数字电路及设计实验

常用数字仪表的使用

实验内容：

1.参考“仪器操作指南”之“DS1000操作演示”，熟悉示数字波器的使用。

2.测试示波器校正信号如下参数：（请注意该信号测试时将耦合方式设置为直流耦合。

峰峰值（Vpp），最大值（Vmax），最小值（Vmin），

幅值（Vamp），周期（Prd），频率（Freq）

顶端值（Vtop），底端值（Vbase），过冲（Overshoot）,

预冲（Preshoot），平均值（Average），均方根值（Vrms），即有效值

上升时间（RiseTime），下降时间（FallTime），正脉宽（+Width）,

负脉宽（-Width），正占空比（+Duty），负占空比（-Duty）等参数。

3.TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低

电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V。

请采用函数信号发生器输出一个TTL信号，要求满足如下条件：

①输出高电平为3.5V，低电平为0V的一个方波信号；

②信号频率1000Hz；

在示波器上观测该信号并记录波形数据。

集成逻辑门测试（含4个实验项目）

（本实验内容选作）

一、实验目的

（1）深刻理解集成逻辑门主要参数的含义和功能。

（2）熟悉TTL 与非门和CMOS 或非门主要参数的测试方法，并通过功能测试判断器件好坏。

二、实验设备与器件

本实验设备与器件分别是：

实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、数字频率计、数字万用表及工具；

实验器件：74LS20两片，CC4001一片，500Ω左右电阻和10k Ω左右电阻各一只。 三、实验项目

1．TTL 与非门逻辑功能测试

按表1-1的要求测74LS20逻辑功能，将测试结果填入与非门功能测试表中（测试F=1、0时，V OH 与V OL 的值）。

2．TTL 与非门直流参数的测试

测试时取电源电压V CC =5V ；注意电流表档次，所选量程应大于器件电参数规范值。

（1）导通电源电流I CCL 。测试条件：输入端均悬空，输出端空载。测试电路按图1-1（a ）连接。

（2）低电平输入电流I iL 。测试条件：被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出空载。测试电路按图1-1（b ）连接。

（3）高电平输入电流I iH 。测试条件：被测输入端通过电流表接电源（电压V CC ），其余输入端均接地，输出空载。测试电路按图1-1（c ）连接。

（4）电压传输特性。测试电路按图1-2连接。按表1-2所列各输入电压值逐点进行测量，各输入电压值通过调节电位器W 取得。将测试结果在表1-2中记录，并根据实测数据，做出电压传输特性曲线。然后，从曲线上读出V OH ，V OL ，V on ，V off 和V T ，并计算V NH ，V NL 等参数。

表1-1 与非门功能测试表

图1-1 I CCL ，I iL 和I iH 测试电路 图1-2 电压传输特性测试电路

表1-2

与非门电压传输特性测试表

（5）扇出系数N O 。测试条件：所有输入端悬空，负载R L 为可变电阻。测试电路按图1-3连接。调节R L ，使输出电压V OL =0.4V ，测出此时的I OL ，再按下式：

N O =I Ol /I iL

求得N O 。

3．平均延迟时间t pd 的测试

现一般采用环形振荡器法测t pd ，测试原理电路及波形如图1-4（a ）和（b ）所示。图1-4（a ）中与非门1、与非门2为标准门的t pd1和t pd2是已知的（可预先在高精度的双踪示波器上测出），与非门（3）是被测门。三个与非门构成一个环形振荡电路。点（3）和点（3 ）的波形是同一波形，由图1-4（b ）可知，振荡波形的周期为：

图1-4 平均延迟时间测试电路及波形

T =t PHL1+t PHL2+t PHL3+t PLH1+t PLH2+t PLH3=2t pd1+2t pd2+2t pd3 （在一个振荡周期内每个门经过两次延迟时）

图1-3 扇出系数测试电路

从数字频率计上可以读出振荡频率f （也可用示波器测出周期T ），即可算出被测门的平均延时时间为：

T =1/f =2(t pd1+t pd2)+2t pd3 t pd3=1/2f －(t pd1+t pd2)

或者 t pd3=T /2－(t pd1+t pd2)

4．CMOS 或非门电路的测试（注意CMOS 器件使用规则）

（1）传输特性测量

① 调节电位器W ，选择若干个输入电压值，测量相应的输出电压值，然后由测得的数据作出曲线，并从曲线中求得V oH 、V oL 、V on 和V oFF 等参数值。注意，测量输出端的电压时，要选用高阻抗的直流电压表，最好用直流数字电压表。通常取V on 为0.1V oH 时对应的输入电平值，V oFF 为0.9V OH 对应的输入电平值。 ② 将两个输入端并联在一起，重复上述测试，比较两种情况下电压传输特性和噪声容限的差异。

③ 测试电源电压的影响：将V DD 依次调节至5V

和15V ，观察电路的逻辑功能以及输出高电平V oH 值。

（2）逻辑功能测试

选CC4001按图1-5电路接线。断开与电位器W 连接的输入端和接地输入端，在两个输入端分别送入表1-3中所列出的输入状态，测试其输出相对应的逻辑值。

五、预习要求

（1）阅读TTL 与非门主要参数的含义及CMOS 门电路的特点。

（2）熟悉CMOS 电路和TTL 电路的使用规则。 （3）设计实验电路，提出器件清单。 （4）拟定实验方案和调测步骤。

图1-5 CMOS 门传输特性测试电路图 表1-3 或非门功能测试表