实验四 三态门逻辑功能测试文档格式.docx
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2.认识三态门的管脚
记住三态门的管脚分配情况,便于实验进行:
1使能,2输入,3输出;
4使能,5输入,6输出;
7接地;
8使能,9输入,10输出;
11使能,12输入,13输出;
14接电源。
3.示波器中信号的合并
一般示波器中波形的显示为信号与实间的关系,即为X—T(Y—T)关系图,如果要将示波器上两信号合并,则将显示选项改为X—Y。
4.对延迟时间的理解
延迟时间的测试要用到示波器的延迟扫描,对波形展开放大后,观察波形上升点与下降点,上升10%开始记为上升时间,下降10%开始记为下降时间。
2、实验内容
1.测试三态门的逻辑功能并测输入输出电压(静态测试);
2.测试三态门的传输特性,输入端接在CP端;
3.测三态门的传输延迟;
4.输入端接入函数发生器的三角波(最小值为0V,最大值不超过5V),将输入输出信号显示在示波器上,并将两信号合并;
3、实验条件
实验箱,74LS125芯片,导线,示波器,信号发生器,万用表
4、实验电路
1.测三态门的逻辑功能并测输入输出电压
2.测三态门的传输特性(输入信号为实验箱内的CP)
CP
3.传输延迟
5MHZ
4.信号合成
5、实验结果及结论
1.三态门的逻辑功能测试
使能端1和输入端2接逻辑信号,按下灯亮表示输入信号为高电平1,未按下灯不亮表示输入信号为低电平0,输出3接在发光二级管上,发光为黄色表示输出信号为低电平,为红色表示输出信号为高电平
输入的逻辑信号为00,输出信号灯不亮(实验中为发光二极管,显示为黄色),表示输出为低电平,即为0。
输入端2的输入电压为0V,输出3电压为24.6mV。
输入的逻辑信号为01,输出信号灯亮(实验中为发光二极管,显示为红色),表示输出为高电平,即为1。
输入端2的输入电压为4.98V,输出电压3为4.99V。
输入的逻辑信号为10,输出信号不亮,既不显示红色又不显示黄色。
输入端2的输入电压为0V,输出电压3为3.06V。
输入的逻辑信号为11,输出信号不亮,既不显示红色又不显示黄色。
输入端2的输入电压为4.98V,输出电压3为3.06V。
结论:
在实验误差允许情况下,当使能端有效时(三态门使能端为低电平有效),输出电压随输出电压变化而变化;
使能端无效时(即高电平),输出一直处于高阻态。
2.三态门传输特性的测试
由于三态门的使能端为低电平有效,故将使能端接入低电平信号,输入端2接在实验箱的CP处,然后把输入输出信号接到示波器上。
输入输出波形如下图:
(1)
(2)
(3)
输入输出信号的相关参数如图2、3所示。
结论:
由图可看出,在使能端有效时,输出波形和输入波形一样,只不过有点延迟而已。
3.传输延迟的测试
同样使能端接入低电平,输入端接入试验箱内的5MHZ的脉冲信号,并将输入输出接到示波器上,显示波形,如下图:
再选择示波器的选项“延迟扫描”,即可得到延迟扫描图,如下图1、2所示
(1)
运用光标来测量传输延迟,依据下降时间概念,估计10%处并将光标移至此处,如上图显示,可得下降沿的传输延迟为15.2ns.
运用光标来测量传输延迟,依据上升时间概念,估计10%处并将光标移至此处,如上图显示,可得上升沿的传输延迟为8.80ns.
三态门的输出存在延迟,同样也验证了内容2的结论,如果在误差允许情况,上升沿和下降沿的延迟时间可认为是一致的。
4.信号合成
使能端接入低电平,函数信号发生器输入电路中的为三角波,最大值为5.0V,调节频率使波形显示便于观察,注意输入输出的波形位置会影响合成波形的显示,故需要多次调节以便合成波形在屏幕的合适位置,便于观察,便于测量。
先调出最大值为5V的三角波后才能接入三态门,要不然超过5V后会导致三态门功能的测试。
可看出三角波峰峰值为5V,周期为200.0μs.
未合成前输入输出波形如下:
由图形看出,对于三态门来说,并不是5V三角波的所有信号都有效,只有在一定电压范围内,才有效。
输出波形的边界较粗糙,这是由于信号的干扰,要将接地端尽量靠近地端才能减少干扰,但是此干扰不可避免。
将Y-T改为X-Y后,合成波形如下:
图中显示横坐标相差880mV
图中显示纵坐标相差5.20V
三态门的开门电压约为1.92V,关门电压约为2.80V。
六、实验日志
实验过程中遇到的问题及解决办法:
1.静态测试时,输入信号由11变为00时红色很久才变为黄色,刚开始以为是电路连接的问题,后来做完延迟扫描后才想到可能是由于时间延迟的缘故;
2.在信号合成实验中电路连接错误,将输入端与输出端接错,导致波形输出不是理想结果,查看别人电路连接才发现这一错误;
3.示波器上波形显示总是不定,起初以为是接触不良导致信号输出不定,后来不断调节后发现原来是信号源选择错误;
4.合成波形在屏幕上显示特性不明显,幅度有点小,询问老师后了解是由于频率的影响;
5.信号合成实验中我的波形很粗糙,边界还有突出部分,这是由于干扰的影响,虽然将所有接地端都挨着实验箱的地端,干扰扔存在。
心得体会:
以前数字设计课上只是理论上学习了三态门的逻辑功能、特性曲线,老师没重点强调,所以了解的也不够充分,本次实验通过测量验证才真正理解,也对其内部结构、管脚有了一定的认识,对高阻态也理解了。
课本学习中了解到任何逻辑电路都有延迟,实验中通过对延迟的测量最终对传输延迟认识更透了。
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