一集成逻辑门电路的测试与使用.docx

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一集成逻辑门电路的测试与使用

实验一：

集成逻辑门电路的测试与使用

一．实验目的：

1．学会检测常用集成门电路的好坏的简易方法；

2．掌握TTL与非门逻辑功能和主要参数的测试方法；

3．掌握TTL门电路与CMOS门电路的主要区别。

二．实验仪器与器件：

1．元器件：

74LS20、74LS00（TTL门电路），4011（CMOS门电路）；

2．实验仪器：

稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。

三．实验原理：

1．集成逻辑门电路的管脚排列：

（1）

74LS20（4输入端双与非门）：

Y=ABCD

VCC2A2BNC2C2D2Y

1A1BNC1C1D1YGND

VCC：

表示电源正极、GND：

表示电源负极、NC：

表示空脚。

（2）74LS00（2输入端4与非门）：

Y=AB

VCC4A4B4Y3A3B3Y

1A1B1Y2A2B2YGND

（3）4011（2输入端4与非门）：

Y=AB

VCC4A4B4Y3Y3B3A

1A1B1Y2Y2B2AGND

集成门电路管脚的识别方法：

将集成门电路的文字标注正对着自己，左下角为1，然后逆时针方向数管脚。

2．TTL与非门的主要参数有：

导通电源电流ICCL、低电平输入电流IIL、高电平输入电流IIH、输出高电平VOH、输出低电平VOL、阈值电压VTH等。

注意：

不同型号的集成门电路其测试条件及规范值是不同的。

3．检测集成门电路的好坏的简易方法：

（1）在未加电源时，利用万用表的电阻档检查各管脚之间是否有短路现象；

（2）加电源：

利用万用表的电压档首先检查集成电路上是否有电，然后再利用门电路的逻辑功能检查电路。

例如：

“与非”门逻辑功能是：

“见低出高，同高出低”。

对于TTL与非门：

若将全部输入端悬空测得输出电压小于0.4V，将任一输入端接地测得输出电压大于3.5V，则说明该门是好的。

思考：

COMS与非门如何测试。

四．实验内容和步骤：

1．将74LS20加上+5V电压，检查集成门电路的好坏。

2．TTL与非门的主要参数测试：

（1）导通电源电流ICCL=。

测试条件：

VCC=5V，输入端悬空，输出空载，如图

（1）。

图

（1）图

（2）

（2）低电平输入电流IIL=。

测试条件：

VCC=5V，被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出空载，如图

（2），依次测量每个输入端。

（3）高电平输入电流IIH=。

测试条件：

VCC=5V，被测输入端通过电流表接VCC，其余输入端接地，输出空载，如图（3），每个输入端都测一下。

注意：

在测试中万用表应串入电路中，档位选择应由10mA档逐渐减小。

图（3）图（4）

3．比较TTL门电路和CMOS门电路的性能：

在下列情况下，用万用表电压档测量图（4）Vi2端得到的电压填入表

（2）：

表

（2）：

在不同的Vi1下

74LS00

4011

Vi1接高电平（3V）

Vi1接低电平（0.4V）

Vi1经100Ω电阻接地

Vi1经10kΩ电阻接地

思考：

请回答为何结果不同？

五．实验报告要求：

1．记录本次实验中所得到的各种数据。

根据测试数据判断所测与非门的逻辑关系是否正确。

2．思考并回答下列问题：

TTL与非门中不用的输入端可如何处理？

各种处理方法的优缺点是什么？

CMOS与非门呢？

实验二：

组合逻辑电路的设计

一．实验目的：

1．掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法；

2．掌握组合逻辑电路的调试方法。

二．实验仪器和器件：

1．实验仪器：

稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。

2．元器件：

74LS151、74LS04、74LS20、74LS138、74LS125；它们的管脚排列如下：

（1）74LS04（非门）：

Y=A

VCC4A4Y5A5Y6A6Y

1A1Y2A2Y3A3YGND

（2）74LS138（3线—8线译码器）：

VCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6

A0A1A2S2S3S1Y7GND

（2）74LS125（三态缓冲器）：

Y=A（C=0）、Y为高阻（C=1）

VCC4C4A4Y3C3A3Y

1C1A1Y2C2A2YGND

（6）74LS151（八选一数据选择器）：

Y=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+A2A1A0D4+A2A1A0D5+A2A1A0D6+A2A1A0D7

