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hc573中文资料

来源：

2025-07-21

类别：基础知识

拍明芯城

HC573 是一款广泛应用于数字电路系统中的集成电路，其全称为 74HC573 八位D型透明锁存器，带三态输出。它属于高速CMOS（互补金属氧化物半导体）逻辑系列，因其出色的性能、低功耗以及与TTL（晶体管-晶体管逻辑）兼容的特性，在微处理器接口、数据总线缓冲、I/O端口扩展以及各种数字信号处理中扮演着重要的角色。本资料将对HC573进行全面、深入的阐述，涵盖其基本概念、工作原理、引脚功能、电特性、应用场景以及设计注意事项，旨在为工程师和学习者提供一份详尽的参考指南。

第一章：HC573概述与背景

1.1 数字逻辑电路中的锁存器与触发器

在深入了解HC573之前，我们首先需要理解数字逻辑电路中的两种基本存储单元：锁存器（Latch）和触发器（Flip-flop）。它们都是能够存储一位二进制信息的电路，是构成更复杂时序逻辑电路（如寄存器、计数器等）的基石。

锁存器是一种电平敏感的存储单元，其输出状态直接取决于输入信号的电平。当使能信号（通常称为“门控”或“锁存使能”）处于有效电平（例如高电平）时，锁存器就像一个“透明”的通道，数据输入会立即反映到数据输出上。一旦使能信号变为无效电平（例如低电平），锁存器就会“锁存”住使能信号变为无效前瞬间的输入数据，并保持该数据，即使输入信号发生变化，输出也不会随之改变，直到使能信号再次有效。这种特性使得锁存器非常适合在特定时间窗口内捕获和保持数据。然而，由于其电平敏感的特性，锁存器在某些应用中可能会引入竞争冒险或不稳定的状态，特别是在异步设计中需要谨慎使用。

相比之下，触发器是一种边沿敏感的存储单元，其输出状态只在时钟信号的特定跳变沿（上升沿或下降沿）发生改变。这意味着即使在时钟信号处于有效电平期间输入信号发生变化，触发器的输出也只会响应在时钟边沿到来前一段时间内（建立时间）的输入状态。这种特性使得触发器在同步时序电路中更为稳定和可靠，能够有效地避免竞争冒险，是构建同步系统的首选。常见的触发器类型包括D型触发器、JK型触发器、T型触发器和SR型触发器。

HC573作为一种D型透明锁存器，结合了锁存器的透明特性和三态输出功能，使其在特定应用中展现出独特的优势。它不像边缘触发的触发器那样严格依赖时钟边沿，而是通过一个电平使能信号来控制数据的透传和锁存。

1.2 74HC系列与HC573的市场定位

74HC系列是高速CMOS逻辑电路家族中的一个重要分支，它继承了CMOS技术低功耗的优点，同时通过优化设计，实现了与传统74LS（低功耗肖特基TTL）系列相媲美的开关速度。这使得74HC系列器件能够在保持低功耗的同时，满足现代数字系统对速度的需求。HC573作为74HC系列的一员，自然也具备这些显著优势。

HC573在数字电路设计中具有举足轻重的地位。在早期微处理器系统中，由于I/O端口数量有限，往往需要通过扩展芯片来增加对外设的控制能力。HC573作为八位锁存器，能够一次性锁存八位数据，非常适合作为微处理器与外部存储器或外设之间的数据缓冲器或I/O端口。例如，在微处理器访问外部RAM或ROM时，通常需要一个地址锁存器来保持地址信号的稳定，而HC573就常被用于此目的。此外，在需要将并行数据在特定时间点捕获并保持的场合，如数字信号采集系统、状态机输出保持等，HC573也能发挥关键作用。

其“三态输出”特性是其另一个核心优势。三态输出允许芯片的输出在高电平、低电平之外，还能进入高阻态（High-impedance state）。在高阻态下，输出引脚相当于与电路断开，不吸收电流也不输出电流，这使得多个具有三态输出的器件可以共享同一条总线，从而避免信号冲突，实现总线复用。这对于微处理器系统中的数据总线和地址总线设计尤为重要，因为总线上通常会有多个设备需要与CPU进行通信。HC573的这种特性使其成为构建共享总线架构的理想选择。

总而言之，HC573以其透明锁存、三态输出、高速低功耗以及与TTL兼容等特点，在数字逻辑电路中占据了不可替代的地位，是电子工程师在设计各类数字系统时常用的基础逻辑器件之一。

第二章：HC573的内部结构与工作原理

2.1 HC573的内部逻辑框图解析

HC573内部集成了八个独立的D型透明锁存器单元，每个单元都能够存储一位二进制数据。这些锁存器单元共享两个重要的控制输入：锁存使能（LE，Latch Enable）和输出使能（OE，Output Enable）。这种共享控制的方式简化了外部电路的设计，使得可以同步控制八位数据的透传、锁存和输出状态。

