数电实验内容

数电实验内容
实验⼀门电路的外特性测试
实验⽬的：
1、熟悉TTL 集成逻辑门的逻辑功能，掌握与门、或门、与⾮门逻辑功能的测试⽅法
2、掌握与⾮门主要外特性及它们的测试⽅法实验器件：
74LS00⼀⽚万⽤电表⼀块电阻若⼲、置数开关⼀块双综⽰波器⼀台导线若⼲等实验内容：
1、以TTL 与⾮门74LS00为例测试其真值表
1脚、2脚接置数开关，3脚为输出端
将与⾮门的输⼊端如表中所列输⼊，⽤万⽤表依序测出相应的输出电压V O 值，如图1-1所⽰，并列⼊表1-1中。

2、同样⽅法，可以测试TTL74LS08、74LS86、74LS32等门电路的真值表。

O
图1-1 74LS00真值表测试电路
图1-1 74LS00真值表
3、TTL 与⾮门74LS00为例的电压特性曲线测试。

如图1-2所⽰，其输⼊电压V i 分别取0.2V 、0.4V 、0.6V 、0.8V 、1.1V 、1.2V 、1.3、1.4V 、1.5V 、1.6V 、1.8V 、2.0V ，测出相应的输出电压V O 值，即可画出电压传输特性曲线，从这特性曲线上可以确定TTL 与⾮门的输出⾼电平V Oh ；输出低电平V OL ；开门电压V ON ；关门电压V OFF ；输⼊低电平噪声容限V NL =V OFF -V IL 输⼊⾼电平噪声容限V NH =V IH -V ON ；
开门电平指允许输⼊⾼电平的最⼩值；关门电平指允许输⼊低电平的最⼤值，V IH 为前级门的输出⾼电平，即本级门的输⼊⾼电平；V IL 为本级门的输⼊低电平。

4、TTL 与⾮门74LS00为例的输⼊特性测试
如图1-3所⽰，74LS00的⼀输⼊端短路，输⼊端流出的电流即为输⼊短路电流I is ；
R 1R W
O
+5v
图1-2 74LS00电压特性曲线测试电路
如图1-4所⽰，74LS00的⼀输⼊端接+5V ，其流向输⼊端的电流即为输⼊漏电流I iH ；
5、TTL 与⾮门74LS00为例的输出特性（带负载能⼒）测试
如图1-5所⽰，按表1-2所⽰改变R L 的阻值，测出相应的输出电压V OH ，依序计算I L =V OH/R L ，并画出V OH 随负载电流变化的曲线。

（注意：电位器R L 阻值禁⽌改变到50欧以下）
图1-4 与⾮门输⼊漏电流测试电路
图1-2与⾮门 74LS00输出⾼电平数据
图1-5 与⾮门输出⾼电平时输出特性测试电路
V o
如图1-6所⽰，按表1-3所⽰改变R L 的阻值，测出相应的输出电压V OL ，依序计算负载电流I L =5 V -V OL /R L ，并画出与⾮门输出为低电平V OL 输出特性曲线。

（注意： R L 阻值禁⽌改变到50欧以下）
6、TTL 与⾮门74LS00为例的动态逻辑功能测试
如图1-7所⽰，与⾮门⼀端输⼊脉冲信号，另⼀端分别接低电平，悬空、⾼电平三种状态，⽤双综⽰波器同时观察加连续脉冲的输⼊端信号和与⾮门输出端信号，记录情况于表
1-4中。

