实验三集成逻辑门电路的功能及参数测试精Word文件下载.docx

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实验四

1.掌握三态门的逻辑功能及工作原理

2.了解三态门在计算机总线中的应用

3.熟悉集电极开路门的电路原理

4.掌握集电路开路门的使用方法

二、实验内容和原理

实验内容:

1.验证74LS00“与非”门的逻辑功能

2.验证CD4001“或非”门的逻辑功能

3.测量74LS00逻辑门的传输延迟时间tpd

4.测量CD4001逻辑门的传输延迟时间tpd

5.测量74LS00传输特性与开关门电平VON和VOFF

实验原理:

1.与非门:

图表1与非门原理图

2.或非门

图表2或非门原理图

3.测量平均传输延迟时间:

一.主传输时间是一个动态参数,是晶体管PN节电容、分布寄生电容、负载电容等充放电时间引起的输出信号滞后于输入信号一定时间的参数

二.平均传输时间tpd由两部分构成（如图表3

（1从高电平跃迁到低电平滞后时间tPHL

（2低电平跃迁到高电平滞后时间tPLH要仪器设备

（3

图表3传输延迟时间示意图

三.平均延迟时间一般把电压的最大和最小值的中间50%点作为时间参考点,测出tPHL和tPLH后求其平均值:

tpd=（tPHL+tPLH/2

为提高测量精度,采用环形振荡器测量传输延迟时间:

假设每个与非门延迟时间相同,则振荡器周期T=6tpd

一个逻辑门的延迟时间为T/6

图表4测量平均传输延迟时间示意图

4.电压传输特性

电压传输特性是指输出电压随输入电压而变化的关系特性。

它可以充分显示出门输入输出的逻辑特征,可以反应出二值量化及门开关跃迁是一个连续过渡的过程。

74LS00的电压传输特性曲线如图表5,图中标有四个开关参数

--输出高电平VoH

--输出低电平Vo

--开门电平VON

--关门电平VOFF

1.关门电平VOFF指使输出电压刚好达到输出转折至额定电平值时的最高输入低电平电压

74LS00的VOFF是当输入电压由零逐渐上升、输出电压逐渐下降,当输出电压刚好降到额定最低高电平2.4V时的最高输入低电平电压。

2.开门电平VON指使输出电压刚好达到输出转折跃迁至另一状态额定电平值时的最低输入高电平电压在74LS00中是当输入电压由VOFF继续上升,输出电压急剧下降,当输出电压刚好降到额定低电平0.4V时的最低输入高电平电压称VON。

图表5电压传输特性曲线

1.验证74LS125三态门的逻辑功能,即高电平、低电平和高阻态

2.用74LS125三态门构成1位2选1数据选择器

3.用74LS125三态门实现1位双向数据传送

4.验证74LS03集电极开路门的逻辑功能

5.用74LS03集电极开路门实现线与功能

1.三态门

使用三态门,可以做到让多个逻辑门的输出直接连接在一起,且不影响各器件的工作。

如图,增加输出门均截止的状态（高阻态。

要使TTL输出级T4和T5均截止,需增加控制端G,G=0时T4,T5截止,输出级处于截止状态。

图表6三态门示意图

图表7三态门输入输出示意图

如图表7

当G=0,输出级T4,T5均截止,输出高阻态当G=1,逻辑功能和正常的与非门完全一样

图表8实验室用的三态门芯片及其真值表

2.集电极开路（OC门

第二种实现TTL逻辑门输出直接相连的方法是将逻辑门电路输出极的三极管T4去掉,T5的集电极直接输出,称为OC门,电路结构如下:

图表9集电极开路门输出结构

由于取消了T4、T5的集电极开路,无论输入端为何种状态,T5输出处于截止,要使输出端正常工作要在T5的集电极上加上工作电压（称为集电极偏置电压,该电压由外部电路实施,从而实现了输出可以直接相连的功能。

如果仅在输出端和电源之间加上一个电阻（称为上拉电阻,该电阻的作用是:

1.实现正常的逻辑功能2.提高输出驱动负载能力

不论何种输入状态,T5

输出均截止

3.转换TTL到其他电平4.可实现“线与”功能

如果将多个相同的集电极开路门的输出连在一起,接上拉电阻,则只要有一个输出门的T5导通,其输出端就为低电平,其逻辑功能是“与”的关系,称为“线与”,如下图:

图表10集电极开路门线与及集电极开路门驱动继电器

图表1174LS03集电极开路与非门芯片引脚功能

3.三态门构成数据选择器

三态门选择电路图见图表12,其输入输出见图表13:

