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1、门电路,一实验目的 1.掌握使用示波器测量二进制脉冲信号的方法 2.掌握测量门电路平均延时时间的方法 3.熟悉集成门电路的逻辑功能和测试方法 4.用QUARTUSII平台对组合逻辑电路进行仿真，确定其逻辑 功能。 5.掌握TTL和CMOS与非门的电压传输特性和部分参数的测 试方法；,数电实验,门电路,二、实验器材 1. TDS-2002数字示波器 2. DLBS1型逻辑实验器,数电实验,门电路,三、实验内容 必做： 1.门电路输入输出信号的测量 2.门电路平均延时间的测试 3.门电路静态逻辑功能测试 3.CPLD完成组合逻辑电路的仿真 选做： 1.非门电压传输特性的测试 2.TTL与非门的输入
2、、输出电流测量,数电实验,门电路动态逻辑功能测试,1.非门输入输出信号的测量 搭接实验电路，用示波器观察并记录Vi和Vo的波形；测量每路信 号的6个波形参数，各个波形参数的意义如下图所示：,数电实验,示波器使用,示波器测量周期性信号步骤： a.调节示波器使波形显示稳定。 方法一：使用示波器自动设置功能，点自动设置菜单（AUTOSET）按钮，示波器根据被测信号的频率关系自动设定触发菜单各个选项，使波形稳定显示。,数电实验,示波器使用,方法二：手动调节，先点触发菜单按钮，打开触发菜单，若测量单路信号，触发信号源选择被测信号所连接的通道。测两路信号时若两路信号频率相同，可将任意一路设为触发信号源，若
3、两路信号的频率不同，则必须选择频率低的一路信号为触发信号源。 调节触发电平调节旋钮，把触发电平设定在触发信号的最小值和最大值区间里的任意一个值即可。,数电实验,示波器使用,b. 通道菜单设置 分别点CH1和CH2 MANU按钮打开两个通道通道菜单，耦合方式选择“直流”，探头倍 率选必须与探头上衰减开关所选系数一致，测频率低于100K的数字信号一般选择1。 通道菜单还有隐藏波形的功能，若我们不想显示CH2的波形，可以点两次 CH2 MANU，这时CH2波形被隐藏，要重新显示CH2波形，只需再点一次 CH2 MANU菜单。,数电实验,通道1菜单按钮,通道2菜单按钮,通道1菜单,探头倍率,衰减开关,
4、示波器使用,c. 采样方式的选择 减少外界干扰信号对测量值的影响，可使用数字示波器独有的平均值采样方式 点采样菜单按钮，打开采样菜单，选择“平均值”，平均次数“128”，这时观察到的波 形变细了很多。 （注意：选择完采样方式后不能再按AUTOSET按钮，否则系统将自动改变采样方式）,数电实验,采样菜单按钮,示波器使用,d. 波形的缩放和移动 垂直方向拉伸波形：顺时针调节垂直灵敏度调节旋钮，垂直方向每格电压指示值变小。 垂直方向压缩波形：反时针调节垂直灵敏度调节旋钮，垂直方向每格电压指示值变大。 调节过程中，每格电压波形垂直占格数的乘积保持不变 上下移动波形：调节相应通道垂直位移调节旋钮 水平方
5、向拉伸波形：顺时针调节扫描速率调节旋钮，水平方向每格时间指示值变小。 水平方向压缩波形：反时针调节扫描速率调节旋钮，水平方向每格时间指示值变大。 调节过程中，每格时间波形每周期占格数的乘积保持不变 上下移动波形：调节水平位移调节旋钮 （,数电实验,参数测量,e. 用测量（MEASURE）菜单测量参数。 要测量的6个参数中，周期、频率、正频宽和峰峰值4个参数可以通过示波器 测量菜单直接读出。 点击MEASURE按钮，激活测量菜单，点击选项1按钮，打开测量1菜单，“信源”选择被 测信号连接的通道，分别选择周期、频率、正频宽和峰峰值，把测量值记下来。,数电实验,测量菜单按钮,选项1按钮,测量1菜单,
6、被测信号通道,测量类型,测量值,参数测量,f. 用光标（CURSOR）菜单测量VOH和VOL 点击CURSOR菜单按钮激活光标菜单，“类型”选电压，信源选择被测信号的接入通道，这时光标颜色与被测波形一致，“信源”选错通道，就会读出错误结果！ 分别调节两通道的POSITION旋钮，将光标1移到被测信号高电平重合位置，光标2移到被测信号低电平重合位置，“光标1”和“光标2”读数就是VH和VL测量值。,门电路,数电实验,CH2探头,CH1探头,参数记录,结果分析：,门电路延时时间测试,2、平均传输时间tpd的测试 1）测CD4011延迟时间 原理分析：信号通过任何一个系统都需要时间即传输时间，它的大
7、小与系统的结构和构成电路的器件等因素有关，本次实验的电路可以看为一个小系统，通过测量Vi与Vo的前沿延迟tpd1和后沿延迟tpd2就可以算得信号通过该系统总的时间为（tpd1+tpd2)/2 ，因该系统由4个门构成故通过每个门的时间平均值tpd=（tpd1+tpd2)/2*(1/4),数电实验,门电路延时时间测试,数电实验,CH1,CH1,CH2,门电路延时时间测试,连接好电 路，调节 示波器， 使Vi、Vo 信号稳定 显示,门电路延时时间测试,调节两路波 形位置和进 行垂直方向 的缩放，使 两路波形基 于示波器中 央刻度线上 下对称,前沿50% 幅度点,后沿50% 幅度点,门电路延时时间测试
