数字电路实验指导

146

实验二 基本逻辑门及其应用

一、实验目的

1.掌握验证逻辑门电路功能的方法。

2.学习基本门电路的实际应用。

3.掌握逻辑门多余输入端的处理方法。 二、实验原理 1.TTL 门电路

TTL 门电路是数字电路中应用最广的门电路，基本门有与门、或门和非门。复合门有与非门、或非门、与或非门和异或门等。这种电路的电源电压为+5V ，电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5V~5.5V 之间。高电平的典型值是3.6V （高电平≥2.4V 合格），低电平的典型值是0.3V （低电平≤0.45V 合格）。

对门电路的多余输入端，最好不要悬空，虽然对TTL 门电路来说，悬空相当于逻辑1，并不影响与门、与非门的逻辑关系，但悬空容易接受干扰，有时会造成电路误动作。不同的逻辑门，其多余输入端的处理有不同的方法。

⑴TTL 与门、与非门的多余输入端的处理

TTL 与门、与非门多余输入端的处理方法是：把多余输入端与有用的输入端并联使用;把多余输入端接高电平或通过串接限流电阻接高电平。实际使用中多采用把多余的输入端通过串接限流电阻接高电平的方法。多余输入端的处理方法如图5-9所示。

⑵TTL 或门、或非门的多余输入端的处理

TTL 或门、或非门的多余输入端的处理方法是：把多余输入端与有用的输入端并联使用;把多余输入端接低电平或接地。多余输入端的处理方法如图5-10所示。

（a ）（c ）

A

（b ）图5-9 TTL 与门、与非门多余输入端的处理方法 a （b ）

（）

2. CMOS门电路

CMOS门电路具有输入电阻高、功耗小、制造工艺简单、集成度高、电源电压变化范围大（3~18V）、输出电压摆幅大和噪声容限高等优点，因而在数字电路中得到了广泛的应用。高电平的典型值是电源电压V DD，低电平的典型值是0V。

由于CMOS门电路的输入电阻很高，容易受静电感应而造成击穿，使其损坏，因此，使用时应注意以下几点：

⑴CMOS门电路一定要先加V DD，后加输入信号V i，而且应满足V SS≤V i≤V DD，工作

结束时，先撤去输入信号，后去掉电源。

⑵电源电压V DD、V SS首先要避免超过极限电压，其次要注意电源电压的高低影响电路

的工作频率，绝对不允许接反。

⑶禁止在电源接通的情况下，装拆线路或器件。

⑷对门电路多余的输入端，不能悬空，对不同的逻辑门，其多余输入端的处理有不同的方法。

①CMOS与门、与非门的多余输入端的处理

CMOS与门、与非门多余输入端的处理方法是：把多余输入端与有用的输入端并联使用；把多余输入端接高电平或通过串接限流电阻接高电平。实际使用中多采用把多余的输入端通过串接限流电阻接高电平的方法，最好不要并联使用，因为这样将增加输入端的电容量，降低工作速度。

②CMOS或门、或非门的多余输入端的处理

CMOS或门、或非门的多余输入端的处理方法是：把多余输入端与有用的输入端并联使用；把多余输入端接低电平或接地。

三、实验仪器、设备与器件

1. ADCL-Ⅳ型电子技术综合实验箱；

2. MS8215型数字万用表；

3.集成电路：74LS00，74LS27，74LS86，74LS51，74LS20，74LS02；

4.电阻：1kΩ。

四、实验内容与步骤

1.基本内容

实验前按实验箱的使用说明先检查电源是否正常，然后选择实验用的集成电路，按自己设计的实验接线图接好，特别注意+V CC及地线不能接错。实验中改动接线须断开电源，接好线再通电实验。

⑴测试测试TTL门的功能

74LS00、74LS02、74LS27、74LS51、74LS86的引脚图见附录，选中一个逻辑门，输入端分别接到逻辑开关上，输出端接到发光二极管上，通过发光二极管的状态来观察逻辑门的输出状态。扳动开关给出高低电平输入，测试其逻辑功能。若其功能正确，可以使用，否则，不能使用。

147

148

⑵用与非门实现逻辑函数

写出逻辑函数表达式，由于74LS00是与非门，故将其改写成与非—与非形式。画出标明引脚的逻辑电路图，将输入端（A 、B 、C ）接到逻辑开关上，输出端（F ）接到发光二极管上，通过发光二极管的状态来观察与非门的输出状态。扳动开关给出八种组合输入，若输出状态与表5-1所示一致，说明该实验正确。反之，则说明实验不正确，需查找原因，排除故障，直至实验正确为止。

⑶用或非门实现逻辑函数

首先画出由74LS02实现表5-1的逻辑图，然后将实验结果填入表5-2中。不允许有反变量输入，注意多余输入端的处理。

⑷ 用与或非门实现逻辑函数

首先画出由74LS51实现表5-1的逻辑图，然后将实验结果填入表5-3中。不允许有反变量输入，注意多余输入端的处理。

2.扩展内容

用异或门74LS86设计一个 四位二进制数取反电路。要求画出逻辑电路，列出功能表，并通过实验验证。

五、实验报告要求

1.按实验要求，画出逻辑图。

2.分析实验中出现的问题。

3.比较TTL 门和CMOS 门的性能。

4.写出实验心得体会。 六、预习要求

1.复习基本门电路的工作原理及相应逻辑表达式。

2.熟悉集成电路的引脚及其用途。

3.了解各种逻辑门的多余输入端的处理方法。

表5-1 数据表 表5-2 数据表

A B C F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1

A B C F 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

表5-3数据表

A B C F 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1