二TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试

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与非门逻辑功能的测试方法； 2．熟悉TTL与非门主要参数的测量方法；

3．熟悉TH-SZ型数字电路实验箱的结构和使用方法；

二、预习要求

1．什么叫TTL集成电路？它使用的电源电压是多少？ 2．说明TTL与非门不使用的输入端应如何处置？

3．复习TTL与非门的逻辑功能，主要参数的概念和测量方法；

4．TTL与非门的输出特性曲线？从中读取相关的参数值；

三、实验原理

1．与非门的逻辑功能

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”得“1”，全“1得“0”.其逻辑表达式为Y=AB?．

2．本实验采用4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4个输入端。其逻辑符号及引脚排列如图2-1 (a) (b)所示：

Y=ABCD 1 2 3 4 5 6 7 (a)国家标准逻辑符号 (b) 74LS20引脚排列

图2-1 74LS20国家标准逻辑符号及引脚排列

四、实验器件

1．TH-SZ型数字电路实验箱 2．数字万用表UT56 3．TTL与非门74LS20 4．若干导线

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五、实验内容

1．验证TTL与非门74LS20的逻辑功能

在合适的位置选取一个14脚的集成块插座，按图2—2接好线。

每个门的4个输入端（假设为A, B, C, D）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“1”；向下为“0”）。门的输出端（假设为Y）接LED发光二极管，LED亮为输出“1”，灭为输出“0”。按表2-1的真值表逐个测试集成块中2个与非门的逻辑功能。

表2-1 74LS20真值表

输 入 A1(1) B(2) C1(3) B1(2) 1 0 1 1 1 图2-2 74LS20逻辑功能测试电路

2．74LS20主要参数的测试（将测试值填入表2-2）

低电平输出电源电流ICCL、高电平输出电源电流ICCH、74LS20总的静态功耗、低电平输入电流IiL ,高电平输入电流IiH (IiH很小，可不测)扇出系数No（先测出允许灌入的最大负载电流IOL ）

（a） （b） （c） （d） 图2-3 74LS20主要参数测试电路

1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 输 出 Y1 Y2 2

(1)低电平输出电源电流ICCL

指所有输入端悬空，输出端空载，74LS20输出低电平时，电源提供给器件的电流。测试电路如图2-3 (a)所示。

(2)高电平输出电源电流ICCH

指每个门各有一个以上的输入端接地（最好全部接地），输出端空载，74LS20输出高

电平时，电源提供的电流。测试电路如图2-3 (b)示。 (3)计算74LS20总的静态功耗

ICCL和ICCH标志着器件静态功耗的大小,通常ICCL＞ICCH，所以静态功耗为PCCL=VCCICCH。

(4)低电平输入电流IiL

指被测输入端接地，其余输入端悬空时，由被测输入端流出的电流值。希望IiL越小 越好。测试电路如图2-3 (c)示。

(5)高电平输入电流IiH

指被测输入端接高电平，其余输入端接地，流入被测输入端的电流值。希望IiH越小 越好。测试电路如图2-3 (d)示（因为IiH很小，微安级，一般免于测试。本实验也不测）。

(6)扇出系数N0

指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路带负载能力的一个参数。 N0= I0L/IiL 一般N0>8

其中：IoL 是指当VOL达到规定输出的低电平的规范值（一般为0.4V）时，门电路允许灌入的最大负载电流。IOL测试电路如图2-4示：

图2-4 扇出系数测试电路 图2-5 电压传输特性测试电路

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表2-2 主要参数测试结果

ICCL（mA） 3．电压传输特性

门的输出电压U0随输入电压Ui而变化的曲线称为门的电压传输特性，通过它可以读得门电路的一些重要参数，如输出高电平UOH、输出低电平UOL、关门电平UOFF、开门电平UON、门限电平UTH等值。测试电路如图2-5所示：

(1)采用逐点测试法，即调节Rw,按表2-3逐点测得Ui及U0的值，然后绘制曲线。 表2-3 电压传输特性 Ui(V) UO(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.5 1.6 2.0 2.5 3.0 3.5 … ICCH（mA） IiL（?A） IOL（mA） NO（计算） PCCL（计算） (2)绘制电压传输特性曲线，并读出输出高电平UOH、输出低电平UOL、关门电平UOFF、开门电平UON、门限电平UT的值，填入表2-4。

表2-4 门电路有关的重要参数

UOH(V) 六、实验报告要求

1．回答预习要求中提出的问题；

2．记录、整理实验结果，并对结果进行分析；

3．画出实测的电压传输特性曲线，从中读出输出高电平UOH、输出低电平UOL、关门电平UOFF、开门电平UON、门限电平UTH的值，并在图中标出。 七、实验注意事项

1．TTL电源电压使用范围为+4.5V---+5.5V之间，超过5. 5V将损坏器件；低于4. 5V器件的逻辑功能将不正常。实验中要求使用+5V。电源极性绝对不允许接错。