从内部逻辑框图来看，HC573的每个D型锁存器单元通常由一个D型触发器（或类似功能单元）和一个门控逻辑组成。当LE信号为高电平时，门控逻辑处于“开启”状态，D输入的数据直接传输到内部的存储单元，并实时反映在Q输出上，此时锁存器是“透明”的。这意味着D输入的变化会立即导致Q输出的变化，就像数据直接通过一样。当LE信号从高电平变为低电平（下降沿）时，门控逻辑“关闭”，锁存器将捕获并在其内部存储住LE变为低电平瞬间D输入的状态。此后，即使D输入发生变化，锁存器的内部存储状态和Q输出也不会改变，直到LE再次变为高电平。

此外，HC573还具有三态输出缓冲器。这些缓冲器位于每个锁存器单元的输出端，并且共同受控于OE信号。当OE信号为低电平时（通常是一个低电平有效的使能信号，用$overline{OE}$表示），三态输出缓冲器处于使能状态，锁存器内部存储的数据会正常地输出到Q引脚。当OE信号为高电平时，三态输出缓冲器进入高阻态。在高阻态下，Q引脚既不输出高电平，也不输出低电平，而是表现为高阻抗状态，相当于与外部电路断开，从而允许其他器件驱动同一条总线而不会发生冲突。值得注意的是，OE信号对锁存器内部数据的存储状态没有影响，它只控制输出缓冲器的开启或关闭。这意味着即使输出处于高阻态，锁存器内部仍然可以正常地进行数据的透传或锁存操作。

2.2 引脚功能与典型连接

HC573通常采用20引脚的双列直插（DIP）、小外形集成电路（SOIC）或薄型小外形封装（TSSOP）等多种封装形式，方便在不同的电路板设计中使用。其关键引脚及其功能如下：

VCC (引脚20)：电源电压输入引脚，通常连接到2.0V至6.0V之间的正电源。
GND (引脚10)：接地引脚，连接到电路的参考地。
D0-D7 (引脚2-9)：八个数据输入引脚。这些引脚用于接收需要被锁存或透传的8位并行数据。D0是最低有效位（LSB），D7是最高有效位（MSB）。
Q0-Q7 (引脚12-19)：八个三态数据输出引脚。这些引脚输出被锁存或透传的数据。Q0对应D0，Q7对应D7。
LE (Latch Enable，引脚11)：锁存使能输入引脚，高电平有效。当LE为高电平期间，D输入的数据透传到Q输出；当LE从高电平变为低电平的瞬间，D输入的数据被锁存，Q输出保持不变。
OE (Output Enable，引脚1)：输出使能输入引脚，低电平有效。当$overline{OE}为低电平时，Q输出处于正常逻辑状态（高电平或低电平）；当overline{OE}$为高电平时，Q输出进入高阻态。

2.3 HC573工作模式详解与真值表

HC573的工作模式由LE和$overline{OE}$两个控制引脚的状态共同决定。我们可以通过真值表来详细说明其功能：

OE (输出使能)	LE (锁存使能)	D (数据输入)	Q (数据输出)
L	H	H	H
L	H	L	L
L	L	X	Qn (锁存数据)
H	X	X	Z

符号说明：

L：低电平
H：高电平
X：任意电平（不关心）
Z：高阻态
Qn：锁存器之前存储的数据

根据真值表，我们可以将HC573的工作模式分为以下几种：

数据透传模式 (Transparent Mode)：当$overline{OE}$为低电平（输出使能），且LE为高电平（锁存使能）时，HC573处于数据透传模式。在此模式下，D输入引脚上的数据会实时、直接地反映到Q输出引脚上。这意味着Q输出会跟随D输入的变化而变化，没有任何延迟（除了器件本身的传播延迟）。这个模式通常用于需要将数据直接传递到总线或其他电路而无需暂时存储的场景。例如，当微处理器直接向外部设备写入数据时，如果不需要在总线上保持数据一段时间，可以使用HC573的透传模式。
数据锁存模式 (Latched Mode)：当$overline{OE}$为低电平（输出使能），且LE从高电平跳变为低电平的瞬间，HC573进入数据锁存模式。在LE变为低电平的瞬间，D输入引脚上的数据状态会被锁存器捕获并存储起来。此后，即使D输入引脚上的数据发生变化，Q输出引脚上的数据也会保持不变，直到LE信号再次变为高电平，或电源被移除。这个模式是HC573最常用的功能，它允许在特定时刻“冻结”数据，并在后续操作中保持这些数据，例如微处理器在地址总线上发送地址信号后，通过锁存器将地址保持住，以便外部存储器有足够的时间解码地址。
高阻态模式 (High-Impedance Mode)：当$overline{OE}$为高电平（输出禁用）时，无论LE和D输入处于何种状态，HC573的所有Q输出引脚都将进入高阻态。在高阻态下，Q引脚相当于与电路断开，不吸收电流也不输出电流。这种模式对于构建共享总线系统至关重要。例如，在一个数据总线上，可能有多个外设（如RAM、ROM、I/O控制器等）连接。在任何特定时间，只有一个设备被允许驱动总线。当某个设备不需要驱动总线时，它的三态输出就必须进入高阻态，以防止与正在驱动总线的其他设备发生冲突。HC573的这个特性使其成为总线缓冲器和多路复用器应用的理想选择。

