáng)： CMOS 技術(shù)使得芯片具有較高的抗噪聲能力，能夠更好地抵抗外部干擾，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>

• 多種封裝形式： 通常提供多種標(biāo)準(zhǔn)封裝，如 DIP（雙列直插式封裝）、SOP（小外形封裝）、TSSOP（薄型收縮型小外形封裝）等，以適應(yīng)不同的 PCB 布局和空間限制。

這些特性共同決定了 74HC245 在數(shù)字系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，包括微處理器接口、數(shù)據(jù)通信、外設(shè)連接、存儲(chǔ)器擴(kuò)展以及任何需要雙向數(shù)據(jù)緩沖和隔離的場(chǎng)合。它的可靠性、靈活性和高性能使其成為工程師設(shè)計(jì)各種數(shù)字電路時(shí)的常用選擇。

3. 引腳功能圖及詳細(xì)描述

為了更好地理解 74HC245 的工作原理，我們首先來(lái)看其典型的 20 引腳封裝引腳功能圖。

       +---U---+
A1  1  |       | 20 VCC
A2  2  |       | 19 B1
A3  3  |       | 18 B2
A4  4  |       | 17 B3
A5  5  |       | 16 B4
A6  6  |       | 15 B5
A7  7  |       | 14 B6
A8  8  |       | 13 B7
GND 9  |       | 12 B8
OE 10 |       | 11 DIR
       +-------+

引腳描述：

1. A1 - A8 (引腳 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)： 這些是 A 端口的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。它們是雙向的，可以作為輸入或輸出，具體取決于 DIR 引腳的邏輯狀態(tài)。在 DIR 為高電平時(shí)，A 端口作為輸入；在 DIR 為低電平時(shí)，A 端口作為輸出。這些引腳用于連接系統(tǒng)中的一個(gè)總線或一組并行信號(hào)線。每個(gè)引腳都對(duì)應(yīng) B 端口的一個(gè)引腳，形成一對(duì)傳輸通道。

2. B1 - B8 (引腳 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12)： 這些是 B 端口的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。與 A 端口類似，它們也是雙向的，可以作為輸入或輸出，具體取決于 DIR 引腳的邏輯狀態(tài)。在 DIR 為高電平時(shí)，B 端口作為輸出；在 DIR 為低電平時(shí)，B 端口作為輸入。這些引腳用于連接系統(tǒng)中的另一個(gè)總線或另一組并行信號(hào)線。A 端口和 B 端口之間的數(shù)據(jù)傳輸方向由 DIR 引腳控制。

3. GND (引腳 9)： 接地引腳。所有數(shù)字邏輯電路都需要一個(gè)共同的參考地。這個(gè)引腳應(yīng)該連接到電路的負(fù)電源端或系統(tǒng)地。確保良好的接地連接對(duì)于芯片的穩(wěn)定工作和抗噪聲能力至關(guān)重要。

4. OE (Output Enable, 引腳 10)： 輸出使能引腳。這是一個(gè)低電平有效（_OE）的控制輸入。當(dāng) OE 為低電平（邏輯 0）時(shí)，芯片的輸出（無(wú)論是 A 端口還是 B 端口，取決于 DIR 的狀態(tài)）被使能，數(shù)據(jù)可以正常傳輸。當(dāng) OE 為高電平（邏輯 1）時(shí)，芯片的所有輸出都進(jìn)入高阻態(tài)。這意味著它們與總線斷開(kāi)，不會(huì)影響總線上的信號(hào)。在多主設(shè)備或共享總線系統(tǒng)中，當(dāng) 74HC245 不被用于傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，將 OE 置高可以避免總線沖突。

5. DIR (Direction, 引腳 11)： 方向控制引腳。這是一個(gè)邏輯電平控制輸入，用于確定數(shù)據(jù)流的方向。

• 當(dāng) DIR 為高電平（邏輯 1）時(shí)，數(shù)據(jù)從 A 端口流向 B 端口 (A rightarrow B)。此時(shí)，A 端口作為輸入，B 端口作為輸出。

• 當(dāng) DIR 為低電平（邏輯 0）時(shí)，數(shù)據(jù)從 B 端口流向 A 端口 (B rightarrow A)。此時(shí)，B 端口作為輸入，A 端口作為輸出。 這個(gè)引腳的選擇性使得 74HC245 能夠在不同設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)靈活的雙向通信，而無(wú)需改變硬件連接。

6. VCC (引腳 20)： 電源電壓引腳。該引腳提供芯片所需的正電源電壓。根據(jù) 74HC245 的規(guī)格，VCC 通?？梢栽?2V 到 6V 之間。為了確保芯片的穩(wěn)定工作，VCC 引腳附近應(yīng)放置一個(gè)去耦電容（通常為 0.1 muF），以濾除電源噪聲并提供瞬時(shí)電流。

