數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)1TTL門.ppt

數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn),張 學(xué) 文,雙蹤示波器,數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn),TTL集成邏輯門的功能與參數(shù)測(cè)試 CMOS集成邏輯門的功能驗(yàn)證與參數(shù)測(cè)試 TTL集電極開(kāi)路門與三態(tài)輸出門的應(yīng)用 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試 譯碼器及其應(yīng)用 數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用 觸發(fā)器及其應(yīng)用 計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用 智力競(jìng)賽搶答裝置 電子秒表 集成定時(shí)器,實(shí)驗(yàn)2.1 TTL集成邏輯門的參數(shù)測(cè)試,預(yù)習(xí)要求 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)器件 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)難點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn) 思考題,預(yù)習(xí)要求,熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)與實(shí)驗(yàn)箱的功能及構(gòu)造。 認(rèn)真閱讀教材附錄2，了解集成電路的品種代號(hào)及功能。 了解TTL與非門主要參數(shù)的定義和意義。 熟悉各測(cè)試電路，了解測(cè)試原理和測(cè)試方法。 熟悉TTL與非門74LS20的外引線排列。 自擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握集成與非門的主要參數(shù)、特性的意義及測(cè)試方法。 熟悉數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱的基本功能和使用方法。,數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱具有的功能簡(jiǎn)介,電源: 5V，5V、12V，12V、15V，15V等。 11000Hz脈沖信號(hào)、正負(fù)兩路單次脈沖、復(fù)位信號(hào)等。 816位邏輯開(kāi)關(guān)、816位電平指示器。 BCD譯碼顯示器。 其它：邏輯筆、撥碼開(kāi)關(guān)等,實(shí)驗(yàn)器件,EEL-08組件或數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱 示波器 直流電壓表 毫安表 4輸入雙與非門74LS20。 電阻： 680，200，1K 共3個(gè) 電位器：1K，10K 共2個(gè),實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)：,1、將集成塊缺口向右插到實(shí)驗(yàn)箱上的中心槽上下兩側(cè)，牢固后按要求插接連線。 2、接通電源前應(yīng)先檢查穩(wěn)壓電源是否為+5V，連線是否有誤，以防燒壞集成塊。,實(shí)驗(yàn)原理,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代電子技術(shù)已經(jīng)能把電路中的半導(dǎo)體器件、電阻、電容及連線都制作在一塊半導(dǎo)體基片上，構(gòu)成一個(gè)完整的電路，并封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，這就是集成電路。與分立元件相比，集成電路具有體積小、重量輕、可靠性高、壽命長(zhǎng)、功耗小、成本低和工作速度快等優(yōu)點(diǎn)。因此，在數(shù)字電路領(lǐng)域中，集成電路幾乎取代了所有分立元件電路。目前，應(yīng)用最廣的集成電路是和這兩類集成門電路。 