数字电路与逻辑设计实验讲义.doc

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1、《数字电路与逻辑设计》实验讲义实验一TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试一、实验目的1、掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法。2、掌握TTL器件的使用规则。3、进一步熟悉数字电路实验装置的结构、功能与使用方法。二、实验原理用万用表鉴别门电路质量的方法：利用门的逻辑功能判断，根据有关资料掌握电路组件管脚排列，尤其是电源的两个脚。按资料规定的电源电压值接好（5V±10%）。在对TTL与非门判断时，输入端全悬空，即全“1”，则输出端用万用表测应为0.4V以下，即逻辑“0”。若将其中一输入端接地，输出端应在3.6V左右（逻辑“1”），此门为合格门。按

2、国家标准的数据手册所示电参数进行测试：现以手册中74LS20与非门电参数规范为例，说明参数规范值和测试条件，见表1.1。74LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列如图1.1。表1.174LS20主要电参数规范参数名称及符号规范值单位测试条件74LS20直流参数高电平输出电压VOH≥3.40VVCC=5V，输入端VIL=0.8V，输出端IOH=400μA低电平输出电压VOL＜0.30VVCC=5V，输入端VIH=2.0V，输出端IOL=12.8mA最大输入电压时输入电流II≤1mAVCC=5V，输入端VIn=5V，输出端空载高电平输入电流IIH＜50μAVCC

3、=5V，输入端VIn=2.4V，输出端空载低电平输入电流IIL≤1.4mAVCC=5V，输入端接地，输出端空载高电平输出时电源电流ICCH＜14mAVCC=5V，输入端接地，输出端空载低电平输出时电源电流ICCL＜7mAVCC=5V，输入端悬空，输出端空载扇出系数NO4～8V同VOH和VOL(b)（a）(c)图1.174LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列1、与非门的逻辑功能当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平。2、TTL与非门的主要参数（1）空载导通电源电流ICCL（或对应的空载导通功耗PON）

4、与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL是指输入端全部悬空（相当于输入全1），与非门处于导通状态，输出端空载时，电源提供的电流。将空载导通电源电流ICCL乘以电源电压就得到空载导通功耗PON，即PON=ICCL×VCC。测试方法，如图1.2（a）所示。测试条件：输入端悬空，输出空载，VCC=5V。通常对典型与非门要求PON＜50mW，其典型值为三十几毫瓦。空载截止电源电流ICCH（或对应的空载截止功耗POFF）ICCH是指输入端接低电平，输出端开路时电源提供的电流。空载截止功耗POFF为空载截止电源电流ICCH与电源电压之积，即POFF=

5、ICCH×VCC。注意该片的另外一个门的输入也要接地。测试方法，如图1.2（b）所示。测试条件：VCC=5V，Vin=0，空载。对典型与非门要求POFF＜25mW。通常人们希望器件的功耗越小越好，速度越快越好，但往往速度高的门电路功耗也较大。(2)低电平输入电流IiL和高电平输入电流IiHIiL是指输入端接地输出端空载时，由被测输入端流出的电流值，又称低电平输入短路电流，它是与非门的一个重要参数，因为入端电流就是前级门电路的负载电流，其大小直接影响前级电路带动的负载个数，因此，希望IiL小些。测试方法，如图1.3（a）所示。测试条件：VCC=5V，被测某个

6、输入端通过电流表接地，其余各输入端悬空，输出空载。通常典型与非门的IiL为1.4mA。IiH是指被测输入端接高电平，其余输入接地，输出端空载时流入输入端的电流，一般较小免于测试。（3）扇出系数N0扇出系数N0是指输出端最多能带同类门的个数，它反映了与非门的最大负载能力。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＜IIL，则NOH＞NOL，故常以NOL作为门的扇出系数。扇出系数可用输出为低电平（0.4V）时的允许灌入的最大灌入负载电流IOmax与输入短路电流IIL之

7、比求得，即N0=IOmax/IIL。一般N＞8，被认为合格。注意：测量时，IOmax最大不要超过20mA，以防止损坏器件。测试方法，如图1.4所示。（4）电压传输特性电压传输特性是指输出电压随输入电压变化的关系曲线。它能够充分地显示与非门的逻辑关系，即：当输入为低电平时，输出为高电平；当输入为高电平时，输出为低电平，在由低电平向高电平过渡的过程中，也由高电平向低电平转化。测试方法，如图1.5所示。通常对典型TTL与非门电路要求VOH＞3V（典型值为3.5V）、VOL＜0.35V、VON=1.4V、VOFF=1.0V。(5)平均延迟时间tpd将三个门电路接成

8、振荡器形式，测量振荡周期T，三、实验设备与器件1、DZX-1电子学