4. 功能表

下表總結(jié)了 74HC245 的主要操作模式，展示了 OE 和 DIR 引腳如何控制數(shù)據(jù)流的方向和輸出狀態(tài)：

解釋：

• 當(dāng) OE 為高電平（H）時(shí)，無(wú)論 DIR 引腳處于何種狀態(tài)（X，即任意），74HC245 的所有 A 端口和 B 端口都處于高阻態(tài)。這意味著芯片的輸出被禁用，與連接的總線斷開(kāi)，不傳遞任何數(shù)據(jù)。這在多點(diǎn)總線系統(tǒng)中非常有用，當(dāng)該芯片不參與數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以將其輸出置于高阻態(tài)，從而允許其他設(shè)備使用總線而不發(fā)生沖突。

• 當(dāng) OE 為低電平（L）時(shí)，芯片的輸出被使能，數(shù)據(jù)傳輸功能激活。此時(shí)，DIR 引腳的狀態(tài)決定了數(shù)據(jù)流的方向：

• 如果 DIR 為低電平（L），數(shù)據(jù)將從 B 端口流向 A 端口（B rightarrow A）。這意味著 B 端口作為輸入端接收數(shù)據(jù)，而 A 端口作為輸出端輸出數(shù)據(jù)。例如，如果 B 端口連接到微處理器的外部數(shù)據(jù)總線，而 A 端口連接到某個(gè)外設(shè)，那么微處理器可以通過(guò) B 端口向該外設(shè)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

• 如果 DIR 為高電平（H），數(shù)據(jù)將從 A 端口流向 B 端口（A rightarrow B）。這意味著 A 端口作為輸入端接收數(shù)據(jù)，而 B 端口作為輸出端輸出數(shù)據(jù)。繼續(xù)上面的例子，如果微處理器需要從外設(shè)讀取數(shù)據(jù)，可以通過(guò) A 端口從外設(shè)接收數(shù)據(jù)，并通過(guò) B 端口輸出到微處理器的內(nèi)部總線。

通過(guò)靈活地控制 OE 和 DIR 引腳，設(shè)計(jì)人員可以精確地控制 74HC245 在數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流。這種精確控制對(duì)于管理復(fù)雜的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)和避免數(shù)據(jù)沖突至關(guān)重要。

5. 內(nèi)部邏輯框圖

74HC245 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為一個(gè)由八個(gè)相同的雙向收發(fā)單元組成的陣列。每個(gè)單元都包含輸入緩沖器、輸出緩沖器和三態(tài)控制邏輯。

從概念上講，每個(gè)通道（例如 A1 和 B1）之間都有一個(gè)通路。這條通路的打開(kāi)和方向由 DIR 和 OE 引腳共同控制。

一個(gè)簡(jiǎn)化的內(nèi)部邏輯框圖如下所示：

+-------------------------------------------------+
|                                                 |
|   +---------------------------------------+     |
|   |        DIR (方向控制)               |     |
|   |         +-----------------------+     |     |
|   |         |                       |     |     |
|   |         |      方向控制邏輯     |     |     |
|   |         |                       |     |     |
|   |         +-----------+-----------+     |     |
|   |                     |                   |     |
|   |                     |                   |     |
|   |        OE (輸出使能)              |     |
|   |         +-----------------------+     |     |
|   |         |                       |     |     |
|   |         |      三態(tài)控制邏輯     |     |     |
|   |         |                       |     |     |
|   |         +-----------+-----------+     |     |
|   |                     |                   |     |
|   |   +-----+   +-------+-------+   +-----+   |
|   |   |     |   |               |   |     |   |
|   |   |     |<--|  收發(fā)單元 (x8)  |-->|     |   |
|   |   | A1  |---|               |---| B1  |   |
|   |   | ... |   |  (包含輸入/    |   | ... |   |
|   |   | A8  |---|  輸出緩沖器)    |---| B8  |   |
|   |   |     |   |               |   |     |   |
|   |   +-----+   +-------+-------+   +-----+   |
|   |                     |                   |     |
|   +---------------------+-------------------+     |
|                                                 |
+-------------------------------------------------+

詳細(xì)說(shuō)明：

• 方向控制邏輯 (DIR): 這個(gè)模塊根據(jù) DIR 引腳的邏輯狀態(tài)生成內(nèi)部控制信號(hào)，這些信號(hào)將控制每個(gè)收發(fā)單元中的數(shù)據(jù)通路方向。如果 DIR 為高，則打開(kāi)從 A 到 B 的通路；如果 DIR 為低，則打開(kāi)從 B 到 A 的通路。

