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1、、实验目得1、掌握TTL集成与非门得逻辑功能与主要参数得测试方法2、掌握TTL器件得使用规则3、进一步熟悉数字电路实验装置得结构，基本功能与使用方法二、实验原理本实验采用双四输入与非门74LS20,即在一块集成块内含有两个互相独立得与非门，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1(a)、(b)、(c)所示、(b)(a)(c)图174LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列1、与非门得逻辑功能与非门得逻辑功能就是：当输入端中有一个或一个以上就是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才就是低电平(即有“0”得“1”,全“1”得“0”、)其逻辑表达式为Y=2、TTL
2、与非门得主要参数(1) 输出低电平VOL：输出低电平就是指与非门得所有输入端都接高电平时得输出电平值。测试电路如图2(a)所示。输出高电平VOH输出高电平就是指与非门有一个以上输入端接低电平时得输出电平值。测试电路如图2(b)所示、+5V+5VVOH图2VOH、Vol测试电路图(2) 低电平输出电源电流ICCL与高电平输出电源电流ICCH与非门处于不同得工作状态，电源提供得电流就是不同得。ICCL就是指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件得电流、ICCH就是指输出端空截，每个门各有一个以上得输入端接地，其余输入端悬空，电源提供给器件得电流。通常ICCLICCH它们得大小标志着器件静态功耗
3、得大小。器件得最大功耗为PXL=VCdCCL。手册中提供得电源电流与功耗值就是指整个器件总得电源电流与总得功耗。Iccl与Icch测试电路如图3(a)、(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%#范围内工作，超过5、5V将损坏器件；低于4、5V器件得逻辑功能将不正常、(a)(b)(c)(d)图3TTL与非门静态参数测试电路图低电平输入电流IIL与高电平输入电流|iH。IiL就是指被测输入端接地，其余输入端悬空，输出端空载时，由被测输入端流出得电流值。在多级门电路中，IiL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入得电流，因此它关系到前级门得灌电流负载能力
4、，即直接影响前级门电路带负载得个数，因此希望I小些。IiH就是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载时，流入被测输入端得电流值。在多级门电路中，它相当于前级门输出高电平时，前级门得拉电流负载，其大小关系到前级门得拉电流负载能力，希望IIH小些。由于IiH较小，难以测量，一般免于测试。IiL与IiH得测试电路如图3(c)、(d)所示、(3) 扇出系数NO扇出系数N)就是指门电路能驱动同类门得个数，它就是衡量门电路负载能力得一个参数，TTL与非门有两种不同性质得负载，即灌电流负载与拉电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数Nol与咼电平扇出系数Noh。通常IihVIiL，则NohN
5、ol，故常以Nol作为门得扇出系数。NoL得测试电路如图4所示，门得输入端全部悬空，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V3Lm(手册中规定低电平规范值0.4V)时得|OL就就是允许灌入得最大负载电流，则通常Nol8(4) 电压传输特性门得输出电压V。随输入电压Vi而变化得曲线v=f(vj称为门得电压传输特性，通过它可读得门电路得一些重要参数,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5所示,采用逐点测试法,即调节Rw,逐点测得Vi及Vo,然后绘成曲线。图4扇出系数测试电路
6、图5传输特性测试电路平均传输延迟时间tpdtpd就是衡量门电路开关速度得参数,它就是指输出波形边沿得0。5Vm至输入波形对应边沿0、5Vm点得时间间隔，如图6所示、(a)传输延迟特性(b)tpd得测试电路图6图6(a)中得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得测试电路如图6(b)所示，由于TTL门电路得延迟时间较小，直接测量时对信号发生器与示波器得性能要求较高，故实验采用测量由奇数个与非门组成得环形振荡器得振荡周期T来求得。其工作原理就是：假设电路在接通电源后某一瞬间，电路中得A点为逻辑“1”经过三级门得延迟后，使A点由原来得逻辑“1”变为逻辑“0”;再经过
7、三级门得延迟后,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点发生一个周期得振荡,必须经过6级门得延迟时间。因此平均传输延迟时间为TTL电路得tpd一般在10nS40nS之间。74LS20主要电参数规范如表1所示表1参数名称与符号规范值单位测试条件直流参数导通电源电流ICCLVI4mAV=c=5V,输入端悬空，输出端空载截止电源电流ICCH2.4VVCC=5V,被测输入端Vn=0、8V,其她输入端悬空，1oh=4001A。输出低电平V)Lw0.4VVcc=5V,输入端Vn=2.0V,Iol=12、8mA扇出系数Nb8交流参数平均传输延迟时间tpdw20nsVcc-5V,
