试验一门电路逻辑功能与测试

1、实验一门电路逻辑功能与测试一、实验目的1、掌握TTL集成门的逻辑功能2、进一步熟悉常用电子仪器以及数字电路实验装置的结构，根本功能和使用方法二、实验原理1、本实验采用四输入双与非门74LS20,即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。其逻辑框图、符号及引脚排列如图4 1a、b、c所示。卜!*VocA BC 01)1, 1遇 12 ig 9 色4-174LS20Vcc1与非门的逻辑功能与非门的逻辑功能是： 当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平即有“0得“ 1，全“ 1得“ 0。其逻辑表达式丫二A"B

2、2、TTL与非门的主要参数1低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流 ICCH与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL是指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。ICCH是指输出端空截，每个门各有一个以上的输入端接地，其余输入端悬空，电源提供应器件的电流。通常ICCL> ICCH,它们的大小标志着器件静态功耗的大小。器件的最大功耗为PCCL= VCCICCL手册中提供的电源电流和功耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗。ICCL和ICCH测试电路如图4 2(a)、(b)所示。注意:TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCCH允许在+ 5V±

3、10%的范围内工作，超过5.5V将损坏器件；低于 4.5V器件的逻辑功能将不正常。VccVccVcc?+5VVcc+ 5V土(d)B 4-2 TTIM门静乐参数测试电跑阁(2) 低电平输入电流IiL和高电平输入电流liH oliL是指被测输入端接地，其余输入端悬空，输出端空载时，由被测输入端流出的电流值。在多级门电路中，IiL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门的灌电流负载能力，即直接影响前级门电路带负载的个数，因此希望 IiL小些。IiH是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载时，流入被测输入端的电流值。在多级门电路中，它相当于前级门输出高电平时，前

4、级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，希望 IiH小些。由于IiH较小，难以测量，一般免于测试。IiH与IiL的测试电路如图 4 2(c)、(d)所示。(3) 扇出系数NO扇出系数NO是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数，TTL与非门有两种不同性质的负载，即灌电流负载和拉电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数 NOL和高电平扇出系数 NOH通常IiH v IiL，贝U NOH> NOL故常以NOL作为门 的扇出系数。NOL的测试电路如图4 3所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载RL,调节RL使IOL增大，VOL随之增高，当VOL到

5、达VOL(手册中规定低电平标准值 0.4V)时的IOL 就是允许灌入的最大负载电流，那么Nol上1 IL 通常Nol占84)电压传输特性门的输出电压vO随输入电压vi而变化的曲线vo = f(vi)称为门的电压传输特性，通过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平VOH输出低电平VOL关门电平VOf、开门电平VON阈值电平 VT及抗干扰容限VNL、VNH等值。测试电路如图 4 4所示，采用逐点测试法，即调节 RW逐点测得Vi及VO200QI r：t pdVcc 卩然后绘成曲线。(5)平均传输延迟时间t pd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5Vm至输入波形对应边沿AA4BI

6、I9)传输延迟粹性图4-5(b)tpd的测试电路图 4 5(a)中的 tpdL为导通延迟时间,tpdH为截止延迟时间，平均传输延迟时间为1t pd - £ (t pdL t pdH )tpd的测试电路如图7 5(b)所示，由于TTL门电路的延迟时间较小，直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较高，故实验采用测量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期T来求得。其工作原理是：假设电路在接通电源后某一瞬间，电路中的A点为逻辑“ 1 ，经过三级门的延迟后，使 A点由原来的逻辑“ 1变为逻辑“ 0；再经过三级门的延t pd迟后，A点电平又重新回到逻辑“ 1 。电路中其它各点电平也跟随变化。

7、说明使A点发生个周期的振荡，必须经过6级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为TTL电路的一般在 10nS40nS之间。74LS20主要电参数标准如表 7- 1所示三、实验设备与器件1、数字电路实验箱 2、数字万用表參敷名称和符号w 5测试茨 flI'L:.'l数通导电淋电流JCCLV 14mAVqc=5Vt输入輪悬空.输出蜩空载截止电源牡流ICCH<7mAVa:=5Vt输入罐斌 输出端空载低电屮输入也涼LlU. 1mAVffi=5V,被测输入刪機地11 他输入 端悬空*输他端空黴高电屮输入电減1 ili<50口 AVoc=5V,被测输入端Vin=2. 4V.其 他输

8、入端接地.输空V ImA壯=刊被测输入端其他 输入端接地.输出端空载nVciLf LVY,r=5V,被测输入端V = (L NVJt他廂入端悬空.|«| =屮川3九Vo.：二“ 3yVcc=5V + 输入端 Vi= 2, 0V +丨旧1 .龙Sin 站出系臥%V|nl Vuh 和 J平均仕输延迟时间I fv|20nsVa；=5Vt被测输入端输入信兮t¥讨1 0V*1凸旧八四、实验内容 在适宜的位置选取一个 14P插座，按定位标记插好 74LS20集成块。1、验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能按图7 6接线，门的四个输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0与“ 1 电平信