• 三態(tài)控制邏輯 (OE): 這個(gè)模塊根據(jù) OE 引腳的邏輯狀態(tài)生成內(nèi)部控制信號(hào)，這些信號(hào)將控制每個(gè)收發(fā)單元的輸出緩沖器。如果 OE 為高，則所有輸出緩沖器都進(jìn)入高阻態(tài)；如果 OE 為低，則輸出緩沖器正常工作，傳遞數(shù)據(jù)。

• 收發(fā)單元 (x8): 芯片內(nèi)部有八個(gè)獨(dú)立的收發(fā)單元，每個(gè)單元對(duì)應(yīng)一對(duì) A 和 B 引腳（A1-B1, A2-B2, ..., A8-B8）。每個(gè)收發(fā)單元都包含：

• 輸入緩沖器: 接收來(lái)自輸入端的信號(hào)，并將其適當(dāng)整形，以確保信號(hào)的完整性并隔離輸入負(fù)載。

• 輸出緩沖器: 驅(qū)動(dòng)輸出端的信號(hào)。這些緩沖器是三態(tài)的，由三態(tài)控制邏輯控制其開(kāi)啟或關(guān)閉狀態(tài)。它們通常具有較高的電流驅(qū)動(dòng)能力，以便能夠驅(qū)動(dòng)總線上的多個(gè)設(shè)備。

• 數(shù)據(jù)通路: 在輸入緩沖器和輸出緩沖器之間建立的路徑。該路徑的建立和方向由方向控制邏輯決定。

這種模塊化設(shè)計(jì)使得 74HC245 能夠高效地處理并行數(shù)據(jù)，并提供精確的控制功能。每個(gè)數(shù)據(jù)通道都是獨(dú)立的，確保了八位數(shù)據(jù)的同步傳輸。

6. 電氣特性

了解 74HC245 的電氣特性對(duì)于正確設(shè)計(jì)和使用該芯片至關(guān)重要。這些特性通常包括電源電壓、輸入/輸出電壓、電流、傳播延遲時(shí)間以及功耗等。

6.1 絕對(duì)最大額定值 (Absolute Maximum Ratings)

這些值是芯片在不造成永久性損壞的情況下可以承受的極限。在任何情況下，都不能超過(guò)這些額定值。長(zhǎng)時(shí)間在最大額定值附近操作可能會(huì)影響芯片的可靠性。

• 電源電壓 (VCC): -0.5V to +7V

• 輸入電壓 (VI): -0.5V to VCC + 0.5V

• 輸出電壓 (VO): -0.5V to VCC + 0.5V (在輸出使能時(shí))

• 輸入鉗位電流 (IIK): pm20 mA (當(dāng) VI < -0.5V 或 VI > VCC + 0.5V 時(shí))

• 輸出鉗位電流 (IOK): pm20 mA (當(dāng) VO < -0.5V 或 VO > VCC + 0.5V 時(shí))

• 連續(xù)輸出電流 (IO): pm35 mA (每個(gè)輸出)

• VCC 或 GND 上的連續(xù)電流 (ICC, IGND): pm70 mA

• 存儲(chǔ)溫度范圍 (TSTG): -65°C to +150°C

6.2 推薦工作條件 (Recommended Operating Conditions)

這些是芯片設(shè)計(jì)用于正常和可靠運(yùn)行的范圍。

• 電源電壓 (VCC): 2.0V to 6.0V

• 輸入高電平電壓 (VIH):

• 當(dāng) VCC = 2.0V 時(shí): 1.5V (min)

• 當(dāng) VCC = 4.5V 時(shí): 3.15V (min)

• 當(dāng) VCC = 6.0V 時(shí): 4.2V (min)

• 輸入低電平電壓 (VIL):

• 當(dāng) VCC = 2.0V 時(shí): 0.5V (max)

• 當(dāng) VCC = 4.5V 時(shí): 1.35V (max)

• 當(dāng) VCC = 6.0V 時(shí): 1.8V (max)

• 工作環(huán)境溫度 (TA): -40°C to +85°C

6.3 靜態(tài)電氣特性 (DC Electrical Characteristics)

這些特性描述了芯片在穩(wěn)定狀態(tài)下的電氣行為。

• 靜態(tài)電源電流 (ICC): 通常在 20 muA (max) 左右。這表明芯片在不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的極低功耗。

• 輸出高電平電壓 (VOH):

• 當(dāng) VCC = 2.0V, IO = -4 mA 時(shí): 1.9V (min)