VCCD4D5D6D7A0A1A2

D3D2D1D0YYSGND

三．实验原理：

组合逻辑电路的设计大致可分为以下几个步骤：

1．根据给定的实际问题的逻辑关系列出真值表；

2．根据真值表写出逻辑函数表达式并化简；

3．根据集成芯片的类型变换逻辑函数表达式并画出逻辑电路图；

4．检查设计的组合逻辑电路是否存在竞争冒险，若有则设法消除。

四．实验内容与步骤：

1．根据组合逻辑电路的设计方法自行设计下列题目：

（1）设计用3个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮。

要求用74LS138和与非门实现。

（2）用三态门和非门设计一个数据传输电路：

要求当C=0时传输A路数据、当C=1时传输B路数据。

（3）人的血型有A、B、AB、O4种。

输血时输血者的血型与受血者血型必须符合图

（1）中用箭头指示的授受关系。

试用数据选择器和非门电路设计一个逻辑电路，判断输血者与受血者的血型是否符合上述规定。

（提示：

可以用两个逻辑变量的4种取值表示输血者的血型。

用另外两个逻辑变量的4种取值表示受血者的血型。

）

AA

BB

ABAB

OO

图

（1）

2．按拟定的设计方案连接电路，检查无误后，方可接通电源，验证所设计电路的逻辑功能。

3．注意实验中有无异常情况，如有异常情况出现，则对它进行分析并加以解决。

五．实验报告要求：

1．写出设计全过程，画出实验电路图。

2．记录实验验证的结果，讨论实验中出现的异常情况，写出实验心得体会。

实验三：

时序逻辑电路的设计

一．实验目的：

1．熟悉MSI计数器的使用方法，学会利用MSI计数器构成N进制计数器；

2．熟悉七段显示译码器和数码管的使用方法；

3．掌握电路故障的查找与排除。

二．实验仪器和器件：

1．实验仪器：

稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。

2．元器件：

74LS00、74LS191、74LS161、74LS48；它们的管脚排列如下：

（1）74LS191：

同步十六进制加/减计数器

VccD0CPICPOC/BLDD2D3

D1Q1Q0SU/DQ2Q3GND

74LS191的功能表：

CPI

S

LD

U/D

工作状态

╳

1

1

╳

保持

╳

╳

0

╳

异步预置数

↑

0

1

0

加法计数

↑

0

1

1

减法计数

（2）74LS161：

同步十六进制计数器

VccCQ0Q1Q2Q3ETLD

RDCPD0D1D2D3EPGND

74LS161的功能表：

CP

RD

LD

EPET

工作状态

╳

0

╳

╳╳

异步置零

↑

1

0

╳╳

同步预置数

╳

1

1

01

保持

╳

1

1

╳0

保持（但C=0）

↑

1

1

11

加法计数

（3）74LS48：

BCD-七段显示译码器

Vccfgabcde

A1A2LTBI/RBORBIA3A0GND

三．实验内容与步骤：

1．将74LS191接成8421码十进制加法计数器。

（1）画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用74LS48，数码管由数字逻辑实验测试台中的提供）。

（2）74LS191的CP脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供，要求开关每动作一次，数码管的显示将从0→1→2→┄→9循环变化。

2．将74LS191接成8421码十进制减法计数器。

（1）画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用74LS48，数码管由数字逻辑实验测试台中的提供）。

（2）74LS191的CP脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供，要求开关每动作一次，数码管的显示将从9→8→7→┄→0循环变化。

（注意：

做2时不用重新插线，只要在1的基础上改动几条线就可以了）

3．使用两片74LS161设计一个六十进制计数器。

（1）画出连线图，电路输出直接由数字逻辑实验测试台中的译码显示电路表示出来。

（2）74LS161的CP脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供，要求开关每动作一次，数码管的显示将从0→1→2→┄→59循环变化。