8、,顺时针调节扫描速率旋钮，使两路波形横向拉伸，使两路波形上升 沿的时间差显示明显，便于测量。,扫描速率旋钮,门电路延时时间测试,调出示波器“光标”功 能，“类型”选择“时 间”，将两根光标分 别移动到Vi、Vo过 中央刻度线的位置 即50%幅度点，从 菜单的“增量”读出前 沿延时tpd1的测量 结果,门电路延时时间测试,调出两路波形的下 降沿（可利用 “TRIG MENU” 菜单”中“斜率”的选 项切换为“下 降” ）；两路波形 下降沿即显示在示 波器屏幕中央，按 前面方法读出后沿 延时tpd2,回去把平 均延时时间算出来。,门电路逻辑功能测试,3.门电路的逻辑功能测量 （ 1）静态逻辑测试
9、1）2输入与非门74LS00静态测试：必须明确 与非门逻辑功能： ； ，接线如 右图所示，芯片电源引脚必须正确连接。 分别输入A、B可能的输入变量组合，用逻辑指 示灯观察Y。结果记录在真值表中，用理论知识 分析结果正确性。,数电实验,门电路逻辑功能测试,2）用上述方法分别测量2输入与非门CD4011、 2输入或 门74LS32（ ）、2输入或非门74LS02( Y=(A+B)、异或门74LS86（ ）,注意各个门的逻辑功能，接线时按照教材附录中各芯片管脚排列图准确搭接电路，记录实验结果并通过理论知识迅速验证结果的正确性。,数电实验,仿真实验,4.组合逻辑电路的仿真 用QUARTUSII，完成以
10、下电路功能仿真，根据仿真波形列出真值 表并推导出其逻辑表达式的最简与-或式。,数电实验,选做部分,1、非门电压传输特性的测量 非门电压传输特性曲线是指非门输出电压随输入电压变化的曲线。 常用的低功耗肖特基系列TTL门（74LS系列）和CMOS非门的电 压传输特性接近理想开关特性。如右图所示 输入电压Vi由0V开始连续递增，在没有达到门槛电平VTH之前， 输入的逻辑变量相当于逻辑0，非门的输出Vo保持高电平。 当Vi继续增加，达到门槛电平VTH后， Vo翻转为低电平。 此时的输入的逻辑变量相当于逻辑1。 本实验使用与非门实现非门逻辑功能进行测试，给它输入由 0V至4V变化的锯齿波电压，通过示波器
11、直观地观察Vi由04V变化时Vi与Vo之间 关系。并从图中读出3个主要电压参数VOH（输出高电平电压 ）、VOL （输出低电平电 压 ） 、VTH（门槛电平、阈值电压)并记录下来。,数电实验,选做部分,2、操作步骤 (1)按简易锯齿波发生器原理图接线，两输入的与非门分别是 TTL门 74LS00和 CMOS门CD4011。 (2)接线完成，检查无误后，点击示波器AUTOSET按钮观察波形，此 时示波器工作在YT方式下，CH1是与非门输入的近似锯齿波，（峰峰 值必须达到4伏）CH2是与非门输出的方波。,数电实验,选做部分,将示波器调节到XY工作方式 (1)先将波形调稳定，分别调节两通道的位移旋钮
12、， 将两路波形的位移调为0。此时XY方式的坐标原 点就位于波形显示区的中心点。 (2) 点击DISPLAY按钮，打开显示菜单， 将“格式”设为“XY”, “持续”设为“关闭”。 此时示波器工作在XY 作图的方式， CH1（Vi）对 应X轴（横轴），CH2（Vo）对应Y轴（纵轴）。 分别调节CH1和CH2的”VOL/DIV旋钮，使波形大小适中。,数电实验,选做部分,观察描绘波形，测出特征量 坐标纸先画好坐标轴，定好刻度，将示波器中的传输特性曲线描绘在坐标纸上，从曲线中 读出VOH（输出高电平电压 ）、VOL （输出低电平电压 ） 、VTH（阈值电压)TTL门 的VTH为转折区中点所对应的输入值；
13、CMOS门的传输特性近似于理想开关特性，其VTH 的值为转折区对应的输入的值。 上图中：TTL门的VOH2V/div2.2div=4.4V; VOL2V/div0.1div=0.2V VTH=1V/div1.1div=1.1V； CMOS门： VOH2V/div2.5div=5V. VOL2V/div0div=0V VTH2V/div1.4div=2.8V,数电实验,VTH,VO,选做部分,3、TTL与非们的输入输出电流测量 1）TTL与非们导通电流ICC的测量 将万用表表笔接到毫安 接孔，功能开关打到毫 安档最大量程，根据原 理图搭好电路，根据初 步的测量结果选择量程。,数电实验,选做部分,
14、接线图： 测得的电流为4个门总的静态导通电流。,数电实验,选做部分,2）高电平输入电流IIH 测得的结果是否为0？结合理论教材74LS00的结 构进行分析。,数电实验,选做部分,3）低电平输入电流IIL 注意IIL的电流方向,数电实验,选做部分,4）低电平输出电流IOL 保护电阻用1k电位器调，阻值在200300 欧之间即可。,数电实验,选做部分,万用表作欧姆表和电压表用时，注意红表笔 接线端必须接回最右边的插孔。,数电实验,实验二 门电路测量,先把10k电位器阻值调到最大，然后慢慢减少阻值，使电 压表的读数逐步上升到 0.4V为止。（如果10k电位器阻值 调到最小，电压仍低于0.4V的，可适当减少保护电阻的阻 值。）将万用表重新接回电流表的方式，读出IOL的值。,数电实验,