• 當(dāng) VCC = 4.5V, IO = -4 mA 時(shí): 4.4V (min)

• 當(dāng) VCC = 6.0V, IO = -4 mA 時(shí): 5.9V (min)

• 這表示在高負(fù)載情況下，輸出仍然能維持接近 VCC 的高電平。

• 輸出低電平電壓 (VOL):

• 當(dāng) VCC = 2.0V, IO = 4 mA 時(shí): 0.1V (max)

• 當(dāng) VCC = 4.5V, IO = 4 mA 時(shí): 0.1V (max)

• 當(dāng) VCC = 6.0V, IO = 4 mA 時(shí): 0.1V (max)

• 這表示在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，輸出能維持接近 GND 的低電平。

• 輸入電流 (II): pm0.1 muA (max)。CMOS 器件的輸入阻抗非常高，因此輸入電流極小。

6.4 動(dòng)態(tài)電氣特性 (AC Electrical Characteristics)

這些特性描述了芯片在瞬態(tài)變化時(shí)的行為，例如傳播延遲和切換時(shí)間。

• 傳播延遲時(shí)間 (tPD): 從輸入信號(hào)變化到輸出信號(hào)變化的延遲時(shí)間。

• 當(dāng) VCC = 2.0V, CL = 50 pF 時(shí): 15 ns (max)

• 當(dāng) VCC = 4.5V, CL = 50 pF 時(shí): 8 ns (max)

• 當(dāng) VCC = 6.0V, CL = 50 pF 時(shí): 6 ns (max)

• 這些值表明 74HC245 具有較快的傳輸速度，尤其是在較高的 VCC 下。

• A 到 B 或 B 到 A (tPLH, tPHL):

• 輸出使能延遲 (tPZL, tPZH): 從 OE 變?yōu)榈碗娖降捷敵鰪母咦钁B(tài)變?yōu)橛行л敵鰻顟B(tài)的延遲。

• 輸出禁用延遲 (tPLZ, tPHZ): 從 OE 變?yōu)楦唠娖降捷敵鰪挠行л敵鰻顟B(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)的延遲。

• 這些延遲時(shí)間對(duì)于時(shí)序關(guān)鍵的應(yīng)用非常重要，例如在總線切換或多路復(fù)用系統(tǒng)中。

• 輸入轉(zhuǎn)換時(shí)間 (tT): 輸入信號(hào)從低到高或從高到低的轉(zhuǎn)換時(shí)間。通常為 6 ns (max)。

• 最大時(shí)鐘頻率 (fMAX): 盡管 74HC245 不是一個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，但其延遲特性決定了它能夠處理的最大數(shù)據(jù)速率。

這些電氣特性是選擇和應(yīng)用 74HC245 的關(guān)鍵參數(shù)。它們幫助工程師確保芯片在特定設(shè)計(jì)要求下能夠可靠地工作，并與其他組件正確接口。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須參考具體制造商的數(shù)據(jù)手冊(cè)以獲取最準(zhǔn)確和最新的參數(shù)。

7. 應(yīng)用場(chǎng)景

74HC245 是一款極其通用的芯片，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字系統(tǒng)中，其雙向、三態(tài)特性使其成為數(shù)據(jù)總線接口的理想選擇。

• 微處理器/微控制器總線接口： 這是 74HC245 最常見(jiàn)的應(yīng)用之一。微處理器通常有地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。74HC245 可以作為數(shù)據(jù)總線上的收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)微處理器與存儲(chǔ)器（RAM、ROM）或外設(shè)（如并行端口、傳感器接口、LCD 顯示器控制器）之間的數(shù)據(jù)交換。通過(guò) DIR 引腳控制數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方向，OE 引腳控制總線驅(qū)動(dòng)器的使能，可以有效地管理數(shù)據(jù)流并避免總線沖突。例如，在一個(gè)系統(tǒng)中，CPU 可能需要從一個(gè)傳感器讀取數(shù)據(jù)，然后將處理后的數(shù)據(jù)寫(xiě)入一個(gè)顯示器。74HC245 可以用于緩沖和控制數(shù)據(jù)在這兩個(gè)方向上的流動(dòng)。

• 數(shù)據(jù)緩沖器和隔離器： 當(dāng)一個(gè)設(shè)備需要驅(qū)動(dòng)高電容負(fù)載或較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)線時(shí)，74HC245 可以提供必要的電流驅(qū)動(dòng)能力，以確保信號(hào)的完整性。同時(shí)，它還可以作為隔離器，將總線的不同部分隔離開(kāi)來(lái)，減少噪聲傳播，并在需要時(shí)允許部分總線處于高阻態(tài)，從而簡(jiǎn)化調(diào)試和故障排除。在復(fù)雜的系統(tǒng)板上，不同的模塊可能需要共享數(shù)據(jù)總線，而 74HC245 可以作為這些模塊之間的緩沖器，確保信號(hào)的強(qiáng)度和時(shí)序。

