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1、实验 1 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，基本功能和使用方法二、实验原理本实验采用四输入双与非门74LS20 ，即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。 其逻辑框图、符号及引脚排列如图521(a) 、(b) 、(c) 所示。(b) （a） (c) 图 521 74LS20 逻辑框图、逻辑符号及引脚排列1、与非门的逻辑功能与非门的逻辑功能是： 当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端
2、才是低电平（即有“0”得“1” ，全“1”得“ 0” 。 ）其逻辑表达式为 Y 2、TTL与非门的主要参数(1) 低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH 与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL 是指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。ICCH 是指输出端空截，每个门各有一个以上的输入端接地，其余输入端悬空， 电源提供给器件的电流。 通常ICCLICCH ，它们的大小标志着器件静态功耗的大小。器件的最大功耗为PCCLVCCICCL 。手册中提供的电源电流和功耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗。 ICCL和 ICCH测试电路如图 522(a)
3、、(b) 所示。 注意 ：TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCC 只允许在 5V10的范围内工作，超过 5.5V 将损坏器件；低于4.5V 器件的逻辑功能将不正常。(a) (b) (c) (d) 图 522 TTL 与非门静态参数测试电路图(2) 低电平输入电流IiL和高电平输入电流IiH 。IiL是指被测输入端接地，其余输入端悬空， 输出端空载时， 由被测输入端流出的电流值。 在多级门电路中，IiL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门的灌电流负载能力， 即直接影响前级门电路带负载的个数， 因此希望 IiL 小些。IiH 是指被测输入端接高电平，其余输入端
4、接地，输出端空载时，流入被测输入端的电流值。 在多级门电路中， 它相当于前级门输出高电平时，前级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，希望IiH小些。由于IiH较小，难以测量，一般免于测试。IiL与 IiH 的测试电路如图522(c) 、(d) 所示。(3) 扇出系数 NO 扇出系数 NO是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数， 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。NOL的测试电路如图
5、523 所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载RL，调节 RL使 IOL 增大， VOL随之增高，当 VOL达到 VOLm （手册中规定低电平规范值 0.4V）时的 IOL 就是允许灌入的最大负载电流，则通常 NOL 8 (4)电压传输特性 门的输出电压 vO随输入电压 vi 而变化的曲线 vof(vi) 称为门的电压传 输特性，通过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平 VOH 、输出低电平 VOL 、关门电平 VOff、开门电平 VON 、阈值电平 VT 及抗干扰容限 VNL 、VNH 等值。 测试电路如图 524 所示，采用逐点测试法，即调节RW ，逐点测得 Vi 及 VO ，
6、 然后绘成曲线。图 523 扇出系数试测电路图 524 传输特性测试电路(5)平均传输延迟时间tpd tpd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5Vm至输入波 形对应边沿 0.5Vm点的时间间隔，如图525 所示。(a) 传输延迟特性 (b) tpd的测试电路图 525 iLOL OL IIN图 525(a) 中的 tpdL 为导通延迟时间， tpdH 为截止延迟时间， 平均传输延迟 时间为tpd 的测试电路如图 525(b) 所示，由于 TTL门电路的延迟时间较小， 直接测 量时对信号发生器和示波器的性能要求较高，故实验采用测量由奇数个与非门组 成的环形振荡器的振荡周期T 来
