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1、实验二 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Z4LS20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(a)、 (b)、(c)所示。(a)(c)图 2 1 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，输出端才是低电平(即有“0”
2、得“1”，全“1”得“0”。)其逻辑表达式为Y=罚二2、TTL 与非门的主要参数(1) 低电平输出电源电流 I 和高电平输出电源电流 ICCL CCH与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。I是指所有输CCL入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。 I 是指输出端空截，每CCH 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I 1，它们的大小标志着器件静态功耗的大小。 器件的最大功耗CCL CCH为P二VI。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CCL CC CCL和总的功耗。I和I测试电路如图2 2(a)、(b)所示。CCL CCH注意:
3、TTL电路对电源电压要求较严，电源电压V只允许在+5V10%CC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)TTL 与非门静态参数测试电路图(2) 低电平输入电流I和高电平输入电流I I是指被测输入端接地，其 iLiH iL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， I 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iL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 I 小些。iLI 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iH测输入端的电流值。在多级门电路中，它相当于前级
4、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I小些。由iH于 I 较小，难以测量，一般免于测试。iHI 与 I 的测试电路如图 2 2(c) 、 (d) 所示。 iL iH(3) 扇出系数 NO扇出系数 N 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 O的一个参数,TL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 N 和高电平扇出系数 N 。通常 OLOHI VI，则N N，故常以N作为门的扇出系数。iH iLOH OLOLN 的测试电路如图23所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负 OL载 R ，调节
5、 R 使 I 增大， V 随之增高，当 V 达到 V (手册中规定低电平规 LLOLOLOLOLm范值0.4V)时的I就是允许灌入的最大负载电流，则OLNZol通常N三8OL IOLiL(4) 电压传输特性门的输出电压V随输入电压v而变化的曲线v =f(v)称为门的电压传Oioi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 V 、输出低电OH平V、关门电平V、开门电平V、阈值电平V及抗干扰容限V、V等值。OLOffONTNL NH测试电路如图2 4所示，采用逐点测试法，即调节R，逐点测得V及V，然WiO后绘成曲线。图 23 扇出系数试测电路图 24 传输特性测试电路(5) 平均传输延
6、迟时间 tpdt 是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的 0.5V 至输入波 pd m形对应边沿0.5V点的时间间隔，如图2 5所示。mtPdl.tpdH(a)传输延迟特性(b) tpd勺测试电路图 2 5图2 5(a)中的t为导通延迟时间，t为截止延迟时间，平均传输延迟 pdLpdH时间为1tpd 2 (tpdL + tpdH )t的测试电路如图2 5(b)所示，由于TTL门电路的延迟时间较小，直 pd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
7、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TTTL电路的tpd般在ions40ns之间。74LS20 主要电参数规范如表2 1 所示三、实验设备与器件1、+5V 直流电源3、逻辑电平显示器5、直流毫安表2、逻辑电平开关4、直流数字电压表6、直流微安表表2 1参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I-14mAV -5V，输入端悬空，输出端空载截止电源电流ccLI7mACCV -5V，输
8、入端接地，输出端空载低电平输入电流CCHI 让W1.4mACCVCC-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IiH50p AV -5V，被测输入端V -2.4V，其CCin他输入端接地，输出端空载。1mAV -5V，被测输入端V -5V，其他CCin输入端接地，输出端空载。输出高电平VOH三3.4VV -5V，被测输入端V -0.8V,其CCin他输入端悬空，I -400p Ao输出低电平VOL0.3VOH1V -5V，输入端 V -2.0V,CCinI 12.8mA。扇出系数N48VOL同V 和V .交流参数平均传输延迟时间OtpdW20nsOHOLVCC-5V，被
9、测输入端输入信号：V -3.0V，f-2MHzoin7、74LS20X2、1K、10K 电位器，200Q 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。1、验证 TTL 集成与非门 74LS20 的逻辑功能按图 26 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 0 1 指示器)的显示插口，LED亮为逻辑“1” 不亮为逻辑“0”。按表2 2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
10、个输入端，有16 个最小项，在实际测试 时，只要通过对输入1 1 1 1、0 1 1 1、1 0 1 1、1 1 0 1、1 1 1 0五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常。1471 2y+5v345cf a Cl DiAl Bi图2-6与非门逻辎功能测试厄路输入输出AnBnCnDnY1Y211110111101111011110表2 2LED2、74LS20 主要参数的测试(1) 分别按图2 2、2 3、2 5(b)接线并进行测试，将测试结果记入 表 23 中。表 23ICCL(mA)ICCH(mA)IiL(mA)IOL(mA)No新iLtpd= T/6(ns)(2) 接图2 4接线，调节
11、电位器R，使v从OV向高电平变化，逐点测量Wiv和v的对应值，记入表2 4中。 iO表24V.(V)00.20.40.60.81.01.52.02.53.03.54.0 V (V)O-1五、实验报告1、记录、整理实验结果，并对结果进行分析。2、画出实测的电压传输特性曲线，并从中读出各有关参数值。六、集成电路芯片简介 数字电路实验中所用到的集成芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则 如图21所示。识别方法是：正对集成电路型号（如74LS20）或看标记（左 边的缺口或小圆点标记），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 V 一般
12、排在CC左上端，接地端GND 般排在右下端。如74LS20为14脚芯片，14脚为V ,CC7脚为GND。若集成芯片引脚上的功能标号为NC，贝V表示该引脚为空脚，与内 部电路不连接。七、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雀.5V+5.5V之间，实验中要求使AVcc=+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的数据输入端， 实验时允许悬空处理。但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正常。因此 对于接有长线的输入端，中规模以上的集成电路和使用集成电路较多的复杂 电路，所有控制输入端
13、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 （也可以串入一只11OKQ的固定电阻）或接至CC某一固定电压（+ 2.4WVW4.5V）的电源上，或与输入端为接地的多余与非门 的输出端相接。(3) 若前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。4、输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当RW680Q时，输入端相当于逻辑“0”当R24.7KQ时，输入端相当于逻 辑“ 1”。对于不同系列的器件，要求的阻值不同。5、输出端不允许并联使用(集电极开路门(OC)和三态输出门电路(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的输出电平，允许输出端通过电阻R接至V , 般取ccR = 35.1 KQ。