• 電平轉(zhuǎn)換： 雖然 74HC245 主要是用于總線收發(fā)，但它也可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換。例如，如果 VCC 設(shè)置為 5V，并且輸入信號(hào)是 3.3V CMOS 電平（滿足 VIH 閾值），則輸出將是 5V CMOS 電平。這在混合電壓系統(tǒng)中非常有用，例如當(dāng)一個(gè) 3.3V 微控制器需要與一個(gè) 5V 外設(shè)通信時(shí)。然而，需要注意的是，它不是專用的電平轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換能力受限于輸入電壓范圍和 VCC 的設(shè)置。

• 多路復(fù)用/解多路復(fù)用： 盡管不是嚴(yán)格意義上的多路復(fù)用器，但通過(guò)其三態(tài)輸出特性，74HC245 可以在共享總線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)偽多路復(fù)用。例如，在多個(gè)設(shè)備連接到同一組數(shù)據(jù)線的場(chǎng)景中，只有被使能的 74HC245 才能將數(shù)據(jù)放到總線上，其他未被選中的芯片則處于高阻態(tài)，從而避免總線競(jìng)爭(zhēng)。這種能力在擴(kuò)展系統(tǒng)總線時(shí)非常有用。

• 并行通信接口： 在需要并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)合，如連接到打印機(jī)端口、舊式外部存儲(chǔ)設(shè)備或自定義硬件接口時(shí)，74HC245 可以作為有效的接口芯片，管理數(shù)據(jù)的雙向流動(dòng)。它能夠一次性處理 8 位數(shù)據(jù)，非常適合字節(jié)寬度的數(shù)據(jù)總線。

• 信號(hào)同步和整形： 在某些情況下，數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生畸變或衰減。74HC245 內(nèi)部的緩沖器可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，恢復(fù)其正確的邏輯電平，并在一定程度上提高信號(hào)的上升沿和下降沿速度，從而提高系統(tǒng)的時(shí)序裕度。

• 存儲(chǔ)器擴(kuò)展： 在需要擴(kuò)展微處理器系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器時(shí)，74HC245 可以用于緩沖數(shù)據(jù)總線，使其能夠驅(qū)動(dòng)更多的存儲(chǔ)器芯片，同時(shí)保持信號(hào)的完整性。

• 通用數(shù)據(jù)總線應(yīng)用： 任何需要對(duì) 8 位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳輸、隔離或緩沖的數(shù)字電路系統(tǒng)，都可以考慮使用 74HC245。它提供了一種簡(jiǎn)單而可靠的解決方案來(lái)管理數(shù)據(jù)流和確?？偩€穩(wěn)定性。

總而言之，74HC245 的多功能性、易用性和高可靠性使其成為數(shù)字電路設(shè)計(jì)工具箱中不可或缺的一部分。它在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互連、提高信號(hào)質(zhì)量和管理數(shù)據(jù)流方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

8. 設(shè)計(jì)考慮與注意事項(xiàng)

在使用 74HC245 芯片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮一些關(guān)鍵因素，以確保其正常、穩(wěn)定和可靠地工作。

• 電源去耦： 這是任何數(shù)字 IC 設(shè)計(jì)中最基本的原則之一。在 74HC245 的 VCC 和 GND 引腳之間，應(yīng)盡可能靠近芯片放置一個(gè) 0.1 muF 的陶瓷去耦電容。這個(gè)電容的作用是提供瞬時(shí)電流，以應(yīng)對(duì)芯片內(nèi)部邏輯門切換時(shí)所需的電流突變，同時(shí)濾除電源線上的高頻噪聲。如果沒(méi)有足夠的去耦，可能會(huì)導(dǎo)致電源電壓波動(dòng)，從而影響芯片的穩(wěn)定性和可靠性，甚至引發(fā)錯(cuò)誤的邏輯狀態(tài)。對(duì)于包含多個(gè)數(shù)字 IC 的復(fù)雜系統(tǒng)，可能還需要在電源入口處放置一個(gè)較大的電解電容（例如 10 muF 或 100 muF）來(lái)提供更低頻率的濾波。