7、求得。其工作原理是：假设电路在接通电源后 某一瞬间，电路中的 A点为逻辑“ 1” ，经过三级门的延迟后，使A点由原来的逻 辑“1”变为逻辑“ 0” ；再经过三级门的延迟后，A点电平又重新回到逻辑“1” 。 电路中其它各点电平也跟随变化。说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过6 级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为TTL电路的 tpd 一般在 10nS40nS之间。 74LS20主要电参数规范如表521 所示表 521 参数名称和符号规范值单位测试条件直流参数通导电源电流ICCL 14 mA VCC 5V，输入端悬空，输出端空载截止电源电流ICCH 7 mA VCC 5V，输入端接地，输出端空
8、载低电平输入电流IiL 1.4 mA VCC 5V，被测输入端接地，其他输入端悬空，输出端空载高电平输入电流IiH 50 A VCC 5V，被测输入端Vin 2.4V ，其他输入端接地，输出端空载。 1 mA VCC 5V，被测输入端Vin 5V，其他输入端接地，输出端空载。输出高电平VOH 3.4 V VCC 5V，被测输入端Vin 0.8V ，其他输入端悬空，IOH400A。输出低电平VOL 0.3 V VCC 5V，输入端Vin 2.0V，IOL12.8mA。扇出系数NO 48 V 同 VOH和 VOL )tt ( 21tpdHpdLpd6Ttpd交流参数平 均 传 输 延 迟 时间tp
9、d 20 ns VCC 5V，被测输入端输入信号：Vin 3.0V，f 2MHz 。三、实验设备与器件1、+5V直流电源 2、逻辑电平开关3、逻辑电平显示器 4、直流数字电压表5、直流毫安表 6、直流微安表7、74LS20 2、1K、10K电位器， 200电阻器 (0.5W) 四、实验内容在合适的位置选取一个14P插座，按定位标记插好74LS20集成块。验证 TTL集成与非门 74LS20的逻辑功能按图526 接线，门的四个输入端接逻辑开关输出插口， 以提供“0”与 “1” 电平信号，开关向上，输出逻辑“1” ，向下为逻辑“ 0” 。门的输出端接由 LED 发光二极管组成的逻辑电平显示器（又称
10、 01 指示器）的显示插口， LED亮为逻辑“ 1” ， 不亮为逻辑“ 0” 。按表 522 的真值表逐个测试集成块中两个与非门的逻辑功能。74LS20有 4 个输入端，有 16 个最小项，在实际测试时， 只要通过对输入 1111、0111、1011、1101、1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常。图 52 6 与非门逻辑功能测试电路表 522 2、74LS20 主要参数的测试(1) 分别按图 522、523、525(b) 接线并进行测试，将测试结果记入表 523 中。表 523 ICCL (mA) ICCH (mA) IiL (mA) IOL (mA) tpd = T/6 (ns)
11、 (2) 接图 524 接线，调节电位器RW ，使 vi 从 OV向高电平变化，逐点测量 vi 和 vO的对应值，记入表 524 中。表 52 4 Vi(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ,VO(V) 五、实验结论 经过一番的测试我们分别记录了以下的数据和现象： 1、74LS20的逻辑功能测试 分别输入 1111、0111、1011、1101、1110 进行检测，记录表格如下：输入输 出An Bn Cn Dn Y1 Y2 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 iLOL O IIN结论：由上
12、表知，当四个输入端全为1 是输出端为零，其余的输出都为1。 因此， 74LS20的逻辑功能正常。2、74LS20 主要参数的测试(1) 分别按图 522、523、525(b) 接线并进行测试，测试结果如下表：ICCL (mA) ICCH (mA) IiL (mA) IOL (A) 1.495 1.1 0.6 6.1 10.1 35ns (2)接图 524 接线，调节电位器RW ，使 vi 从 OV向高电平变化，逐点测量 vi 和 vO的对应值，记入表格如下：输入输 出An Bn Cn Dn Y1 Y2 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1
13、1 1 1 1 0 1 1 Vi(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 VO(V) 3.6 3.6 3.6 3.55 3.55 2.56 0.029 0.029 0.029 0.029 0.029 0.029 iLOL OIIN)(21 pdHpdLpdttt由上表知：TTL门电路的输出高电平大概在3.6 左右， 输出低电平约为 0.03. 根据 74LS20主要参数规范知 VOH 3.4 ，VOL0.3 ，因此符合要求。六、实验心得虽然这次的实验比较简单，有些内容在以前的实验有做过类似的，但总的感觉就是收获还是蛮多的 通过此次的实验我初步掌握 TTL 集成与非门主要参数的测试方法和掌握TTL 器件的使用规则，进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法。 有了前几次实验做好了的铺垫后，这次实验明显轻松了许多，没有像刚刚开始接触实验室器件时那么陌生了，而且出现问题时我们会主动的去寻找原因，不像以前遇到问题傻傻的愣在那里，实践能力明显增强了，也许是实验太简单的缘故吧， 它给了我信心， 我相信在今后的学习中我会更努力的。