2.4 传输延迟与时序特性

像所有数字集成电路一样，HC573在信号从输入端传输到输出端时会存在一定的传输延迟（Propagation Delay Time）。这个延迟时间通常用$t_{PD}$表示，它是衡量器件速度的重要指标。对于HC573而言，$t_{PD}$通常在几十纳秒（ns）的量级，具体数值取决于供电电压、温度和负载条件。例如，在5V供电下，$t_{PD}$可能在20ns-40ns之间。

除了传输延迟，还有几个重要的时序参数需要考虑：

建立时间 (Setup Time, tSU)：在LE信号从高电平跳变为低电平之前，D输入数据必须保持稳定的最短时间。如果D数据在LE下降沿到来之前没有保持足够长的稳定时间，锁存器可能无法正确捕获数据，导致输出错误。
保持时间 (Hold Time, tH)：在LE信号从高电平跳变为低电平之后，D输入数据必须保持稳定的最短时间。通常对于HC573，保持时间为0ns或负值，这意味着在LE下降沿之后D输入可以立即变化。
输出使能/禁用延迟 (Output Enable/Disable Delay, tPZH,tPZL,tPHZ,tPLZ)：这些参数描述了从$overline{OE}$信号变化到Q输出进入或退出高阻态所需的时间。这些延迟在总线仲裁和时序控制中非常重要，因为它们决定了总线争用发生或解除的速度。

了解这些时序参数对于设计可靠的数字系统至关重要，特别是在高速系统中，需要确保所有信号都满足建立时间和保持时间要求，并且总线切换时序正确，以避免数据错误和总线冲突。

2.5 HC573与74HC373的区别

在74HC系列中，除了HC573，还有另一个非常相似的器件：74HC373。两者都是八位D型透明锁存器，都具有三态输出，且引脚排列也非常相似。然而，它们之间存在一个细微但关键的区别：HC573是非反相输出，而HC373是反相输出。

HC573 (非反相)：当锁存器捕获D输入为高电平（H）时，其对应的Q输出也为高电平（H）。当捕获D输入为低电平（L）时，Q输出也为低电平（L）。
HC373 (反相)：当锁存器捕获D输入为高电平（H）时，其对应的Q输出为低电平（L）。当捕获D输入为低电平（L）时，Q输出为高电平（H）。

在选择使用HC573还是HC373时，需要根据实际应用中对输出信号逻辑的需求来决定。如果需要输出与输入相同的逻辑状态，则选择HC573；如果需要输出与输入相反的逻辑状态，则选择HC373。在许多情况下，通过在输入或输出端增加一个反相器（如74HC04）也可以实现相同的功能，但在需要优化芯片数量和电路复杂性时，选择合适的器件更为高效。

第三章：HC573的电气特性

3.1 供电电压与功耗

HC573作为CMOS器件，其最显著的优点之一就是低功耗。它可以在较宽的供电电压范围内工作，通常为2.0V至6.0V。这个宽泛的电压范围使得HC573可以灵活地应用于各种电源电压的系统中，例如3.3V、5V甚至一些低功耗便携设备中的2.5V或2.0V系统。

在功耗方面，HC573的静态功耗（即当器件处于稳定状态，没有信号变化时）非常低，通常在微安（µA）级别。这是CMOS技术固有的优势，因为CMOS电路在静态时几乎没有电流流动，只有在逻辑状态转换时才会有瞬态电流。然而，当HC573工作在较高频率时，其动态功耗会随着开关频率的增加而增加，因为每次逻辑状态转换都需要对内部电容进行充放电。尽管如此，相较于同等功能的TTL器件，HC573的总功耗仍然具有显著优势，这对于电池供电或对散热有严格要求的应用至关重要。

3.2 输入/输出特性

3.2.1 输入电平兼容性

HC573的输入引脚设计为与标准CMOS输出兼容。这意味着其输入高电平阈值（VIH）和输入低电平阈值（VIL）是根据CMOS逻辑电平定义的，通常$V_{IH}$约为0.7 * VCC，$V_{IL}$约为0.3 * VCC。这种特性确保了HC573可以直接与74HC系列或其他CMOS逻辑器件的输出连接。