• 輸入/輸出終端電阻： 在某些高速或長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)景中，為了抑制信號(hào)反射和振鈴，可能需要在數(shù)據(jù)線上添加終端電阻。對(duì)于 74HC245 這樣具有較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的芯片，特別是當(dāng)總線長(zhǎng)度較長(zhǎng)或連接的設(shè)備較多時(shí)，終端電阻可以有效改善信號(hào)質(zhì)量。常見(jiàn)的終端方式包括串聯(lián)終端或并聯(lián)終端（如戴維南終端）。具體電阻值應(yīng)根據(jù)傳輸線特性阻抗和系統(tǒng)需求進(jìn)行計(jì)算和仿真。

• DIR 和 OE 引腳控制：

• DIR (方向控制)： 必須在數(shù)據(jù)傳輸之前設(shè)置好 DIR 引腳的狀態(tài)，并確保在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中保持穩(wěn)定。頻繁或不當(dāng)?shù)?DIR 切換可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。在大多數(shù)應(yīng)用中，DIR 引腳通常由微控制器的 GPIO 口或其他控制邏輯驅(qū)動(dòng)。在總線切換方向時(shí)，應(yīng)確?？偩€上沒(méi)有數(shù)據(jù)正在傳輸，或者在數(shù)據(jù)線進(jìn)入高阻態(tài)后再切換方向，以避免數(shù)據(jù)沖突或損壞。

• OE (輸出使能)： 同樣，OE 引腳的控制也至關(guān)重要。當(dāng) 74HC245 的輸出處于高阻態(tài)時(shí)，可以防止其與總線上的其他驅(qū)動(dòng)器發(fā)生沖突。在多主設(shè)備總線系統(tǒng)中，確保在不需要驅(qū)動(dòng)總線時(shí)將 OE 置高是避免總線競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。在啟動(dòng)或初始化時(shí)，通常建議將 OE 置高，以確保所有總線驅(qū)動(dòng)器都處于高阻態(tài)，直到系統(tǒng)準(zhǔn)備好進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸完成后，或在切換到另一個(gè)總線主設(shè)備之前，也應(yīng)將 OE 置高。

• 接地和布線： 良好的接地平面是數(shù)字電路穩(wěn)定運(yùn)行的基石。所有地引腳都應(yīng)該連接到低阻抗的共同地平面。數(shù)據(jù)線應(yīng)盡可能短且平行布線，以減少串?dāng)_。避免在數(shù)據(jù)線下方割裂地平面，因?yàn)檫@會(huì)破壞信號(hào)回流路徑，導(dǎo)致信號(hào)完整性問(wèn)題。對(duì)于高速信號(hào)，差分布線或阻抗控制布線可能需要進(jìn)一步考慮。

• 扇出能力： 盡管 74HC245 具有較高的輸出驅(qū)動(dòng)能力，但每個(gè)輸出引腳能夠驅(qū)動(dòng)的負(fù)載數(shù)量（扇出）是有限的。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的輸出電流規(guī)格，并確保每個(gè)輸出所連接的設(shè)備輸入電流總和不超過(guò)芯片的最大輸出電流。過(guò)載輸出會(huì)導(dǎo)致輸出電平不穩(wěn)定，傳播延遲增加，甚至可能永久性損壞芯片。

• ESD 保護(hù)： 靜電放電 (ESD) 對(duì) CMOS 器件具有潛在的破壞性。雖然 74HC245 內(nèi)部通常集成有 ESD 保護(hù)二極管，但在處理芯片時(shí)仍應(yīng)遵循防靜電措施，例如佩戴防靜電手環(huán)、使用防靜電臺(tái)墊等。在 PCB 設(shè)計(jì)中，也可以考慮在外部添加額外的 ESD 保護(hù)器件，特別是在面對(duì)外部連接器或易受靜電影響的接口處。

• 未使用的引腳處理： 對(duì)于未使用的輸入引腳，不建議懸空（浮空），因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)捕獲噪聲，導(dǎo)致芯片功耗增加或行為異常。未使用的輸入引腳應(yīng)連接到 VCC（對(duì)于邏輯高電平）或 GND（對(duì)于邏輯低電平），具體取決于其邏輯功能。對(duì)于未使用的輸出引腳，通常可以懸空，但如果它們是三態(tài)輸出，理論上它們會(huì)處于高阻態(tài)，但這仍然不是最佳實(shí)踐，如果可能，將其連接到電阻上拉或下拉到穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)更好。

• 熱量管理： 盡管 74HC245 功耗較低，但在高頻率、高負(fù)載或極端環(huán)境溫度下運(yùn)行時(shí)，仍需關(guān)注芯片的散熱問(wèn)題。確保芯片的工作環(huán)境溫度在推薦范圍內(nèi)，并提供適當(dāng)?shù)纳釛l件，例如通過(guò) PCB 銅面積散熱。

