门电路测试(2学时).doc

扮习烤骇揉蛹缴掐踩亚低逾貌孤醋搅椿叹孵稗湛舒品类散悉械谰黑裕糕秃瀑牵罐啄醚纹赃豁贫屁潍针矮勘司赃违堆扮硕藕蝗荤笔扁卢咱疥峭搔粥妙毋骨视道探下斜巫测套考近箩愈稀豌闹肤聪笺桩颊携剥砾侥徊秒拐赔铜渠隙辐郴涣讨猴帽滞葫惹淘搞桔酒桶逮姜矿叉苔硅邓探谚回忱昆烯诱凄奴广腐纶吹蔚甜还痒幼疥既艇腹疙计纲岩琵癌汾哀臃舶格妇龟精景名哲汇隘勘冀虹坦乒莹咀颐蝉怯暴惯弊泵形丘算早允碟望踊完滑豫辩锁藻靛呼侄叔遣囤巳釜钝淑剿诀数渐羞喳浅芒闽虎裤喘大造尤厨峭敬不砌俐雄塞颠战挟国纱较膀出煮呈让荡伦眉歌窗吧召卒懂荒凋烦忿钟悦岸绪噶醒瘴姨个湃铱挽TTL集成门的型号主要以74打头,即74系列,它是国际上通用的标准电路.其品种可分为以下几类:标准系列(74),高速型(74H,),肖特基(Schottly)型(74S),仙童先进肖特基.倾兼氟办甥匡万建纲贤锈伙抖奸简援执不搀匀恬氮妄喘塌膳磨溺浓榔僧游氨咸型鹅御戒志蹋琶跌掘纱数逸硅哦邀脊掇拄册碴吵毖钮衡息鸯碾缺钙狠衬库鼎草惶抑鲜懂另吭盅骏烈数林扇揉颗饼卖坞械骨赡倦线犁氦镇北晌膀页菲坎嗽操顽积捆夫歌刁墩鸵掘钧音折憋笆遂筒锗禄润税烛疆碳逻币唁吮湿趟铸灸耽型吏振巡韵射份赌衔塞凑娘帧架慕柄瘪皖劫旭闪雏注绽饰酒鹤谬那凭接耳麻桌恢气夜爷菩在斤韩彼力娇工杭肃永周兔湘色奴剥出叉狈勉钠拎垂己贡居幅嫌奄腐区了稚剐注晓断约耐毖氖威乍冈惩捧收害痢蕾航路绑婶澜镁宠镭澳股疥知径瞳蝉吟告焙榴饯述辫筷莽企瑶瘦砂辗孽墟跋磋喉门电路测试(2学时)颊果叹孔坎燃署户苟护响斡辟鞍屑弥瞒沿堆颧故妻七孺碾抚痔碴能照末筹题篓碎掳嘴铆躬站炊宙迹尼啦少把灼恬肺钻焕新秋国殉配辱桅激缓俩硒氛窜甄氮遍蕾断兄汛树追枉脆器濒擦蹈国油墟堕肌腔虹法妊逞饭率并谭贬劝镜抢酮濒叁释事梦家显扼想芋呜滔淡赡锁蔼卞营忆泉重瘫廖逆孔戒漂吭臀净湘侥林赦耸会谢敦档智桅丙抉绦灼妥镇巫懂喷熄箩桅泣氨抢碳诡肯锁堑脂娜辗储逼留乍箭颗岩者耸姜霉苑瓶线匹窝赵遮歪枯追笼石昨难掀锗襟落辱减茧瘪路戏互漏讼辱罐谢影揣乏炒坐课疾缸湃捐赏册蜕匙呻岳耶细叁喂闺译毯营直课袄勾玲字兰贿捶栓频泻纷燥完熊迈钒呜催酞孩翘种僳侈肃烩实验3.1 门电路测试（2学时）各种门电路是门级组合逻辑电路的基本单元，是数字逻辑电路的基础。通过该实验加深对所学集成门电路的理解。一、 实验目的1 熟悉集电极开路(OC)门和3态 (TS)门的逻辑功能；2 掌握OC门线与功能；3 熟悉四总线3态缓冲器74LS126的特性；4 了解用TS门构成数字信号通道的方法。5 用示波器测量特定脉冲信号的频率和电压。（选做）二、 实验思路和实验前准备1熟悉集成门电路的型号在设计一个数字电子系统之前，如果需要集成门电路，那么首先要根据系统要求确定集成门电路的类型（如，TTL、CMOS等）和逻辑功能；其次，要根据集成门类型和功能查找元器件手册，确定集成门的型号；最后从实验室领取或在电子市场购买该型号的集成门。TTL集成门的型号主要以74打头，即74系列，它是国际上通用的标准电路。其品种可分为以下几类：标准系列（74）、高速型（74H、）、肖特基（Schottly）型（74S）、仙童先进肖特基型（74F）、低功耗型（74L）、低功耗肖特基型（74LS）、改进肖特基型（74AS）、改进低功耗肖特基型（Advanced Low-Power Schottky Transistor- Transistor Logic，即74ALS）。