此外，HC573也可以通过适当的外部电阻（例如上拉电阻）与TTL输出兼容。对于74HCT573（HC573的TTL兼容版本），其输入电平则直接与TTL电平兼容，即$V_{IH}$通常为2.0V以上，$V_{IL}$为0.8V以下，这使得74HCT573可以直接连接到TTL逻辑电路而无需电平转换。

值得一提的是，HC573的输入引脚通常内置有钳位二极管，可以提供ESD（静电放电）保护，并在一定程度上防止输入电压超出VCC或低于GND。然而，为了避免器件损坏，通常建议在设计时确保输入电压在允许的操作范围内。

3.2.2 输出驱动能力

HC573的Q输出引脚具有一定的驱动能力，能够驱动一定的电流负载和电容负载。其输出电流能力通常用输出高电平电流（IOH）和输出低电平电流（IOL）来表示。例如，在5V供电下，HC573的输出电流能力通常在几毫安（mA）到十几毫安之间（例如，±7.8mA），这意味着它可以直接驱动一些LED、继电器驱动器或提供足够的电流来驱动后续的逻辑门。

然而，需要注意的是，当HC573的输出连接到重载（例如，大电容负载或低阻抗负载）时，其开关速度可能会降低，传输延迟会增加。因此，在高速设计中，需要仔细考虑负载效应，可能需要增加缓冲器或选择驱动能力更强的器件。

三态输出是HC573的一大亮点。在高阻态下，输出引脚呈现高阻抗状态，此时它既不输出电流也不吸收电流，这对于构建多路复用总线系统至关重要，可以有效避免总线竞争和数据冲突。

3.3 噪声容限与ESD保护

CMOS器件通常具有较高的噪声容限（Noise Margin），HC573也不例外。噪声容限是指数字电路能够容忍的输入噪声电压的最大值，而不会导致输出状态错误。较高的噪声容限意味着器件对电源噪声、信号线上的串扰等干扰具有更强的抵抗能力，从而提高了系统的可靠性。对于HC573，其高、低电平的噪声容限通常都比较大，这得益于CMOS电路的轨到轨（rail-to-rail）输出特性和良好的输入阈值。

此外，HC573通常内置有良好的ESD保护电路。静电放电是集成电路的一大杀手，能够造成永久性的器件损坏。HC573通常符合JEDEC（联合电子器件工程委员会）的ESD保护标准，例如HBM（人体模型）和CDM（充电器件模型）等，其ESD耐压能力通常达到数千伏。尽管有内置保护，但在处理集成电路时，仍然建议采取防静电措施，如佩戴防静电腕带、使用防静电工作台等，以最大程度地保护器件。

3.4 工作温度范围

HC573通常设计为在宽泛的工业级温度范围内工作，典型的操作温度范围为**-40°C至+85°C**，甚至有些版本可以支持**-40°C至+125°C**。这种宽温度范围使其适用于各种恶劣的工业环境，例如汽车电子、工业自动化设备等，保证了在极端温度条件下的稳定性和可靠性。在不同温度下，器件的电气特性（如传输延迟、功耗等）可能会略有变化，因此在设计时应参考数据手册中提供的温度特性曲线。

第四章：HC573的典型应用场景

HC573凭借其透明锁存和三态输出的特性，在各种数字系统中都有广泛的应用。以下列举几个典型的应用场景：

4.1 微处理器系统中的地址锁存器

这是HC573最经典和广泛的应用之一。在许多微处理器（尤其是早期的8位或16位微处理器，如Intel 8085、Zilog Z80、或一些精简指令集（RISC）微控制器）中，地址总线和数据总线可能存在分时复用（Multiplexing）的情况。这意味着在某个时刻，同一组引脚既作为地址线使用，又在另一个时刻作为数据线使用。为了在地址信号有效时将其捕获并保持稳定，以便外部存储器或外设能够正确解码地址，就需要使用地址锁存器。

工作原理：假设一个微处理器具有分时复用的地址/数据总线。在一次存储器读写操作开始时，微处理器首先会在地址/数据总线上输出存储器地址。此时，一个专用的地址锁存使能信号（ALE，Address Latch Enable）会变高电平。HC573的D输入连接到地址/数据总线，LE输入连接到ALE信号。当ALE信号为高电平期间，HC573处于透明模式，地址信号直接从D输入透传到Q输出。一旦地址稳定后，ALE信号会变为低电平。此时，HC573将捕获并锁存住地址信号，即使地址/数据总线随后切换为数据传输模式，HC573的Q输出也能保持地址的稳定，从而为外部存储器提供足够长的地址稳定时间。同时，HC573的$overline{OE}$引脚通常连接到低电平（常使能）或通过控制逻辑使其在需要驱动地址总线时处于使能状态。

优势：

地址保持：确保在CPU将地址线转换为数据线后，存储器或外设仍能持续访问正确的地址。
总线解耦：将分时复用的地址/数据总线分离开，为地址和数据提供独立的、持续稳定的信号。
简化设计：使用单个HC573即可锁存八位地址，简化了外部电路设计。