通過(guò)遵循這些設(shè)計(jì)考慮和注意事項(xiàng)，可以最大程度地發(fā)揮 74HC245 的性能，并確保其在各種應(yīng)用中的可靠運(yùn)行。在任何具體設(shè)計(jì)中，查閱芯片制造商的最新數(shù)據(jù)手冊(cè)是必不可少的，因?yàn)樗峁┝俗罹_和詳細(xì)的規(guī)格信息。

9. 與其他同類芯片的比較

在數(shù)字總線收發(fā)器領(lǐng)域，除了 74HC245 之外，還有許多其他同類芯片，它們?cè)谔匦?、性能和?yīng)用上有所差異。理解這些差異有助于選擇最適合特定應(yīng)用需求的芯片。

• 74LS245 (TTL 版本): 這是 74HC245 的 TTL 兼容低功耗肖特基版本。

• 功耗： 74LS245 的功耗通常遠(yuǎn)高于 74HC245。LS 系列芯片使用雙極晶體管，靜態(tài)功耗較高。

• 速度： 在某些傳播延遲方面，LS 系列可能比 HC 系列稍慢或相當(dāng)，具體取決于具體參數(shù)。

• 輸入/輸出電平： 74LS245 的輸入和輸出電平是標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平（例如 VIH = 2V, VIL = 0.8V）。雖然 74HC245 兼容 TTL，但其輸入閾值和輸出驅(qū)動(dòng)能力更傾向于 CMOS 電平。

• 抗噪聲能力： CMOS (HC) 器件通常具有更好的抗噪聲能力，因?yàn)樗鼈兊妮斎腴撝滴挥陔娫窜壍闹虚g。

• 應(yīng)用： 74LS245 在早期的數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，而 74HC245 在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中更受歡迎，尤其是在對(duì)功耗有要求、或需要與其他 CMOS 邏輯器件接口的場(chǎng)景。

• 74ACT245 / 74AC245 (高級(jí) CMOS/高性能 CMOS 版本): 這些是 74HC245 的更高性能版本，通常用于更高速度的應(yīng)用。

• 速度： AC 和 ACT 系列的傳播延遲明顯低于 HC 系列，能夠支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。它們是為需要更快的開(kāi)關(guān)速度的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。

• 功耗： 靜態(tài)功耗與 HC 系列相似，但在高頻運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)功耗會(huì)更高，因?yàn)樗鼈兦袚Q速度更快。

• 驅(qū)動(dòng)能力： 通常具有比 HC 系列更強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，能夠驅(qū)動(dòng)更大的負(fù)載。

• 噪聲： 更快的開(kāi)關(guān)速度可能會(huì)導(dǎo)致更大的瞬態(tài)電流和 EMI（電磁干擾）問(wèn)題，需要更仔細(xì)的 PCB 布局和去耦。

• 應(yīng)用： 適用于高性能計(jì)算、高速數(shù)據(jù)通信和任何對(duì)速度有嚴(yán)苛要求的應(yīng)用。

• LVC 系列（例如 74LVC245）： LVC 系列是低壓 CMOS 邏輯系列，設(shè)計(jì)用于在 1.8V、2.5V、3.3V 等更低電源電壓下工作，并支持寬范圍的輸入電壓電平轉(zhuǎn)換。

• 工作電壓： LVC 系列的主要優(yōu)勢(shì)在于其支持更低的電源電壓，這是現(xiàn)代低功耗、高性能系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。

• 電平轉(zhuǎn)換： 許多 LVC 器件具有電平轉(zhuǎn)換能力，意味著它們可以在輸入側(cè)接收不同于 VCC 的電壓，并在輸出側(cè)輸出 VCC 電平的信號(hào)。例如，74LVC245 可以在 5V VCC 下接收 3.3V 輸入信號(hào)并輸出 5V 信號(hào)。這使其成為多電壓系統(tǒng)中的理想選擇。

• 速度： 通常比 HC 系列更快，與 AC/ACT 系列相當(dāng)，甚至更快。

• 功耗： 在低電壓下工作時(shí)，功耗非常低。

• 應(yīng)用： 廣泛應(yīng)用于需要低電壓操作和電平轉(zhuǎn)換的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)，如手機(jī)、平板電腦、高性能處理器接口等。

• FX 系列 (例如 74CB3T3384): 這是另一種類型的總線開(kāi)關(guān)，通常不是傳統(tǒng)意義上的緩沖器或收發(fā)器，而是基于 FET 的模擬開(kāi)關(guān)。