四．实验报告要求：

1．复习相关MSI计数器的内容。

2．按照实验内容设计并画出电路图和接线图，自拟具体的测试步骤。

3．排除实验中出现的异常现象，分析原因。

4．思考题：

使用两片74LS161实现六十进制计数器共有几种方法？

画出对应的电路连接图。

实验四：

脉冲信号的产生与变换

一．实验目的：

1．熟悉RC环形振荡器的使用，

2．熟悉555集成定时器的使用，

3．掌握用示波器对输出波形进行定性和定量分析的方法。

二．实验仪器和器件：

1．实验仪器：

稳压电源、万用表、示波器、数字逻辑实验测试台。

2．元器件：

74LS04、555定时器，电阻、电容若干；它们的管脚排列如下：

555定时器：

VccDISCTHVco

GNDTROUTRD

三．实验原理：

555定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成电路器件。

555定时器包括放电三极管、复位三极管、电压比较器A1和A2、R-S触发器、输出缓冲级，以及由三个5kΩ电阻组成的分压器。

比较器的参考电压从分压器电阻上取得，分别为2Vcc/3和Vcc/3。

高电平触发端6接比较器A1的同相端，低电平触发端2接比较器A2的反相端，分别作为阀值端和外触发输入端，用来启动电路，复位端4为低电平时，电路输出为低电平，不用时应接至Vcc电源端。

控制电压端5可以在一定范围内调节比较器的参考电压，不用时将它与地之间接0.01μF电容器，以防止干扰电压引入。

利用这种定时器只须外接RC电路就可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等，应用广泛而灵活。

555定时器的功能表：

输入

输出

RD

TH

TR

OUT

放电管TD状态

0

×

×

低

导通

1

>2Vcc/3

>Vcc/3

低

导通

1

<2Vcc/3

>Vcc/3

不变

不变

1

<2Vcc/3

高

截止

1

>2Vcc/3

高

截止

四．实验内容与步骤：

1．RC环形振荡器；

图

（1）

按图

（1）连接检查无误后，方可接上电源。

（1）用示波器观察振荡器的振荡波形且测出振荡周期；

（2）断开A、B加入电位器RW，用示波器测出振荡周期可调范围填入表

（1）中：

A、B间接

波形

周期

电阻R

电位器RW

2．555多谐振荡器：

图

（2）

按图

（2）连接检查无误后，方可接上电源。

用示波器观察输出端（3脚）有无矩形波。

3、555单稳态触发器：

图（3）

按图（3）连接检查无误后，方可接上电源。

注：

Vi来源于图

（2）的输出波形。

用双踪示波器观察输出、输入波形，且测出周期及脉宽，填入表

（2）中：

波形

周期

脉宽

Vi：

Vo：

五．实验报告要求：

1．整理实验测试结果，与理论计算比较；

2．画出观察到的波形，并进行简单地分析和讨论；

3．思考题：

在555单稳态触发器中，对输入信号的脉宽有无要求？

实验五：

A/D和D/A转换器及其应用

一．实验目的

了解大规模集成电路A/D和D/A转换器的基本结构和特性；通过测试A/D、D/A的转换特性，加深对其基本原理的理解，熟悉它们的使用方法及典型应用。

二．芯片简介和引脚排列

1．ADC0809包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。

用它可直接输入8个单端的模拟信号，分时进行A/D转换。

在多点巡回检测、过程控制等应用领域中使用非常广泛。

ADC0809的主要技术指标为：

①分辩率：

8位；②单电源：

+5V；

③总的不可调误差：

±1LSB；④转换时间：

取决于时钟频率；

⑤模拟输入范围：

单极性0—5V；⑥时钟频率范围：

10KHz—1280KHz。

2．DAC0832是8位芯片，采用CMOS工艺和R—2RT形电阻解码网络。

转换结果为一对差动电流IO1和IO2输出。

其主要性能参数为：

①分辩率：

8位；②单电源：

+5V—+15V；

③转换时间：

1us；④参考电压：

+10V—-10V；

⑤满刻度误差：

±1LSB⑥数据输入电平与TTL电平兼容。

三．实验内容

1．ADC0809实验电路

图

（1）

如图

（1）所示。

因ADC0809芯片不带时钟发生器，采用“555”定时器组成一个多谐振荡器提供时钟信号。

将ADC0809的第6、7、22脚连在一起，就能使ADC0809连续进行A/D转换。

在ADC0809芯片中有一8路单端模拟信号输入的多路开关，通过ADD-A、ADD-B、ADD-C（芯片的25、24、23脚）这三端地址译码器来选中一路开关接通，相应的模拟信号送入A/D转换器。