當(dāng)前，數(shù)字電路中仍然經(jīng)常使用的大量的邏輯門，如與門、非門、或門、與非門、或非門等。以與非門使用為例，電路中使用的與非門應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)要求，以保證電路可靠、穩(wěn)定的工作。但與非門的性能指標(biāo)在制造過(guò)程中就已確定了，無(wú)法對(duì)它的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。因此，在使用前對(duì)它進(jìn)行嚴(yán)格挑選就顯得十分必要了。挑選的程序之一，便是對(duì)其進(jìn)行參數(shù)測(cè)試。,萬(wàn) 用 表 測(cè) 量 與非門電 路 情 況 表,集成塊外形圖,如：TTL門電路芯片（四2輸入與非門，型號(hào)74LS00 ),地GND,TTL門電路芯片簡(jiǎn)介,外形,電源VCC（+5V）,常用TTL邏輯門電路,TTL門電路的主要技術(shù)參數(shù),1) 輸出高電平、低電平,高電平: 3.4V-4V 以上,低電平: 0.3V-0.4V以下,2) 閾值電壓： UTH=1.4V,高電平,74LS內(nèi)部邏輯圖及引腳排列 如圖2.1-l（a）、（b）所示,與非門74LS20的邏輯功能 表,與非門的邏輯功能,與非門的邏輯功能是：當(dāng)輸入端有一個(gè)或一個(gè)以上的低電平時(shí)，輸出端為高電平；只有輸入端全部為高電平時(shí)，輸出端才是低電平。即有“0”得“1”，全“1”得“0”。 對(duì)與非門進(jìn)行測(cè)試時(shí)，門的輸入端接邏輯開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)向上為邏輯“1”向下為邏輯“0”；門的輸出端接電平指示器，發(fā)光二極管亮為邏輯“1”。不亮為邏輯“0”。基本測(cè)試方法是按真值表逐項(xiàng)測(cè)試，但有時(shí)按真值表逐項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試似嫌多余，對(duì)于有四個(gè)輸入端的與非門，它有十六項(xiàng)最小項(xiàng)，實(shí)際上只要按表2.1-1所示的五項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，便可以判斷此門的邏輯功能是否正常。,表2.1-1,與非門的主要參數(shù),導(dǎo)通電源電流與截止電源電流 低電平輸入電流與高電平輸入電流 扇出系數(shù) 電壓傳輸特性 平均傳輸延遲時(shí)間,與非門74LS20的主要參數(shù) 扇出系數(shù)NO：電路正常工作時(shí)能帶動(dòng)的同類門的數(shù)目稱為扇出系數(shù)NO。 輸出高電平VOH：一般VOH = 2.4V。 3. 輸出低電平VOL：一般VOL = 0.4V。 4. 高電平輸入電流IIH：指當(dāng)一個(gè)輸入端接高電平，而其它輸入端接地時(shí)從電源流過(guò)高電平輸入端的電流。,導(dǎo)通電源電流與截止電源電流,與非門在不同的工作狀態(tài)，電源提供的電流是不同的，是指輸出端空載，所有輸入端全部懸空，與非門處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源提供器件的電流。是指輸出端空截，輸入端接地，與非門處于截止?fàn)顟B(tài)，電源提供器件的電流。測(cè)試電路如圖2.1-2（a）、（b）所示。通常，它們的大小標(biāo)志著與非門在靜態(tài)情況下的功耗大小。 其導(dǎo)通功耗： (2.1-1) 而截止功耗為： (2.1-2) 由于導(dǎo)通電源電流較大，一般手冊(cè)中給出的功耗是指導(dǎo)通功耗。,低電平輸入電流與高電平輸入電流,高電平輸入電流是被測(cè)輸入端接高電平，其余輸入端接地，流入被測(cè)輸入端的電流，如圖2.1-3（b）所示，在多級(jí)門電路中它相當(dāng)于前級(jí)門輸出高電平時(shí)，前級(jí)門的拉電流負(fù)載，它的大小關(guān)系到前級(jí)門的拉電流負(fù)載能力，因此希望高電平輸入電流小。由于高電平輸入電流較小，難以測(cè)量，所以一般免于測(cè)試此項(xiàng)內(nèi)容。