9、号，开关向上，输出逻辑“1 ，向下为逻辑“ 0。门的输出端接由LED发光二极管组成的逻辑电平显示器(又称 0 1指示器)的显示插口， LED亮为逻辑“ 1 ，不亮为 逻辑“ 0。按表2 2的真值表逐个测试集成块中两个与非门的逻辑功能。74LS20有4个输入端，有16个最小项，在实际测试时，只要通过对输入1111、0111、1011、1101、1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常。I'l-SVLL-Ai Bi Ci Di2-6与非口班翼劝 试输入输出AnBnCnDnY1表7 22、74LS20主要参数的测试(1) 分别按图7 2、7 3、7 5(b)接线并进行测试，将测试结果记

10、入表7 3中。表7-3I ccl (mA)I CCH (mA)IiL (mA)IOL (mA)N0=IiLT“社(ns)Vi (V)I0T1 Q0. 2(L 10. 60. 81.0L 52.0Z 53. 0Vo(V) 接图7-4接线，调节电位器 RVy使Vi从0V向高电平变化，逐点测量vi和vO的对应五、实验报告1记录、整理实验结果，并对结果进行分析。2、画出实测的电压传输特性曲线，并从中读出各有关参数值。六、集成电路芯片简介数字电路实验中所用到的集成芯片都是双列直插式的，其引脚排列规那么如图 7-1所示。识别方法是：正对集成电路型号如74LS20或看标记左边的缺口或小圆点标记，从左下角开始

11、按逆时针方向以1，2，3，.依次排列到最后一脚在左上角。在标准形TTL集成电路中，电源端VCC-般排在左上端，接地端GND一般排在右下端。如74LS20为14脚芯片， 14脚为VCC 7脚为GND假设集成芯片引脚上的功能标号为NC那么表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。七、TTL集成电路使用规那么1、接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。2、 电源电压使用范围为+ 4.5V+ 5.5V之间，实验中要求使用 Vcc=+ 5V。电源极性绝对 不允许接错。3、闲置输入端处理方法1悬空，相当于正逻辑“1，对于一般小规模集成电路的数据输入端，实验时允许悬空处 理。但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正

12、常。因此，对于接有长线的输入端，中规模 以上的集成电路和使用集成电路较多的复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路，不允许悬空。(2) 直接接电源电压 VCC(也可以串入一只 110KQ的固定电阻)或接至某一固定电压(+2.4 < VW 4.5V)的电源上，或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。(3) 假设前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。4、 输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当RC 680 Q时，输入端相当于逻辑“ 0；当R>4.7 K Q时，输入端相当于逻辑“1。对于不同系列的器件，要求的阻值不同。5、 输出端不允许并联使用 (集电极

13、开路门(OC)和三态输出门电路(3S)除外)。否那么不仅会使 电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏。6、 输出端不允许直接接地或直接接+5V电源，否那么将损坏器件，有时为了使后级电路获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至Vcc, R= 35.1 K Q。实验二组合逻辑电路一、实验目的1学会组合逻辑电路的实验分析方法。2、验证半加器、全加器的逻辑功能。二、实验仪器及设备1数字逻辑实验箱2、万用表3、 元器件：74LS00、74LS20各一块、74LS54、74LS86各一、电阻及导线假设干三、实验线路图Y图3-1图3-2图3-3四、实验内容1测试用与非门构成的电路的逻辑功能按图3-1接线。按

14、下表要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。分析 电路的逻辑功能为半加器，写出逻辑表达式为：Y=A® B Z=AB2、测试用异或门和与非门组成的电路的逻辑功能按图3-2接线。按下表要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。分析 电路的逻辑功能为半加器，写出逻辑表达式为Cn=ABSn= A® B3、测试用异或门、非门和与或非门组成的电路的逻辑功能按图3-3接线。按下表要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。分析电路的逻辑功能为半加器，写出逻辑表达式为：Sn= A®B®CCn=AB+AnBnCn-1SnCti0000000110D

15、p 1a1001 一i01 1001010i0111Ci0111111五、实验结果分析答复下列问题1总结用实验来分析组合逻辑电路功能的方法为：按图接线，将输入的所有取值组合对应输出测出来，得到该电路的真值表，进而写出 逻辑函数表达式，概述电路的逻辑功能实验三 触发器实验目的1 学会测试触发器逻辑功能的方法。2 进一步熟悉 RS 触发器、集成 JK 触发器和 D 触发器的逻辑功能及触发方式。3 熟悉数字逻辑实验箱中单脉冲和连续脉冲发生器的使用方法。参看附录一。、实验器材1 数字逻辑实验箱 DSB-3 1 台2 万用表 1 只3 二踪示波器 XJ4328 1 台4 元器件： 74LS00 T065