8、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、74LS20X2、1K、10K电位器，200Q电阻器(0。5W)四、实验内容在合适得位置选取一个14P插座,按定位标记插好74LS20集成块、1、74LS20主要参数得测试(1)分别按图2、3、4、6(b)接线并进行测试，将测试结果记入表2中。表2VOV)Vol(V)IcCL(mA)ICd(mA)IiL(mA)IOL(mA)tpd=T/6(ns)4、390、1651。360.90、2216。173.18330(2)接图5接线,
9、调节电位器FW使vi从OV向高电平变化,逐点测量w与v。得对应值，记入表3中。表3Vi(V)00.20、40、60、81。01、52、02.53.03、54.04.34.34、44。34、2、71、0、10、10、10、160.16090928484666(1) Vo(V)验证TTL集成与非门74LS20得逻辑功能通过测试与非门输出电压进行验证。按图7接线,与非门得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”。用万用表测量与非门得输出端电压。按表4得五种情况逐个验证集成块中两个与非门得逻辑功能。将所测电压填入表4右端。74LS20有4个
10、输入端,有16个最小项,在实际测试时，只要通过对输入11110111、1011、1101、1110五项进行检测就可判断其逻辑功能就是否正常。接逻辑开关图7测电压验证与非门逻辑功能逻辑图(2)通过观察与非门输入输出电压波形进行验证、输入输出AnCncnY(V)Y2(V)11110.030。0301114。44.410114.44、411014.44、411104.44、4表4Vi(b)(a)图8测波形验证与非门逻辑功能图ViViVoVo波形图五、集成电路芯片简介数字电路实验中所用到得集成芯片都就是双列直插式得,其引脚排列规则如图1所示。识别方法就是：正对集成电路型号（如74LS20）或瞧标记（左
11、边得缺口或小圆点标记）,从左下角开始按逆时针方向以1,2,3,依次排列到最后一脚（在左上角）。在标准形TTL集成电路中，电源端Vcc般排在左上端，接地端GND一般排在右下端。如74LS20为14脚芯片,14脚为Vcc,7脚为GND。若集成芯片引脚上得功能标号为NC,则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。六、TTL集成电路使用规则1、接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。2、电源电压使用范围为+4、5V+55V之间,实验中要求使用Vcc=+5V。电源极性绝对不允许接错。3、闲置输入端处理方法（1）悬空,相当于正逻辑“1,对于一般小规模集成电路得数据输入端，实验时允许悬空处理。但易受外界干扰，导
12、致电路得逻辑功能不正常。因此，对于接有长线得输入端，中规模以上得集成电路与使用集成电路较多得复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路不允许悬空。（2）直接接电源电压V珂也可以串入一只110KQ得固定电阻）或接至某一固定电压（+2、4WVW4、5V）得电源上，或与输入端为接地得多余与非门得输出端相接。（3）若前级驱动能力允许，可以与使用得输入端并联。时,输入端相当于逻辑“0”；当R4.7KQ时,输入端相当于逻辑“1”。对于不同系列得器件,要求得阻值不同。5、输出端不允许并联使用(集电极开路门(0C)与三态输出门电路(3S)除外)。否则不仅会使电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏、6、输出端不
13、允许直接接地或直接接+5V电源,否则将损坏器件，有时为了使后级电路获得较高得输出电平,允许输出端通过电阻R接至VCc,一般取R=35、1KQO七、实验报告总结1。实验所测数据要填入相应表格，所画波形要标出幅值与周期并标出单位。(单位与画图在上面所示)原波形图(a)接线波形图(B)接线波形单位图像2、画出实测得电压传输特性曲线，并从中读出各有关参数值、电压传输特性曲线54V310-VO(V)-00.20.40.60.811.522.533.54Vi(V)由图像可以得出：开门电平Von为2V左右，关门电平Voff为1。4V左右，输出高电平Voh为4。4V左右，输出低电平Vol为0。16V左右。3、
14、记录、整理实验结果，并对结果进行分析。结果在误差范围之内，结果符合与非门得逻辑功能，实验结果成立。各项数据结果如上所示4、实验总结及体会。实验总结：1、通过实验，可以得出TTL集成逻辑门(与非门)得逻辑功能，实验测得结果如表达式所示:Y=(a+b+c+d)2、从实验图像放大仔细观察可得，图像输出波形与原来波形有极微小延时，符合实际情况3、通过主要参数得测量，可以得出扇出系数为73.18，说明该集成块得负载能力大，tpd说明平均延时时间较长，经过查阅相关资料，74LS20中LS为lowspeed得意思，低速得集成块，延时得时间相对高速得较长体会：通过实验，可以了解到与非门得工作状态，与逻辑功能，符合书本所说得，虽然误差就是无可避免得，但就是实验结果就是相符得。实验就是最好验证理论得手法，通过实验可以锻炼自己