4.2 I/O端口扩展

当微处理器或微控制器自身的通用I/O（GPIO）端口数量不足以满足系统需求时，可以使用HC573作为I/O端口扩展器。

作为输出端口：HC573的D输入连接到微控制器的数据总线或GPIO引脚，LE和$overline{OE}$由微控制器控制。微控制器将需要输出的数据写入到HC573的D输入，然后通过一个脉冲来使LE变为高电平再变为低电平，将数据锁存到HC573中。HC573的Q输出可以连接到LED、继电器驱动器或其他外设，实现并行数据的输出。由于HC573具有锁存功能，即使微控制器随后改变了数据总线上的数据，HC573的输出也会保持不变，直到下次更新。这使得微控制器可以分时复用数据总线来控制多个HC573，从而实现大量的并行输出。

作为输入端口（配合三态缓冲器）：虽然HC573本身是输出锁存器，但它通常与三态缓冲器（如74HC244或74HC245）配合使用来实现输入端口扩展。外部设备的并行输入信号连接到三态缓冲器的输入端，三态缓冲器的输出连接到微控制器的数据总线。当微控制器需要读取外部数据时，它会首先使HC573的$overline{OE}$进入高阻态，然后使三态缓冲器处于使能状态，从而将外部数据放到数据总线上供微控制器读取。

优势：

扩展I/O：有效增加微控制器可控制或读取的并行I/O线数量。
数据保持：输出端口可以将数据保持住，即使微控制器不再驱动数据线。
总线隔离：三态输出在高阻态时可以隔离芯片，防止干扰总线上的其他通信。

4.3 数据总线缓冲与隔离

在复杂的数字系统中，不同模块之间可能需要进行高速数据传输，并且可能存在电平不匹配或驱动能力不足的问题。HC573可以作为数据总线上的缓冲器或隔离器。

作为数据缓冲器：将HC573放置在数据总线的中间，可以增强总线的驱动能力。当总线上连接了大量器件或需要驱动较长的传输线时，原始信号的驱动能力可能不足，导致信号完整性问题。HC573的输出具有较强的驱动能力，可以将弱信号增强，确保数据可靠传输。

作为总线隔离器：通过控制HC573的$overline{OE}$引脚，可以实现总线段之间的隔离。例如，在调试阶段或当某个模块发生故障时，可以将该模块的数据总线通过HC573的高阻态断开与主总线的连接，从而避免故障扩散或方便故障排除。在需要分时访问不同存储器或外设的系统中，也可以使用HC573来隔离不同设备的总线接口，确保数据传输的正确性。

优势：

增强驱动：为负载较大的总线提供额外的驱动能力。
噪声抑制：作为缓冲器可以提高信号的抗噪声能力。
模块隔离：通过三态输出实现总线分段的逻辑隔离，提高系统鲁棒性。

4.4 显示驱动器数据锁存

在驱动LCD或LED显示器时，通常需要将并行数据（如段码或像素数据）锁存起来，以保持显示内容的稳定，而微控制器可以去执行其他任务。

工作原理：HC573的D输入连接到微控制器输出的显示数据线，Q输出连接到显示器的驱动输入。微控制器将显示数据准备好后，通过控制HC573的LE引脚将其锁存。锁存后，HC573的Q输出会保持这些数据，即使微控制器后续不再输出相同的数据。这样，显示器就能持续显示正确的内容，而微控制器可以周期性地更新HC573中的数据以改变显示内容。

优势：

稳定显示：确保显示内容在微控制器忙于其他任务时仍然保持稳定。
降低CPU负担：CPU不需要持续刷新显示数据，释放CPU资源。
简化布线：通过并行锁存器，可以一次性传输多位数据。

4.5 状态机输出保持

在复杂的数字状态机设计中，某些状态的输出信号可能需要被保持，即使状态机已经转换到下一个状态。HC573可以用于锁存状态机的输出。

工作原理：状态机的输出信号连接到HC573的D输入，HC573的LE由状态机控制器中的时序信号控制。当状态机到达特定状态并输出稳定信号后，控制信号会使HC573的LE变为低电平，从而锁存该状态的输出。这些锁存的输出信号可以作为其他模块的控制信号或数据输入，直到下次需要更新时再解除锁存。

优势：

输出稳定：在状态机快速转换时，确保特定输出信号的稳定性。
简化时序：帮助解耦状态机内部时序与外部电路对输出信号的依赖时序。

4.6 脉冲宽度调制（PWM）输出保持

在某些应用中，可能需要通过锁存器来保持PWM信号的占空比值。虽然PWM通常由定时器直接生成，但在某些需要将并行数据转换为PWM的场景中，或者需要将多个PWM输出值同时锁存的场景，HC573可以发挥作用。