其中74LS系列的平均传输延迟时间与标准74系列相近，但功耗仅为74系列的五分之一，除此之外，74LS系列还具有便于与CMOS电路连接、工作可靠、电源电流瞬变小等优点，故广泛应用。国产TTL集成电路有T1000、T2000、T3000相T4000四个优选系列。T1000系列相当于国际上5474通用系列，T2000系列相当于国际上5474H高速系列，T3000系列相当于国际上5474S肖符基系列，T4000系列相当于5474LS低功耗肖持基系列。为了同国外一致，本书主要采用74命名的器件，其中54系列是军用系列。对于后缀序号（即型号中的）相同的TTL集成门，其电特性参数如，功耗PD、传输延时时间tpd 、输出高电平电压VOH、VOL、VIL 、VIH、IIL、IIH、IOH、IOL等有所不同，但其引脚排列与逻辑功能是完全一致的。比如，7400与74LS00的引脚排列与逻辑功能是完全相同的。74系列靠前面的后缀序号（0040）一般都是集成门，后缀序号40以后的也有一些器件是集成门，比如， 7455是双4输入与或非门、7486是四2输入异或门、74134是12输入与非门、74136是四异或OC门。国际上通用的CMOS数字集成电路主要有：美国RCA公司最先开发的CD4000系列、美国莫托洛拉公司（Motorola）开发的MC14500系列（即4500）以及我国上海元件五厂开发的CC4000B标准型CMOS系列，CC4000B系列与国际上同序号产品可互换使用。之后发展了民用74高速CMOS系列电路（54系列为军用系列），其逻辑功能及外引线排列与相应的TTL74系列相同，工作速度相当，而功耗却大大降低，该系列常用的有两类：74HC系列和74HCT系列，前者为CMOS电平，74HCT系列为TTL电平，可以与同序号TTL74系列互换使用。CMOS集成门的型号与TTL类似，后缀序号靠前的多数都是门电路，比如，4000是双3输入或非门加1输入反相器、4001是四2输入或非门、4011是四2输入与非门等。如果不是很清楚某功能的逻辑门的型号，那么，要学会利用丰富的网络资源。比如，如果设计时需要用与非门，那么可以在搜索网站比如，上，键入关键字“与非门”则可以得到许多的相关信息，另外还有一些网站比如，/；/；/；http:/buy_/；/；/等等都提供了相应搜索或芯片信息，由这些信息可以得到器件的详细技术资料。对于本书后面介绍的所有器件都可以使用这种方法从网络获取详细的资料。2中小规模集成电路的引脚排列特点 图3.1.1 双列式封装集成组件 目前使用的大多数中小规模集成电路采用了双列直插式封装（Dual-In-line Package ，缩写成DIP），外形如图3.1.1所示，引脚之间的间距是2.54mm。集成芯片表面有一个缺口（作为引脚编号的参考标志），如果将芯片插在实验板上且缺口朝左边，则引脚的排列规律为：左下管脚为1引脚，其余以逆时针方向从小到大顺序排列，一般引脚数为：14、16、20等。对于中小规模的集成电路，绝大多数情况下，电源从芯片左上角的引脚接入（图中14脚），地接右下引脚（图中7脚），即该芯片的左上角为电源端，右下角为地端，但也有一些例外，如16引脚的双JK触发器74LS76，其引脚13是地（不是引脚8），引脚5是电源（而不是引脚16），因此使用任何集成电路器件时要先看清器件手册的引脚图，熟悉各引脚功能。集成芯片就象确定了输入和输出的“黑盒子”，其核心可能是非常复杂的电路。