,低電平輸入電流與高電平輸入電流,低電平輸入電流是指被測(cè)輸入端接地，其余輸入端懸空，由被測(cè)輸入端流出的電流，如圖2.1-3（a）所示，在多級(jí)門電路中它相當(dāng)于前級(jí)門輸出低電平時(shí)，后級(jí)向前級(jí)門灌入的電流，因而它的大小關(guān)系到前級(jí)門的灌電流負(fù)載能力，因此希望低電平輸入電流小些。,低電平輸入電流與高電平輸入電流及扇出系數(shù)測(cè)量電路圖,扇出系數(shù),扇出系數(shù)是指門電路能驅(qū)動(dòng)同類門的個(gè)數(shù)，是衡量門電路負(fù)載能力的一個(gè)參數(shù)，TTL與非門有兩種不同性質(zhì)的負(fù)載灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載，因此有兩種扇出系數(shù)，低電平扇出系數(shù)和高電平扇出系數(shù)。低電平扇出系數(shù)測(cè)試電路如圖2.1-4所示，門的輸入端全部懸空，輸出端接灌電流負(fù)載，調(diào)節(jié)可變電阻使灌入的負(fù)載電流增大，輸出電壓隨之增高，當(dāng)輸出電壓達(dá)到 低電平的最大值（手冊(cè)中規(guī)定低電平規(guī)范值0.）時(shí)的就是允許灌入的最大負(fù)載電流，則 扇出系數(shù)大小主要受輸出低電平時(shí)輸出端允許灌入的最大負(fù)載電流的限制，如灌入的負(fù)載電流超出該值，輸出低電平將顯著升高，以致造成下級(jí)門電路的誤動(dòng)作。 高電平扇出系數(shù)，通常，所以，故常以低電平扇出系數(shù)作為門的扇出系數(shù)。,電壓傳輸特性,與非門的輸出電壓隨輸入電壓而變化的曲線稱為電壓傳輸特性，如圖2.1-5所示。它是門電路的重要特性之一，通過(guò)它可知道與非門的一些重要參數(shù)，如輸出高電平、輸出低電平、關(guān)門電平、開(kāi)門電平、閾值電平及抗干擾容限等。 關(guān)門電平在保證輸出為額定高電平（3V）的90（2.7V）的條件下，允許的輸入低電平的最大值。（0。8V）。 開(kāi)門電平在保證輸出為額定低電平（0.35V）的條件下，允許的輸入高電平的最小值(1.8V） 閾值電平將轉(zhuǎn)折區(qū)的中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓稱為門的閾值電平.（一般1.4V）,電壓傳輸特性的測(cè)試方法,電壓傳輸特性的測(cè)試方法很多，最簡(jiǎn)單的方法是逐點(diǎn)測(cè)試法，測(cè)試電路如圖2.l-6所示，調(diào)節(jié)電位器，逐點(diǎn)測(cè)出輸入電壓及輸出電壓繪成曲線(圖2.1-5 所示)。,電壓傳輸特性圖,平均傳輸延遲時(shí)間測(cè)量圖,TTL集成電路使用注意事項(xiàng)（以TTL與非門為例）,接插集成塊時(shí)，要認(rèn)清定位標(biāo)記，不得插反。圖2.1-9 電源電壓4.55.5V之間，實(shí)驗(yàn)中要求使用5V。電源絕對(duì)不允許接錯(cuò)。 閑置輸入端處理方法：a）懸空，相當(dāng)于正邏輯“1”，對(duì)一般小規(guī)模電路的輸入端，實(shí)驗(yàn)時(shí)允許懸空處理，但是輸入端懸空，易受外界干擾，破壞電路邏輯功能，對(duì)于中規(guī)模以上電路或較復(fù)雜的電路，不允許懸空。b）直接接入5V，或串入一適當(dāng)阻值電阻接入5V。c）若前級(jí)驅(qū)動(dòng)能力允許，可以與有用的輸入端并聯(lián)使用。 輸出端不允許直接接電源或直接接地，否則將導(dǎo)致器件損壞。 除集電極開(kāi)路輸出器件和三態(tài)輸出器件外，不允許幾個(gè)器件輸出端并聯(lián)使用，否則，不僅會(huì)使電路邏輯功能混亂，還會(huì)導(dǎo)致器件損壞。,實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),* 安全用電，首先檢查芯片能否正常工作，以及導(dǎo)線是否導(dǎo)通。 * 電路連接完成之后檢查無(wú)誤再接通電源，特別注意74LS20的地與電源引腳不能接錯(cuò)。 * 注意萬(wàn)用表電壓與電流檔的選擇。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,測(cè)量5V電源 檢測(cè)邏輯開(kāi)關(guān)及電平指示功能 檢測(cè)譯碼顯示器 LS主要參數(shù)的測(cè)試,實(shí)驗(yàn)檢測(cè),測(cè)量電源（用萬(wàn)用電表測(cè)量電源的輸出值是否與其標(biāo)稱值相符，若不符則予以調(diào)整。） 