工作原理：微控制器或其他PWM生成逻辑将所需的占空比值作为并行数据输出到HC573的D输入。在适当的时机，通过LE信号将这些值锁存。锁存后的Q输出可以驱动PWM发生器，或者如果PWM由外部电路生成，Q输出可以作为控制信号来调整PWM的参数。

优势：

数据保持：保持PWM参数的稳定，直到下次更新。
并行到串行转换辅助：在某些复杂的PWM生成器中，可以作为并行数据输入到串行转换的缓冲。

总而言之，HC573以其独特的功能组合，在数据缓冲、地址锁存、I/O扩展、总线管理以及需要数据保持的各类数字系统设计中，都提供了高效且经济的解决方案。其灵活性和广泛的应用使其成为数字电路设计中不可或缺的基石器件。

第五章：HC573设计考量与注意事项

在将HC573集成到实际电路设计中时，需要考虑一系列因素以确保其稳定、可靠且高效地工作。这些考量包括电源去耦、信号完整性、时序匹配、输入/输出负载以及热管理等方面。

5.1 电源去耦与旁路电容

任何高速数字集成电路都需要良好的电源去耦。当HC573内部的逻辑门在不同状态之间切换时，会产生瞬态电流尖峰，这些尖峰会沿着电源线传播，导致电源电压的瞬时下降或“毛刺”，这被称为地弹（Ground Bounce）或电源噪声。如果这些噪声过大，可能会导致器件误操作，甚至破坏数据。

为了抑制这种电源噪声，必须在HC573的VCC和GND引脚附近放置旁路电容（Bypass Capacitors），也称为去耦电容。通常建议在每个HC573芯片的电源引脚（VCC）和地引脚（GND）之间放置一个0.1μF（100nF）的陶瓷电容。这个电容应该尽可能靠近芯片的电源引脚，以最小化寄生电感和电阻。它的作用是在芯片瞬态电流需求时提供一个局部的电荷存储，快速补充电流，从而平滑电源电压。

此外，在整个电路板的电源入口处，还应放置一个较大容量的电解电容（例如10μF或100μF）作为储能电容，用于过滤低频噪声和提供整体电源的稳定性。正确的电源去耦是数字电路可靠工作的关键，尤其是在高速或多芯片系统中。

5.2 信号完整性与布线建议

信号完整性是指数字信号在传输过程中保持其原始波形的能力。在高速数字电路中，由于信号上升和下降时间较快，传输线效应（如反射、串扰、地弹）会变得显著，从而影响信号的完整性。

对于HC573而言，其输入和输出信号的布线应遵循以下原则：

最短路径原则：数据线D0-D7和Q0-Q7，以及控制线LE和$overline{OE}$，都应该尽可能短，以减少信号的传输延迟和寄生效应。
避免锐角弯曲：信号线应避免90度弯曲，最好采用圆弧或45度角走线，以减少信号反射。
参考平面：所有信号线都应有连续的参考平面（通常是地平面）在其下方或上方，以形成受控阻抗传输线，减少串扰和反射。多层PCB设计通常更容易实现这一目标。
差分布线：对于高频或噪声敏感的信号，如果条件允许，可以考虑差分布线，以提高抗噪声能力。
减少串扰：避免信号线之间长时间并行布线，必要时可以在信号线之间插入地线或拉开距离，以减少线间串扰。
阻抗匹配：在某些高速应用中，可能需要考虑传输线的阻抗匹配，以减少信号反射。这通常涉及在信号线的始端或终端添加串联或并联电阻。

5.3 时序匹配与建立/保持时间考量

在设计数字系统时，确保所有时序要求得到满足是至关重要的，尤其是当HC573与微处理器或其他时序敏感器件交互时。

建立时间 (tSU)：在LE信号从高电平变为低电平（锁存数据的瞬间）之前，D输入的数据必须稳定至少$t_{SU}$的时间。如果D数据变化过快，不满足建立时间要求，HC573可能无法正确捕获数据，导致输出错误。
保持时间 (tH)：在LE信号从高电平变为低电平之后，D输入的数据必须保持稳定至少tH的时间。对于大多数HC系列器件，保持时间通常为0ns或负值，这意味着D输入可以在LE下降沿后立即变化。

在设计时，需要分析信号链中每个器件的传输延迟和时序参数，确保数据在LE下降沿到来时已经稳定，并且在LE下降沿后能够持续足够长的时间。这通常涉及绘制时序图，计算最坏情况下的延迟和裕量。

5.4 输入/输出负载管理

HC573的输出驱动能力是有限的。过大的负载（例如，连接过多的后续逻辑门、驱动大电容负载或低阻抗负载）会导致以下问题：

开关速度下降：输出信号的上升和下降时间变慢，导致传输延迟增加。
逻辑电平失真：在高负载情况下，输出高电平可能无法达到VCC，输出低电平可能无法达到GND，从而影响与后续器件的兼容性。
功耗增加：驱动大负载时，动态功耗会显著增加。