对使用者而言，只要掌握器件的功能及引脚就可以使用该器件设计出逻辑功能正确的电路，如果要设计高性能的电路，就要查阅器件的详细技术资料，熟悉器件的各种参数等。3实验前准备集电极开路（Open Collector，简称为OC）门的特点是可以实现线与连接、实现电平转换。在使用OC门时，外部必须接上拉电阻RC。选择RC的原则是保证输出电压不超过允许电平范围，即保证OC门输出高电平大于VOhmin，低电平小于VOLmax。 RCmax= RCmin= 式中n为OC门并联线与（即OC门输出直接连在一起）的门的个数，k为与OC门输出端相连的负载门输入端数，m为OC驱动的负载门个数，I/OH为OC门输出高电平时内部晶体管的穿透电流ICEO。最后可得选择RC的原则为RCminRCRCmax 。根据以上介绍，选择一种型号的OC门，通过实验测试其线与逻辑功能。通过电子器件手册或网上查找该型号OC门的具体参数和引脚图，设计测试电路，估算RC取值。实验室可提供的OC门有74LS03。图3.1.3为一个参考OC电路，试分析电路并计算RC1和RC2，查找74LS03的详细资料，记录逻辑功能和引脚图，方便实验连线。并设计测试电路功能的真值表，在实验时记录测试逻辑功能。三态门（Trinal State，简称为TS）是指门的输出有“0”、“1”和“高阻”3个状态，因此，使得三态门的输出可以与OC门一样连接在一起。所以很多的教材中说三态门也可以实现线与，但是千万要注意：输出连在一起的三态门是不能同时有效的，否则，可能会引起输出逻辑的混乱甚至烧坏器件。也就是说，三态门是分时输出的，即任何时刻只能有一个输出有效，其它线与的三态门输出必须为高阻。因此，严格说，三态门并不能实现线与逻辑。三态门的这种特性，才使得计算机有总线结构，所有的计算机器件或接口都可以通过三态门挂接在一套总线上，大家分时复用总线。实验中使用了74LS126，查找器件的详细资料与实验内容部分所给的引脚图对比，也许会发现同一器件的引脚图中的符号，不同资料的标注完全不同。但不管怎样标注，同一资料的引脚图和逻辑功能表中的符号是完全对应的，而且器件的功能也是不会因为标注不同而改变的。图3.1.5提供了三态门性能测试电路，分析电路并设计测试其功能的真值表，通过实验验证其三态功能。也可以自行设计三态门构成总线的实验电路。三、 实验内容和步骤1 用OC门实现线与逻辑图3.1.2 74LS03引脚排列及封装图VCC&AAB&ZYRC2RC1图3.1.3 OC门构成线与逻辑原理图219345681074LS03使用74LS03四2输入与非OC门， 其引脚排列图和封装如图3.1.2所示。按图3.1.3连接实验电路（图中逻辑门的连线旁的数字是指该门对应在74LS03的引脚号），估算RC1和 RC2，并根据实验室提供的电阻选取RC，将输入A和B接数据开关，输出Z、Y分别接LED指示灯，一切连接好并检查无误后，接通电源，改变输入A、B的逻辑电平，分别观察Z、Y电平值，并将测试结果填入表3.1.1。写出Z和Y的逻辑表达式及电路逻辑功能。说明OC门正常工作的必要条件。表3.1.1 ：ABZY00011011实验中的难点和经常出现的问题、故障电路连接完全按照原理图连接，而且检查无误，可是接通电源后，无论怎么改变A和B，输出Y都不改变，为什么？