檢測(cè)邏輯開(kāi)關(guān)及電平指示功能： （1）用導(dǎo)線把一個(gè)邏輯開(kāi)關(guān)的輸出端與一個(gè)電平指示器的輸入端相連接，將邏輯開(kāi)關(guān)置“0”位，電平指示器應(yīng)該不亮。將邏輯開(kāi)關(guān)置“1”位，電平指示器應(yīng)該亮。依此類推，檢測(cè)所有的邏輯開(kāi)關(guān)及電平指示功能是否正常。 （2）給示波器輸入脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)頻率旋鈕，可觀察到脈沖信號(hào)的波形改變脈沖信號(hào)的頻率，示波器上的波形也應(yīng)隨之發(fā)生變化,（）將正、負(fù)單次脈沖信號(hào)和復(fù)位信號(hào)分別與一個(gè)電平指示器相連接，每當(dāng)按一下按鈕時(shí)，可觀察到它們的初始狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變以及自動(dòng)恢復(fù)原態(tài)。） 檢測(cè)譯碼顯示器（用導(dǎo)線將四個(gè)邏輯開(kāi)關(guān)分別與一位譯碼顯示器的四個(gè)輸入端相連接，按8421碼進(jìn)位規(guī)律撥動(dòng)邏輯開(kāi)關(guān)，可觀察到譯碼顯示器上顯示出0十個(gè)數(shù)字。 驗(yàn)證集成與非門的邏輯功能。取任一個(gè)與非門按圖2.1-9連接實(shí)驗(yàn)電路，用邏輯開(kāi)關(guān)改變輸入端A、B、C、D邏輯電平，輸出端接電平指示器及數(shù)字電壓表。逐個(gè)測(cè)試集成塊中兩個(gè)門，測(cè)試結(jié)果記入表2.1-1中。）,表2.1-1,導(dǎo)通電源電流。按圖2.l-2（a）接線，測(cè)試結(jié)果記入表2.1-3中。 截止電源電流。按圖2.1-2（b）接線，注意此時(shí)應(yīng)將兩個(gè)與非門的所有輸入端都接地，測(cè)試結(jié)果記入表2.1-3中。 低電平輸入電流。按圖2.1-3（a）接線，測(cè)試結(jié)果記入表2.1-3中。 扇出系數(shù)。按圖2.1-4接線，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓為0.4V,測(cè)量此時(shí)的允許灌入的最大負(fù)載電流 ，計(jì)算出低電平扇出系數(shù) ，記入表2.1-3中。,表 2.1-3,電壓傳輸特性。按圖2.1-6接線，調(diào)節(jié)電位器，使輸入電壓從0V向高電平變化，逐點(diǎn)測(cè)量輸入電壓和輸出電壓的對(duì)應(yīng)值，記入表2.1-4中。 用示波器觀察電壓傳輸特性曲線。測(cè)試電路如圖2.1-6，將輸入電壓接入示波器X軸輸入端（EXT端），輸出電壓接Y軸（CH1或CH2）輸入端，調(diào)節(jié)電位器，在屏幕上可顯現(xiàn)輸出電壓隨輸入電壓變化光點(diǎn)移動(dòng)軌跡，即電壓傳輸特性曲線。示波器觸發(fā)極性開(kāi)關(guān)應(yīng)置外接處。 平均傳輸延遲時(shí)間。按圖2.1-8連接線路，用頻率計(jì)測(cè)量振蕩頻率，求出平均傳輸延遲時(shí)間。,表2.1-4,實(shí)驗(yàn)重點(diǎn),TTL與非門的參數(shù)測(cè)試 TTL集成電路的正確使用,實(shí)驗(yàn)難點(diǎn),用示波器觀測(cè)電壓傳輸特性曲線 TTL與非門平均傳輸延遲時(shí)間的測(cè)量,實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求,1復(fù)習(xí)、整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2把測(cè)得的與非門各參數(shù)值與它的規(guī)范值進(jìn)行比較。 3畫出實(shí)測(cè)電壓傳輸特性曲線，并從中讀出各有關(guān)參數(shù)值。,實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù),表1.1.1. VOH和VOL的測(cè)試