图表12数据选择电路

图表13数据选择电路的输入输出

4.三态门构成双向数据收发器及总线数据传输

在计算机电路中CPU,三态门可以实现既接收数据又输出数据同时避免收发数据在时序上的互相影响。

其电路图见图表14:

图表14三态门实现计算机通过数据总线双向传输数据

DIR1=1且DIR2=0时,数据传送方向从X→Y

DIR1=0且DIR2=1时,数据传送方向从Y→X

5.集电极开路门总线数据收发传输

利用集电极开路与非门输出“线与”的功能可以构成总线数据传输,图表15所示电路具有两路发送和两路接受的集电极开路门总线收发电路。

图表16是电路的部分功能表。

图表15集电极开路门通过总线数据发送接收

图表16电路图部分功能表

三、主要仪器设备

实验设备

数字示波器RIGOLDS1062E-EDU1台

三用表1只

低频信号发生器YB16381台

逻揖电路设计实验箱1台

实验材料（实验箱上

两输入与非门74LS001片

两输入或非门CD40011片

电阻

4.7KΩ电位器1只

100Ω/1KW1只

示波器YB4320A1台

逻辑电路设计实验箱1台

实验材料（在电阻箱上

74LS1251片

74LS031片

1/8W1KΩ8只

1/8W5.1KΩ5只

1/8W2.7KΩ4只

四、操作方法与实验步骤

1.将芯片插入实验箱的IC插座中

2.按图表6连接电路,VCC接直流5V电压,地端接地线

3.高电平通过VCC接1K电阻产生,低电平直接接地

4.以真值表顺序遍历输入A,B所有组合,测量输入端A,B及输出端F电压值,并记录

5.重复步骤3~4,测量其他3个门的逻辑关系并判断门的好坏

图表17与非门

2.按图表7连接电路,VCC接直流5V电压,地端接地线

图表18或非门

1.将芯片插入实验箱的IC插座,注意芯片方向

2.按图表8连接电路,VCC接5V电源,地端接地线

3.将示波器接到振荡器的任何一个输入或输出端

4.调节频率旋钮,测量Vo的波形,读出周期T并计算传输延迟时间

图表1974LS00

2.按图连接电路,VCC接5V电源,地端接地线

3.将示波器接入到振荡器的输入或输出端

图表20CD4001

1.将芯片插入实验箱的IC插座

2.按图10连接电路

3.将直流电表分别接入A端和与非门的输出2Y端

4.从b端往a端缓慢调节电位器W,观察Vi,Vo两电压表的读数,并记录数据填入表格

5.根据表格数据画出曲线图,并求VON和VOFF

图表21开关门电平电路图

1.验证74LS125三态门的逻辑功能

1.高阻的测试方法:

将控制端EN接高电平,输出分别接上拉电阻和下拉电阻,测量输出端Y的电压

图表22测量示意图

2.测量74LS125的四个三态门的输入输出电压,并填入下表（表中i=1,2,3,4

图表2374LS125电路图

1.用74LS125按下图连接电路

2.信号发生器TTLout输出方波信号加到D0输入端;

高电平加到D1输入端3.通过74LS00产生S0控制输出,用示波器监测输入输出4.将实验结果填入下表

图表241位2选1数据选择器

1.参考下图,在实验台实现一位数据的双向传送

2.当C=0时,A0传送到B0;

A0加方波,B0示波器观察3.当C=1时,B0传送到A0;

B0加方波,A0示波器观察4.分别记录以上实验结果

图表25三态门实现1位双向数据传送

分别在输出端接上拉电阻和不接上拉电阻的情况下,测量74LS03的一个逻辑门的逻辑关系,并填入下表

图表2674LS03

5.74LS03实现线与、电平转换功能

按下图VCC接5V,测量输入端A,B及输出端Y的电压值,填入下表若将多个相同集电极开路门的输出连在一起接上拉电阻,则只要有输出门为低电平,输出端就为低电平,逻辑功能上是与的关系,称为线与

若在集电极输出端通过一个电阻接高电压电源,则可实现TTL与不同电平的转换,驱动LED、继电器等

图表27线与、电平转换功能连接示意图

五、实验结果与分析

1.与非门逻辑功能测量结果:

图表28与非门测量结果（V

为四个与非门的测量值

分析:

实验表明对于与非门,只有当输入都是高电平时输出才为低电平,这与理论分析相一致。

实验中四组数据都正常说明74LS00所包含的四个与非门都是正常的。

2.或非门逻辑功能测量结果:

图表29或非门测量结果