16、 1 块 74LS74 1 块74LS76 1 块 导线 假设干三、实验说明1 如何用二踪示波器 XJ4328按时间对应关系同时显示两个信号？请预习附录二相 关内容。2 74系列产品抗干扰能力很差，不用的输入控制端不可悬空，要接固定高电平。 可通过一个几KQ电阻接5V电源，也可利用实验箱上的逻辑电平开关。四、实验内容和步骤1 根本RS触发器逻辑功能测试利用数字逻辑实验箱测试由与非门组成的根本RS触发器的逻辑功能，将测试结果记录在表 7-1 中。表7-1步骤RSQQ功能10020131 n14105112 .集成JK触发器74LS76逻辑功能测试(1) 直接置0和置1端的功能测试按表7-2的要求

17、改变百和RK及CP处于任意状态)*在E丸或可0問回任意改变h K及CP的状态，观察以结果有无彫响？观察和 记录Q和的状态._ _注意：歩骤5、(5时.要将录RW»同一个逻辑电平开关n*7-2歩骤UPJ1<SRQQ0X1101101117210->l31-014Of15If D6T(2) JK触发器逻辑功能的测试按表7-3测试并记录JK触发器的逻辑功能(表中CP信号由实验箱操作板上的单次脉冲发生器P+提供，手按下产生 0宀1手松开产生0)。(3) JK触发器计数功能测试使触发器处于计数状态(J=K=1),=1- CP信号由实验箱操作板中的连续脉冲(矩形波)发生器提供，可分别

18、用低频 (f= 110HZ)和高频(f=20150KHZ)两档进行输入，同时用实验箱上的 LED电平显示器和 XJ4328型二踪示波器观察工作情况，记入表 7-4。高频输入时，记录 CP与 Q的工作波形，并答复： Q状态更新发生在 CP的哪个边沿？ Q和CP信号的周期有何关系？假设 R=0会怎样?表7-4LED品不器工作情况示波器工作情况低频高频3 .集成D触发器74LS74逻辑功能测试(1) D触发器逻辑功能的测试按表7-5测试并记录D触发器的逻辑功能(表中CP信号由实验箱操作板上的单次脉冲发生器P+提供)。表7-5(2) D触发器计数功能测试使触发器处于计数状态(D卫')，- CP

19、端由实验箱操作板中的连续脉冲(矩形波)发生器提供，可分别用低频 (f= 110HZ)和高频(f=20150KHZ)两档进行输入，分别 用实验箱上的LED电平显示器和SR8双踪示波器观察工作情况，记录 CP与Q的工作波形，并答复：Q状态更新发生在 CP的哪个边沿?Q和CP信号的周期有何关系？假设会怎样?四、实验报告要求1 画出实验测试电路，整理实验测试结果，列表说明，答复所提问题，画出工作 波形图。2比拟各种触发器的逻辑功能及触发方式。3答复思考题1 ) 一个带直接置0/1端的JK触发器置为0或1有哪几种方法？2 ) 一个带直接置0/1端的D触发器置为0或1有哪几种方法实验四MSI计数器的应用一

20、、实验目的1 熟悉中规模集成电路计数器的功能及应用。2 进一步熟悉数字逻辑实验箱中的译码显示功能。参看附录1二、实验器材1 .数字逻辑实验箱 DSB-3 1台2 .万用表1只3 . 元器件：74LS00 T065 一块74LS20 T063 一块74LS161 一块导线假设干三、实验内容和步骤用74LS161及辅助门电路实现一个 2N16任意进制计数器:L利用异歩滑0端Rd“2.利用同歩置数端从叩叩开始计数.工利用同步萱数端匚，II 1111结束“4.利用同歩萱数端从某状态DCBA开始，到另一状态DiCiBiAi结 束例：从0001 ff始，到1010结束的10进制从0010 始，到1M1结束

21、的门进制，等以N=1O为例，请在预习时分别设计相应电路，自行拟出实验步骤。 分别安装并观察计数器的功能。1 .列出表述其功能的计数状态顺序表参考表9-1的格式，记录实验数据。可表9-1计数状态顺序表CPQdQcQbQa代表十进制数01 N-1N2 .利用实验箱上的高频连续脉冲作CP用示波器观察 QD QC QB QA的波形，并按时间对应关系记录下来。四、实验报告要求1 整理实验测试结果，以 N=10为例，分别画出电路图，列出计数状态顺序表，画 出工作波形。2 答复思考题1) 74LS161的置0端和置数端的工作情况有何不同？2) 假设要求计数器具有暂时停止计数、过一段时间再继续计数的功能，有哪几种方法可以实现？实验五电子秒表综合实验实验目的1 熟悉中规模集成电路计数器的功能及应用。2熟悉中规模集成电路译码器的功能及应用。3 熟悉LED数码管及其驱动电路的工作原理。4 熟悉集成555定时器组成的多谐振荡器5初步学会综合安装调试的方法。