• 工作原理： 它們不使用傳統(tǒng)邏輯門進(jìn)行緩沖，而是使用低電阻的 FET 開(kāi)關(guān)來(lái)連接或斷開(kāi)總線。這意味著它們對(duì)信號(hào)沒(méi)有邏輯電平的改變，只進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。

• 雙向性： 本身就是雙向的，不需要 DIR 引腳。

• 信號(hào)完整性： 具有非常低的“開(kāi)”電阻，對(duì)信號(hào)的衰減和延遲影響極小，非常適合需要保持信號(hào)完整性的應(yīng)用。

• 電壓支持： 許多總線開(kāi)關(guān)支持寬范圍的電壓，有些甚至可以進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

• 應(yīng)用： 適用于熱插拔、電池供電系統(tǒng)中的功耗管理、或需要透明信號(hào)傳輸（例如模擬信號(hào)或特定數(shù)字協(xié)議）的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是缺乏傳統(tǒng)緩沖器的驅(qū)動(dòng)能力和邏輯整形功能。

總結(jié)比較：

選擇哪種 245 變體取決于具體的應(yīng)用需求。如果追求低功耗和通用性，74HC245 是一個(gè)很好的平衡點(diǎn)。如果需要極高速度，則考慮 AC/ACT 系列。如果系統(tǒng)是低電壓或混合電壓設(shè)計(jì)，LVC 系列是理想選擇。而如果需要透明地切換總線而無(wú)需任何緩沖或邏輯處理，總線開(kāi)關(guān)則更合適。

10. 結(jié)論

74HC245 八路雙向總線收發(fā)器是一款在數(shù)字電子設(shè)計(jì)中具有廣泛應(yīng)用的重要集成電路。其核心價(jià)值在于能夠有效管理并行數(shù)據(jù)流，提供雙向傳輸能力、三態(tài)輸出控制和必要的緩沖功能。通過(guò)對(duì)其引腳功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣特性和應(yīng)用場(chǎng)景的深入理解，我們可以清晰地看到其在微處理器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信、外設(shè)接口以及任何需要數(shù)據(jù)緩沖和隔離的場(chǎng)合所扮演的關(guān)鍵角色。

核心優(yōu)勢(shì)總結(jié)：

• 雙向數(shù)據(jù)傳輸： 74HC245 允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上自由流動(dòng)（A到B或B到A），并通過(guò) DIR 引腳進(jìn)行簡(jiǎn)單控制，極大地簡(jiǎn)化了雙向總線的管理。

• 三態(tài)輸出： 允許芯片的輸出在不需要時(shí)進(jìn)入高阻態(tài)，有效地防止了總線競(jìng)爭(zhēng)和數(shù)據(jù)沖突，這在多主設(shè)備或多路復(fù)用總線系統(tǒng)中至關(guān)重要。

• 高性能與低功耗： 作為高速 CMOS 器件，它在保持相對(duì)較低功耗的同時(shí)，提供了快速的傳播延遲時(shí)間，適用于各種速度要求的應(yīng)用。

• 廣泛兼容性： 其 TTL 兼容的輸入/輸出電平使其能夠無(wú)縫地與不同邏輯系列的器件集成。

• 驅(qū)動(dòng)能力： 能夠驅(qū)動(dòng)高電容負(fù)載和長(zhǎng)數(shù)據(jù)線，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘?hào)完整性。

設(shè)計(jì)中的重要性：

在設(shè)計(jì)數(shù)字電路時(shí)，74HC245 提供了一種簡(jiǎn)潔而強(qiáng)大的解決方案，用于解決數(shù)據(jù)總線接口的復(fù)雜性。無(wú)論是用于隔離噪聲、增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，還是實(shí)現(xiàn)不同組件之間的數(shù)據(jù)通信，它都表現(xiàn)出色。其靈活性和可靠性使得工程師能夠構(gòu)建更加穩(wěn)定、高效和可擴(kuò)展的數(shù)字系統(tǒng)。

然而，像所有電子元件一樣，74HC245 也需要正確的設(shè)計(jì)和應(yīng)用考慮。電源去耦、適當(dāng)?shù)男盘?hào)終端、以及對(duì) DIR 和 OE 引腳的精確時(shí)序控制是確保其最佳性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。了解其與其他同類芯片（如 LS、AC/ACT、LVC 系列和總線開(kāi)關(guān)）的差異，有助于根據(jù)具體的系統(tǒng)需求做出明智的芯片選擇。

總之，74HC245 不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯門，它是一個(gè)功能強(qiáng)大的總線管理工具，是構(gòu)建現(xiàn)代復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的基石。掌握其特性和應(yīng)用技巧，對(duì)于任何從事硬件開(kāi)發(fā)的工程師而言，都是一項(xiàng)寶貴的技能。