将23、24、25脚分别接开关作为输入；将D0—D7（8、14、15、17、18、19、20、21脚）分别接指示灯作为输出。

2．DAC0832实验电路

图

（2）

如图

（2）所示。

DAC0832是工作在直通方式下。

四．实验任务与步骤

1．A/D转换

（1）按图

（1）连接实验电路。

（2）按表1所示的地址译码与输入选通的关系选择模拟信号输入通路，方法是闭合或打开C、B、A。

（3）观察D0—D7（灯亮为1、灯灭为0），将实测结果填入表1。

表1：

被选模拟通路

地址

理论值

C

B

A

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

十六进制

IN0

4.5V

0

0

0

1

1

1

0

0

1

1

0

E6

IN1

4V

0

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

CC

IN2

3.5V

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

B3

IN3

3V

0

1

1

1

0

0

1

1

0

1

0

9A

IN4

2.5V

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

80

IN5

2V

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

66

IN6

1.5V

1

1

0

0

1

0

0

1

1

1

1

4F

IN7

1V

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

33

被选模拟通路

地址

实测值

C

B

A

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

十六进制

IN0

4.5V

0

0

0

IN1

4V

0

0

1

IN2

3.5V

0

1

0

IN3

3V

0

1

1

IN4

2.5V

1

0

0

IN5

2V

1

0

1

IN6

1.5V

1

1

0

IN7

1V

1

1

1

2．D/A转换

（1）按图

（2）连接实验电路。

（2）将开关D0—D7拔到“0”，观察DAC输出的运放反相放大器输出是否为0。

（3）将开关D0—D7拔到“80”，调节50K电位器使输出电压为2.5V。

（4）按表2所列输入数字信号，用万用表测试数模转换电压，并将测量结果填入表2中。

表2：

输入数字信号

UREF=5V

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

十六进制

UO

1

1

1

0

0

1

1

0

E6

1

1

0

0

1

1

0

0

CC

1

0

1

1

0

0

1

1

B3

1

0

0

1

1

0

1

0

9A

1

0

0

0

0

0

0

0

80

0

1

1

0

0

1

1

0

66

0

1

0

0

1

1

1

1

4F

0

0

1

1

0

0

1

1

33

五．实验报告要求：

整理实验测试结果，与理论计算比较；分析产生误差的原因。

实验六：

序列信号发生器的设计（设计性）

一、实验目的

1．熟悉综合运用所学知识设计数字系统的方法；

2．熟悉合理选用数字集成电路的方法；

3．提高电路布局、检查和排除故障的能力；

4．培养如何正确选用测试仪器对数字系统进行正确测试的能力。

二、预习与参考

1．如何用555定时器设计多谐振荡器；

2．查阅集成手册，挑选所需的计数器和数据选择器；

3．如何用中规模计数器实现任意进制计数器；

4．如何用中规模数据选择器实现电子开关；

5．结合教学内容和实验要求，认真设计实验电路。

三、设计指标

多谐振荡器的输出频率为1Hz，允许波动10%。

四、实验要求（设计要求）

1．用555定时器设计一个多谐振荡器，输出频率为1Hz；

2．将多谐振荡器的输出作为序列信号发生器的时钟输入；

3．用仿真软件Multisim：

画出相应的设计电路、调试、观察输出结果。

五、实验设备：

微机和仿真软件Multisim

六、调试及结果测试

1．用仿真示波器观察多谐振荡器的输出波形是否满足要求，若不满足，可改变电阻或电容的大小。

2．在序列信号发生器的输出端接一仿真灯，观察灯的变化是否符合题目要求；若不符合，请修改所设计的电路，直到符合题目要求为止。

七、考核形式

考核成绩=课堂验收仿真结果×60%+实验报告×40%

八、实验报告要求

1．题目名称；

2．任务和要求；

3．原理电路的设计：

（1）单元电路的设计和元器件的选择；

（2）画出完整的电路图，并说明主要工作原理。

4．在调试过程中遇到过哪些问题，你是如何解决的？

5．整理好测试数据，并分析是否满足要求。

6．有哪些收获、体会和建议？

九、思考题

如果对多谐振荡器的频率稳定度要求较高，则可将555定时器多谐振荡器改成石英晶体振荡器（石英晶体的固有谐振频率为1MHz），则电路应该如何修改，才能得到1Hz的频率信号。

画出相关的电路。