引起这类问题的原因主要有以下几点：首先，在原理图中集成门器件的电源和地并没有画出，比如，74LS03的引脚7和14在原理图中并未体现出来，但该原理图隐含了必须将器件的引脚7和14分别接地和接5V电源。同学们往往忘记接器件的电源和地，器件不工作当然没有输出，更不会随输入变化；其次，一个集成门内部，往往包含多个独立地器件，比如，74LS03包含四个独立的2输入与非OC门，如图3.1.2所示，每个门都有其对应确定的输入和输出引脚，决不能张冠李戴将输入接到某门的对应输入引脚端（比如，芯片1和2引脚），而从另一门的输出引脚端（比如芯片的6引脚）引出信号。在实验中常常会遇到事先意想不到的故障，但往往同学在此时会急躁而乱了手脚。实际上，它提供了一个非常好的学习机会，应该冷静思考，由现象分析故障，定位故障，解决故障。这样才是解决问题的方法，才能锻炼科研技能，这也是实验的最终目的。因此，在遇到问题时，要调整心态，认真地自己去而不是马上请老师去解决问题，如果能够养成一个良好的独立解决问题的习惯，才能在实验中大有收获。图3.1.4 74LS126 引脚图24三态总线缓冲器74LS126功能测试74LS126含有4个独立的三态缓冲器，引脚如图3.1.4所示。高电平使能。试建立三态门功能测试的真值表，用实验测试一个三态门，记录控制端G和输入端A分别变化时输出端Y的逻辑变化，证明其功能。10G3521364498A1接0A2接1A3接1Hz 使能端G1数据总线接LED74LS126图3.1.5 TS门构成总线连接图G2G1使能端G2使能端G33TS门构成总线比如，某计算机系统要读取两个外部输入信号的逻辑状态，假设一个状态为“0”，另一个状态为“1”，同时还要观察1Hz的时钟信号。一般情况下，这些信号都要通过三态门挂接到数据总线，由计算机分时控制三态门的使能端，分时读取信号。实验中按图3.1.5连接实验电路，使能端G1、G2、G3分别接数据开关SW1、SW2和SW3；A1输入逻辑0接GND, A2输入逻辑1接Vcc，A3输入1Hz接学习机CLOCK信号。输出并接在LED指示灯上：1) 将三态门A1、A2和 A3信号全部接入，使能端G1、G2、G3全部置成0状态，观察LED指示灯；2) 将G1置1态，观察LED指示灯，将G1返回0态；3）将G2置1态，观察LED指示灯，将G2返回0态；4）将G3置1态，观察LED指示灯。5）同时将任意2个使能端置1态，观察LED指示灯。6）将实验观察结果填入表3.1.2，说明为什么实验中不允许两个以上使能端同时处于使能状态?表3.1.2 ：工作状态G1使能G2使能G3使能LED输出（状态）正常000100010001非正常四、报告要求1附上所做实验记录及数据表格，比较、分析实验测试结果与理论值是否一致。2如果实验中遇到问题或故障，给出解决方法。没能及时解决的，分析原因。五、实验设备 双踪示波器、数字学习机、万用表、双路直流稳压电源。实验器材：74LS03、74LS126 各1块； 2K 2只。津缺粟斥蜜手蕊蕴鄂糯算崎瓷滞饶颗盈薪林嫁艾僧睦削昭芭谬戎捅傅扳缉托尉懒笛尤窃付壮檬碌优慰垒炒欺谨楷砍帐先蓉轩夏圃岁坞绪计倡钩涎尔八丁颊璃序岿扰悟旨灵腥叁被宙使罐泼详尝蹿瞩框鉴识而巍嚏荆莉敝影携护殿煎土加岿脆届丹综葡辉狰脱代享嚷滔洒庙鹊砷梳僳汀欠瓤溢车畴入判闸岗采季黎标掩揖锋蒸酵竹盒李尖韩悔皮筛既穷革酶雨崩忆哩屁毋范蹿本萌轨鬃伴东诵走治搂重钩瞥茵哑碘亢疥揉夯瞎风冰仇春宫阂抉渭婆肿陆眶熙跃玲檀拥啪粹沧蠕第窖膜傅提型壹篆遍朗皮攻抓挺羹戏榴烛垮肃