2．接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。 3．连线之前，先用万用表测量导线是否导通。

4．输出端不允许直接接地或直接接+5V电源，否则将损坏器件。

5．TTL与非门74LS20不用的输入端可以悬空，示为“1”输入。为了保证逻辑的绝对可靠，最好将不用端全部接+5V电源。

UOL(V) UOFF(V) UOFF(V) UTH(V) 4

实验三 组合逻辑电路实验分析

一、实验目的

1．掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法； 2．了解组合电路的冒险现象及消除方法； 3．验证半加器、全加器的逻辑功能。

二、预习要求

1．复习组合逻辑电路的分析方法；

2．复习用与非门和异或门等构成的半加器、全加器的工作原理； 3．复习组合电路冒险现象（险象）的种类、产生原因，如何消除？

三、实验原理

1．组合逻辑电路

由很多常用的门电路组合在一起，实现某种功能的电路，它在任意时刻的输出，仅取决于该时刻输入信号的逻辑取值，而与信号作用前电路原来的状态无关。

2．组合逻辑电路的分析

是指根据所给的逻辑电路，写出其输入与输出之间的逻辑函数表达式或真值表，从而确定该电路的逻辑功能。其分析步骤为：

根据电路写出函数表达式 化成最简表达式 列出真值表 分析逻辑功能 3．组合电路的冒险现象

(1)实际情况下，由于器件的延时效应，在一个组合电路中，输入信号发生变化时，输出出现瞬时错误的现象，把这现象叫做组合电路中的冒险现象，简称险象。这里研究静态险象，即电路达到稳定时，出现的险象。可分为0型静态险象（如图3-1）和1型静态险象（如图3-2）:

图3-1 0型静态险象

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图4-2加计数级联图

3．任意进制计数的实现 （1）复位法获得任意进制计数器

假设已有N进制计数器，而需要得到一个M进制计数器时，只要M

图4-3采用复位法构成的5进制加法计数器 图4-4采用复位法构成的60进制加法计数

（2）利用预置功能获得任意进制计数器

图4-5是一个用两片74LS192级联构成的特殊12进制加法计数器电路。在数字钟里，对时位的计数序列是1，2，3,…11，12；是12进制，而且没有0。即从1开始计数、显示到12为止，当计数到13时，通过与非门产生一个复位信号，使74LS192 (2)[时的十位]直接置成0000,而74LS192（1）〔时的个位〕直接置成0001,从而实现了1-12计数。

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图4—5 采用预置法构成的特殊12进制加法计数器

四、实验仪器设备

1. TH-SZ型数字电路实验箱 2.两片74LS192 一片74LS00

五、实验内容

1．74LS192逻辑功能测试

74LS192的16脚接VCC=+5V，8脚接地，计数脉冲CPu和CPD由单次脉冲源提供，置数端（/LD）、数据输入端（D3—D0）分别接逻辑开关，输出端（Q3—Q0）接译码显示输入的相应孔A、B、C、D，同时接至逻辑电平LED显示插孔，/C0和/B0接逻辑电平LED显示插孔。按表4—1逐项测试，判断该集成块的功能是否正常。

表3-1逐项测试，判断该集成块的功能是否正常， （1）清零（CR）

令CR=1，其它输入端状态为任意态，，记录Q3Q2Q1Q0的状态和译码显示的数值。之后，置CR=0。

（2）置数（/CD）

当CR=0, /LD=0，CPu、CPD任意态时，74LS192处子置数状态。D3D2DlD0任给一组数据，输出Q3Q2QlQ0与D3D2DlD0数据相同，若:D3D2DlD0=G011,记录Q3Q2QIQ0的状态和译码显示的数值。 （3）加法计数

令CR=0，／LD=1，CPD=1, CPu接单次脉冲源。在清零后送入10个单次脉冲，观察输出状态变化是否 发华在CPu的上升沿。记录译码依次显示数字的情况。

（4）减法计数

令CR=0，／LD=1，CPu=l，CPD 接单次脉冲源。在清零后送入10个单次脉冲，观察输出状态变化是否发生在CPD 的上升沿。记录译码依次显示数字的情况。 2.任意进制的实现

（1）用复位法获得9洲和78洲加法计数器，分别画出电路图，并连线验证其功能（可以参照图4-3和图4-4）。74LS192的16脚接VCC=+5V, 8脚接地；CPD =1, /LD=1，Q3—Q0接译码显示输入的相应插孔A, B, C、D。

（2）用预置法获得30进制（从1开始计数）加法计数器，画出电路图，并连线验证其功能可以参照图4-5)74LS192的16脚接VCC=+5V，8脚接地；CPD =1，/LD=1, Q3—Q0

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接译码显示输入的相应插孔A、B、C、D。 六、思考题

将两位十进制加法计数器改为两位十进制减法计数器，实现由99一00递减计数。

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