【74LS85进阶应用】：高级技巧助你将比较器在复杂系统中运用自如


参考资源链接：[4位数值比较器74LS85详解：引脚、功能与应用](https://wenku.csdn.net/doc/2krkn8zcqo?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. 74LS85比较器概述

在数字电路和数据处理领域中，74LS85是一个重要的组件，尤其在比较数字信号时。这个集成电路（IC）为工程师们提供了一个有效的方式来判断两个四位二进制数之间的大小关系，属于串行比较器类别。

## 1.1 数字比较器的作用和重要性

数字比较器是数字逻辑设计中不可或缺的组件。它依据二进制数的编码规则，比较两个数的大小并输出相应的比较结果。74LS85作为一种较为先进的比较器，能够处理四比特的二进制数。其主要用途包括在数字系统中进行决策逻辑的实现，比如在计分系统、计时器和各种数字控制应用中。

## 1.2 74LS85比较器的发展历史

74LS85由德州仪器（Texas Instruments）等公司于上世纪70年代推出，自此成为业界标准。它提供了快速、可靠的比较功能，与当时的微处理器配合使用，极大地促进了数字电子技术的发展。尽管现代数字系统中集成了更为复杂的逻辑功能，但74LS85因其稳定性和可靠性仍被广泛应用于教育、实验和某些特定应用中。

# 2. 理解74LS85的基本工作原理

## 2.1 74LS85的工作模式和配置
### 数字信号比较的基本概念

数字信号比较是电子系统中的一项基础功能，用于确定两个或多个二进制数值的相对大小。在数字逻辑电路设计中，比较器是实现这一功能的关键组件，而74LS85是比较器系列中的一个代表性成员，适用于4位二进制数的比较。

比较器根据输入的数字信号位（通常为二进制）的不同，输出一个特定的逻辑电平信号。对于74LS85来说，它比较两个4位的二进制数（A3A2A1A0和B3B2B1B0），并根据这些输入产生三个输出，分别是大于（A>B）、等于（A=B）和小于（A<B）的指示信号。

flowchart LR
    A[A3A2A1A0] -->|输入到| 74LS85
    B[B3B2B1B0] -->|输入到| 74LS85
    74LS85 -->|输出| Greater Than (A>B)
    74LS85 -->|输出| Equal (A=B)
    74LS85 -->|输出| Less Than (A<B)

在上述流程中，74LS85接收A和B两个4位二进制数作为输入，并通过内部逻辑电路确定这两个数的大小关系，最终输出三个相应的信号。

### 74LS85的级联使用方法

在处理超过4位的数字信号比较时，74LS85提供了一个非常便捷的级联功能。多个74LS85可以连接在一起，以扩展比较位数。级联过程涉及将一个比较器的“进位输入（A>B）”连接到下一个比较器的“进位输出（A>B）”，以实现连续的比较。

flowchart LR
    Subgraph 74LS85[74LS85]
        direction TB
        A3A2A1A0 -->|输入| A
        B3B2B1B0 -->|输入| B
        CA -->|进位输入| A
        A -->|A>B| Greater Than
        B -->|A=B| Equal
        C -->
    end
    Subgraph 74LS85_Cascaded[级联的74LS85]
        direction TB
        A3A2A1A0_C -->|输入| A_C
        B3B2B1B0_C -->|输入| B_C
        CA_C -->|进位输入| A_C
        A_C -->|A>B| Greater Than_C
        B_C -->|A=B| Equal_C
        C_C -->
    end
    Greater Than_C -->|进位输出| Greater Than
    Equal_C -->|级联信号| Equal
    style Greater Than_C fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:4px
    style Equal_C fill:#ccf,stroke:#333,stroke-width:2px

通过这样的级联方式，可以将74LS85比较器串联起来，以支持更高位数的比较需求。

## 2.2 74LS85的引脚功能和电气特性
### 各引脚功能详细解析

74LS85是采用16脚双列直插式封装的集成电路（IC），每一根引脚都具有特定的功能。以下是其主要引脚的功能概述：

- A3-A0 (Pins 14, 13, 12, 11): 第一个比较数的高位到低位输入。
- B3-B0 (Pins 7, 6, 5, 4): 第二个比较数的高位到低位输入。
- G1, G2A, G2B, G3 (Pins 1, 2, 15, 10): 这些引脚用于芯片的控制和级联。
- A=B, A>B, A<B (Pins 9, 8, 16): 输出引脚，指示比较结果。

此外，还有电源和地线引脚，分别为VCC和GND，为IC提供工作电源。

### 输入输出电压电平标准

74LS85的逻辑电平遵循标准的TTL（晶体管-晶体管逻辑）电平标准，输入电压阈值如下：

- 逻辑“1”（高电平）: 2.0V至5.0V
- 逻辑“0”（低电平）: 0.0V至0.8V

输出电平则为：

- 逻辑“1”（高电平）: 2.4V（最小值），3.4V（典型值）
- 逻辑“0”（低电平）: 0.4V（最大值），0.5V（典型值）

这样的电平标准确保了与其他TTL设备的良好兼容性。

### 最大额定电流和功耗

74LS85的最大额定电流和功耗也是评估其性能的重要参数。在标准工作条件下，74LS85的最大额定电流为40mA，典型功耗为37mW。这些参数对于设计电源供应和散热系统非常重要。

## 2.3 74LS85与其它比较器的比较
### 不同型号比较器的特性对比

在数字比较器市场上，存在多种型号的比较器，如74LS688、74HC85等，它们具有不同的特性。74LS85的主要特点包括：

- 4位比较能力
- 支持级联使用
- TTL兼容电平
- 典型的工作速度范围为20-30纳秒

与之相比，74LS688是一个8位比较器，而74HC85则使用CMOS技术，具有更低的功耗和不同的电平标准。根据应用场景的不同，这些比较器中的一个可能比其他更适合。

### 选择合适比较器的考虑因素

在选择合适的数字比较器时，需要考虑以下几个重要因素：

- 输入/输出电平兼容性：确保比较器的电平与系统中其他电路兼容。
- 比较位宽需求：依据应用中需要比较的数字位数选择适当位宽的比较器。
- 速度和功耗要求：选择满足特定工作频率和功耗限制的比较器。
- 成本和可用性：考虑组件的成本以及市场上的可得性。

这些因素的综合考量将帮助设计师选择最适合其需求的数字比较器。

# 3. 74LS85在复杂系统中的应用技巧

## 信号处理和噪声抑制
### 如何利用74LS85处理弱信号

在复杂系统中，信号强度可能因距离、传输介质或其他电磁干扰而衰减。74LS85比较器在设计时提供了非常高的输入阻抗，使得它可以用来对微弱的数字信号进行放大和整形。在使用74LS85处理弱信号时，首先需要了解信号的具体电平和噪声水平，这样我们才能确定合适的阈值电压和比较器的配置。

当信号的幅值接近噪声水平时，就需要对比较器的参考电压进行精细调节，以确保信号能够被正确识别。74LS85允许通过外部电阻进行参考电压的设置，这为我们提供了更大的灵活性。设计时可以考虑使用精确的分压网络，通过软件或硬件方式对参考电压进行微调，适应不同的信号条件。

此外，若要减少由长线路传输造成的信号衰减，我们可以在信号源端增加一个适当的驱动器，或者在74LS85输入端使用信号放大器。如果电路板设计允许，还可以将74LS85直接放置在信号源附近，以最小化信号路径长度。

### 噪声抑制技术与应用实例

在电子系统中，噪声是一个不可忽视的问题，它可能来自系统的内部或外部环境。对于比较