图1-3 与⾮门 74LS00输出低电平时负载数据
图1-6 与⾮门输出低电平时输出特性测试电路
V o
图1-7 与⾮门 74LS00动态逻辑功能测试电路
Y
CH2
7
、TTL 与⾮门74LS00为例的平均功耗测试
TTL 与⾮门74LS00为例的平均功耗如图1-8所⽰，与⾮门所有输⼊端悬空，输出端空载时，电流提供给器件的电流为低电平输出电源电流I CCL ；如图1-9所⽰，与⾮门有⼀个以上的输⼊端接地，输出端空载时的提供给器件的电流为⾼电平输出电源电流I CCH ；器件的平均功耗为 P A V =1/2(I CCL +I CCH )V CC (V CC =+5V)
图1-4 与⾮门动态逻辑功能测试记录表
图1-8 与⾮门低电平输出电源电流I ccL 测试电路
O
图1-9 与⾮门⾼电平输出电源电流I ccH 测试电路
O
附录：
主要外部特性参数
TTL与⾮门的主要外部特性参数有输出逻辑电平、开门电平、关门电平、扇⼊系数、扇出系数、平均传输时延和空载功耗等。

（1）输出⾼电平V oH：输出⾼电平V oH是指⾄少有⼀个输⼊端接低电平时的输出电平。

V oH的典型值是3.6V。

产品规范值为V oH≥ 2.4V，标准⾼电平V SH=2.4V。

（2）输出低电平V oL：输出低电平V oL是指输⼊全为⾼电平时的输出电平。

V oL的典型值是0.3V，产品规范值为V oL≤
0.4V，标准低电平V SL= 0.4V。

（3）开门电平V ON：开门电平V ON是指在额定负载下，使输出电平达到标准低电平V SL的输⼊电平，它表⽰使与⾮门开通的最⼩输⼊电平。

V ON的典型值为1.5V，产品规范值为V ON≤1.8V。

开门电平的⼤⼩反映了⾼电平抗⼲扰能⼒，V ON愈⼩，在输⼊⾼电平时的抗⼲扰能⼒愈强。

（4）关门电平V OFF：关门电平V OFF是指输出空载时，使输出电平达到标准⾼电平V SH的输⼊电平，它表⽰使与⾮门关断所允许的最⼤输⼊电平。

V OFF的典型值为1V，产品规范值V OFF≥ 0.8V。

关门电平的⼤⼩反映了低电平抗⼲扰能⼒，V OFF 越⼤，在输⼊低电平时的抗⼲扰能⼒越强。

（5）扇⼊系数N i：扇⼊系数N i是指与⾮门允许的输⼊端数⽬。

⼀般N i 为2～5，最多不超过8。

（6）扇出系数N o：扇出系数N o是指与⾮门输出端连接同类门的最多个数。

它反映了与⾮门的带负载能⼒。

⼀般N o≥ 8。

扇⼊和扇出是反映门电路互连性能的指标。

（7）输⼊短路电流I iS：输⼊短路电流I iS是指当与⾮门的某⼀个输⼊
端接地⽽其余输⼊端悬空时，流过接地输⼊端的电流。

在实际电路中，I iS 是流⼊前级与⾮门的灌电流，它的⼤⼩将直接影响
前级与⾮门的⼯作情况。

因此，对输⼊短路电流要加以限制，产品规范值I iS≤1.6mA。

（8）⾼电平输⼊电流I iH：⾼电平输⼊电流I iH是指某⼀输⼊端接⾼电平，⽽其他输⼊端接地时，流⼊⾼电平输⼊端的电流，⼜称为输⼊漏电流。

当与⾮门串联运⽤时，若前级门输出⾼电平，则后级门的I iH就是前级门的拉电流负载，I iH过⼤将使前级门输出的⾼电平下降。

所以，必须将I iH限制在⼀定数值以下，⼀般I iH≤50µA。

（9）平均传输延迟时间t pd：平均传输延迟时间t pd是指⼀个矩形波信号从与⾮门输⼊端传到与⾮门输出端(反相输出)所延迟的时间。

通常将从输⼊波上沿中点到输出波下沿中点的时间延迟称为导通延迟时间t pdL；从输⼊波下沿中点到输出波上沿中点的时间延迟称为截⽌延迟时间t pdH。