因此，在设计时需要：

计算扇出（Fan-out）：确保HC573的输出驱动能力足够驱动所有连接的后续输入。一般来说，HC系列的输出可以驱动约10个HC系列的输入或少量LS/TTL输入。
控制电容负载：尽量减少连接到HC573输出引脚的总电容，包括PCB走线寄生电容和后续器件的输入电容。
避免驱动低阻抗负载：如果需要驱动继电器线圈、LED阵列或其他低阻抗负载，应在HC573的输出和负载之间添加适当的驱动电路，如晶体管驱动器或专用驱动芯片，而不是直接用HC573驱动。

5.5 静电防护（ESD）

尽管HC573内置了ESD保护，但在整个生产、组装和调试过程中，仍然需要严格遵守静电防护措施。静电放电可以产生高电压和高电流，即使是内置保护的芯片也可能受损。

防静电工作区：在处理HC573及其所在电路板时，应在防静电工作区进行操作，包括使用防静电台垫、防静电腕带等。
正确接地：所有测试设备和工具都应正确接地。
避免裸手接触：尽量避免用裸手直接接触芯片引脚。
防静电包装：储存和运输芯片时，应使用防静电包装材料。

5.6 热管理

在正常工作条件下，HC573的功耗较低，通常不需要额外的散热措施。然而，如果芯片工作在较高频率、驱动较大负载或环境温度较高时，其内部温度可能会升高。长时间过高的工作温度会缩短芯片的寿命。

检查数据手册：查阅HC573的数据手册，了解其最大允许结温和热阻参数。
计算功耗：根据实际工作频率和负载，估算HC573的动态功耗。
合理布局：在PCB布局时，避免将高功耗器件密集放置，以利于散热。对于表面贴装器件，较大的覆铜面积可以帮助散热。

5.7 悬空引脚处理

在设计中，未使用的输入引脚不应悬空。对于CMOS器件，悬空的输入引脚容易受到噪声干扰，导致逻辑状态不确定，甚至可能增加器件的功耗。

未使用的D输入：可以将其连接到GND或VCC，通常建议连接到GND。
未使用的控制引脚：如果LE或$overline{OE}引脚不需要动态控制，可以将其直接连接到适当的逻辑电平（例如，将LE连接到GND以保持锁存状态，或连接到VCC以保持透明状态；将overline{OE}$连接到GND以始终使能输出，或连接到VCC以始终禁用输出）。

通过遵循这些设计考量和注意事项，可以最大程度地发挥HC573的性能，确保电路设计的稳定性和可靠性。在实际开发过程中，仔细阅读并理解所选HC573型号的制造商数据手册是至关重要的，因为不同制造商和不同子系列的HC573可能在电气特性和时序参数上存在细微差异。

第六章：HC573的选型与替代方案

在实际项目中选择合适的HC573型号或寻找替代方案时，需要考虑多种因素，包括性能、成本、封装、供货以及未来的可维护性。

6.1 HC573系列型号的选型

HC573并非单一型号，而是代表了一系列具有相同核心功能的D型透明锁存器。不同的制造商可能会有自己的前缀和后缀来表示其产品，例如：

74HC573: 标准的高速CMOS器件。
74HCT573: 高速CMOS器件，但输入电平与TTL兼容（TTL-compatible）。这对于需要与TTL系列器件直接接口的应用非常有用，因为它可以避免额外的电平转换电路。
74VHC573: 超高速CMOS器件（Very High Speed CMOS），提供比标准74HC573更快的传输速度，适用于对速度要求更高的应用。
74AHC573 / 74AHCT573: 高级高速CMOS器件（Advanced High Speed CMOS），在速度、功耗和驱动能力方面进一步优化，通常比VHC系列更快，功耗更低。
CD74HC573: 德州仪器（TI）等厂商的CD系列CMOS器件。

在进行选型时，需要关注以下关键参数：

工作电压范围：确保所选型号的供电电压范围与系统电源电压兼容。
传输延迟 (tPD)：根据系统对速度的要求选择合适的传播延迟。速度越快，通常价格越高。
输出驱动能力 (IOH,IOL)：确保器件的输出电流能力能够满足负载需求。
输入电平兼容性：根据输入信号的来源（CMOS电平或TTL电平）选择74HC573或74HCT573。
封装类型：根据PCB设计空间和制造工艺选择合适的封装，如DIP（双列直插）、SOIC（小外形集成电路）、TSSOP（薄型小外形封装）等。
工作温度范围：根据应用环境（商业级、工业级、汽车级）选择合适的温度范围。
供货与价格：考虑器件的市场供货情况和成本，确保能够长期稳定供应。

6.2 替代方案与升级路径

在某些情况下，HC573可能不是最佳选择，或者在设计更新时需要考虑替代方案：

6.2.1 74HC373

如前所述，74HC373是HC573的直接替代品，主要区别在于其反相输出。如果电路设计中需要反相锁存功能，那么HC373将是更合适的选择。如果已经使用了HC573，但需要反相输出，可以通过在HC573的输出端添加非门（反相器，如74HC04）来实现。

6.2.2 寄存器（Register）

如果应用需要同步时钟控制（即在时钟的上升沿或下降沿锁存数据），而不是电平触发的透明锁存，那么8位寄存器，如74HC374（非反相，边沿触发）或74HC574（非反相，边沿触发），是更好的替代方案。寄存器通常在更严格的时序控制和同步系统中表现出更好的稳定性，可以有效避免竞争冒险。

74HC374 / 74HC574：这些是8位D型触发器（Flip-flop），具有三态输出。它们与HC573的主要区别在于它们是边沿触发的，而不是电平敏感的透明锁存。这意味着数据只在时钟信号的上升沿（或下降沿，取决于具体型号）被锁存。这在同步设计中提供了更强的时序控制和可靠性。

6.2.3 可编程逻辑器件（PLD/FPGA）

对于更复杂的系统或需要高度定制逻辑的场景，使用**可编程逻辑器件（PLD，如CPLD或FPGA）**可以实现HC573的功能，并且通常能集成更多功能。在PLD中，可以通过VHDL或Verilog等硬件描述语言来描述一个八位D型锁存器，并将其作为更大设计的一部分。

优势：

高度集成：一个PLD可以替代多个分立逻辑芯片，减少PCB面积，简化布线。
灵活性：功能可根据需求重新编程，方便设计迭代和功能升级。
复杂逻辑实现：PLD可以实现远超HC573功能的复杂逻辑，如计数器、状态机、协议转换等。

劣势：

成本较高：相对于单个HC573芯片，PLD的单价通常更高，特别是在小批量生产中。
开发难度：需要掌握硬件描述语言和相应的开发工具。

6.2.4 微控制器内置I/O

对于一些简单的I/O扩展或数据保持任务，如果微控制器有足够的GPIO引脚，并且不需要三态总线功能，可以直接利用微控制器的内置I/O口功能来实现。微控制器的GPIO可以配置为输入或输出，并具备一定的锁存能力。

优势：

成本最低：无需额外芯片。
集成度高：减少外部元件数量。

劣势：

I/O数量受限：微控制器GPIO数量有限，无法进行大规模扩展。
驱动能力有限：微控制器GPIO的驱动能力通常不如专用逻辑芯片。
无三态输出：多数微控制器GPIO不具备真正的三态输出功能。

在决定替代方案时，应全面评估项目的需求，包括成本预算、性能指标、开发周期、可维护性以及未来的扩展性，从而选择最合适的解决方案。HC573作为一个经典的通用逻辑器件，在许多场景下依然是性价比高、易于使用的优秀选择。

第七章：结论与展望

HC573作为74HC系列中的经典八位D型透明锁存器，凭借其独特的功能组合和出色的电气特性，在数字逻辑电路设计领域占据了不可替代的重要地位。其透明锁存和三态输出的核心功能使其在微处理器接口、数据总线缓冲、I/O端口扩展以及各种数据保持应用中发挥着关键作用。

总结HC573的优势：

高效的数据锁存：能够稳定捕获和保持8位并行数据，确保数据在总线切换或CPU忙于其他任务时依然保持有效。
强大的总线驱动能力：其输出能够驱动一定数量的CMOS/TTL负载，并能有效缓冲数据总线。
灵活的三态输出：高阻态特性允许HC573在多主总线系统中实现总线共享和隔离，有效避免冲突。
低功耗：作为CMOS器件，在静态时功耗极低，适用于功耗敏感型应用。
宽工作电压范围：支持2.0V至6.0V的电源电压，适应多种系统供电需求。
高噪声容限与ESD保护：提高了系统在复杂电磁环境下的可靠性。
多封装选择：提供DIP、SOIC、TSSOP等多种封装，方便在不同PCB尺寸和制造工艺下使用。
成本效益高：作为通用逻辑器件，HC573的成本通常非常低廉，适用于大规模生产。

然而，在设计和应用HC573时，也必须充分考虑其电平敏感的特性，在需要严格同步时序的场合，可能需要选择边沿触发的寄存器（如74HC374/574）作为替代。同时，良好的电源去耦、信号完整性布线以及对时序参数（建立时间、保持时间、传播延迟）的精确考量，都是确保HC573在系统中稳定可靠运行的关键。

HC573的未来展望：

尽管现代数字电路设计趋势倾向于更高集成度的微控制器、FPGA和ASIC，分立逻辑芯片的使用有所减少，但HC573这样的通用逻辑器件依然拥有其独特的生存空间和价值。在以下场景中，HC573将继续发挥作用：