平均延迟时间定义为t pd=(t pdL + t pdH)/2
平均延迟时间是反映与⾮门开关速度的⼀个重要参数。

t pd的典型值约
10ns，⼀般⼩于40ns。

（10）空载功耗P：空载功耗是当与⾮门空载时电源总电流I CC和电源电压U CC的乘积。

输出为低电平时的功耗称为空载导通功耗P ON，输出为⾼电平时的功耗称为空载截⽌功耗P OFF。

P ON总⽐P OFF⼤，平均功耗P=(P ON+P OFF)/2。

⼀般P ＜50mW,如74H系列门电路平均功耗为22mW。

TTL,三极管基极有电阻接5V电源.悬空相当于+5V电源通过电阻,再通过PN 结加到输⼊端,悬空后,输⼊端⾼电平. TTL处理⽅法有三种：1.接⾼电平，通常接Vcc；2.与多余的输⼊端连接；3.悬空。

CMOS是前两种。

某⼀输⼊端⼝悬空即开路，对电路输出没有影响，⽽ttl与⾮门只要有⼀个输⼊端输⼊为“0”，输出为1，⽽某⼀个输⼊端为“1”则不影响输出结果，所以悬空可以看成输⼊为“1”
实验⼆利⽤门电路构成编码器及⼀位全加器、分配器、选择器
实验⽬的：
1、熟悉由基本门电路组成逻辑功能部件的⽅法和原理。

2、进⽽了解组合电路的设计，安装和调试。

实验器件：
74LS08（与门）⼀⽚,74LS32（或门）⼀⽚,74LS86（异或门）⼀⽚,74LS20（四输⼊两与⾮门）⼆⽚,74LS11（三输⼊与门）⼀⽚,74LS04（⾮门）⼀⽚，导线若⼲等
实验内容：
1、编码器设计电路：
编码器的功能是将具有特定意义的单个信号输⼊信号组合成⼆进制代码输出的组合逻辑电路。

编码器设计电路：将0~7⼋个各代表0~7的逻辑开关向变量，转换成三位⼆进制代码输出的组合电路，编码器真值表如下：
K A= + K = + + 4K 5 6 K 7 7 4 K 5 6 K K K B= K = K + + + 3 K 6 7 7
K
3
K
K
K
K
=
K
+
+
+
C=
5
3
5
7
1
7
K
K
1K
3
连接电路：画出电路图，利⽤两⽚74LS20和置数开关来实现，显⽰⽤LED
逻辑电平。

说明：输⼊K1~K7常置“1”，需输⼊哪个逻辑开关的特定编码时，就将哪个开关置“0”，其输出显⽰即为对应⼆进制编码。

2、⼀位全加器设计电路
全加器具有三个输⼊，除被加数，加数外还应考虑来⾃低位的进位，分别表⽰的X、Y、Z相加以后产⽣本位和S及本位向⾼⼀位的进位C。

⾃⼰设计真值表、电路，X、Y、Z根据真值表由置数开关置数，输出接显⽰，看是否与真值表相符合。

3、设计⼀个四路分配器电路
分配器是把⼀个输⼊信号A传送到四个输出端去的组合电路，将A传送到哪个输出端决定于S1、S0。

A输⼊可⽤连续脉冲。

画出电路图，⾃⾏检验。

4、设计⼀个四选⼀数据选择器
从四路输⼊信号中由选择控制S1、S0决定选取其中之⼀传送到唯⼀的输出端去的电路称为四路选择器，通过实验看是否与真值表相符。

S1、S0由置数开关控制。

I0~I3分别接连续脉冲。

5、⾃⾏设计⼀个三位判决电路。

实验三计数、译码、显⽰电路
实验⽬的：
1、掌握BCD码译码器驱动显⽰电路的⼯作原理
2、理解集成电路74LS247译码器驱动器的功能和LED数码管的功能
3、会利⽤CT74LS160设计任意进制计数器
实验器件：
置数开关⼀个，CT74LS160两⽚，74LS247两⽚，LED七段显⽰器⼀块（共阳极型），74LS00⼀个，导线若⼲。

实验内容：
设计20以上50以内的任意进制计数器。

集成电路管脚说明：
74LS160：Array
74LS247：。