数字电子逻辑TTL门电路的逻辑功能和参数测试 实验报告.doc

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系： 计算机系 专业： 计算机科学与技术 年级： 07级 姓名： 学号： 实验课程： 数字电子技术基础 实验室号：_ 实验设备号： 9 实验时间： 2008-12-2 指导教师签字： 成绩： 实验一 TTL门电路的逻辑功能和参数测试一、实验目的和要求1、掌握TTL器件的使用规则。2、掌握TTL集成与非门的逻辑功能。3、掌握TTL集成与非门的主要性能参数及测试方法。二、实验原理本实验采用二输入四与非门74LS00（它的顶视图见附录），即一块集成块内含有四个相互独立的与非门，每个与非门有两个输入端。1、TTL集成与非门的逻辑功能与非门的逻辑功能框图如图1-1所示，当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出为高电平；只有输入端输入全都为高电平时，输出端才是低电平。2、TTL集成与非门的主要参数有输出高电平VOH、输出低电平VOL、输入短路电流Iis、扇出系数N0、电压传输特性和平均传输延迟时间tpd等。（1）TTL门电路的输出高电平VOHVOH是与非门有一个或多个输入端接地或接低电平时的输出电压值，此时与非门工作管处于截止状态。空载时，VOH的典型值为3.43.6V，接有拉电流负载时，VOH下降。（2）TTL门电路的输出低电平VOLVOL是与非门所有输入端都接高电平时的输出电压值，此时与非工作管处于饱和导通状态。空载时，它的典型值约为0.2V，接有灌电流负载时，VOL将上升。（3）TTL门电路的输入短路电流Iis它是指当被测输入端接地，其余端悬空，输出端空载时，由被测输入端输出的电流值，测试电路图如图1-2。 （4）TTL门电路的扇出系数N0扇出系数N0指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数，TTL集成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，它有两种扇出系数，即低电平扇出系数NOL和高电平扇出系数NOH。通常有IiHNOL，故常以NOL作为门的扇出系数。NOL的测试电路如图1-3所示，门的输入端全部悬空，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VOlm（手册中规定低电平规范值为0.4V）时的IOL就是允许灌入的最大负载电流，则NOLIOLIis，通常NOL8（5）TTL门电路的电压传输特性TTL门的输出电压Vo随输入电压Vi而变化的曲线VO=f（Vi）称为门的电压传输特性，通过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平VOH、输出低电平VOL、关门电平Voff、开门电平VON等值。测试电路如图1-4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1-3 扇出系数测试电路 图1-4 电压传输特性测试电路（6）TTL门电路的平均传输延迟时间tpdtpd是衡量门电路开关速度的参数，它意味着门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多少时间。具体说，是指输出波形边沿的0.5Um至输入波形对应边沿0.5Um点的时间间隔，如图1-5（a）所示。由于传输延迟时间很短，一般为ns数量级。图1-5（a）中的tpdL为导通延迟时间，tpdH为截止延迟时间，平均传输时间为：tpd=(tpdL+tpdH)/2tpd的测试电路如图1-5（b）所示，由于门电路的延迟时间较小，直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”，经过三级门的延时后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过三级门的延时后，A点重新回到逻辑“1”。电路的其它各点电平也随着变化。说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过6级门（两次循环）的延迟时间。因此平均传输延迟时间为：tpd=T/6。TTL电路的tpd一般在10ns40ns之间。三、主要仪器设备（实验用的软硬件环境）1、仪器数字万用表，双踪示波器。2、器件74LS00 二输入端四与非门 1片。74LS04 六反相器 1片。 100 电阻 1只。四、操作方法与实验步骤1、在实验箱IC插座模块找一个14PIN的插座插上芯片，并在14PIN插座的第7脚接上实验箱的地（GND），第14脚接上电源（VCC）。其它脚的连线参考具体的线路图，测试与非门的逻辑功能。2、按照实验原理第二部分用万用表测出TTL门电路的输出高电平VOH，输出低电平VOL。3、按图1-2所示连线，用万用表的电流档测出TTL门电路的输入短路电流Iis。4、按图1-3所示连线，先用万用表的电压档测出VOL，调电位器使的VOL达到VOlm。再用万用表的电流档测出IOL，求得扇出系数NO。5、按图1-4所示连线，调节电位器RW，使Vi从0V向高电平变化，逐点测量Vi和Vo,记录实验结果。6、按图1-5所示连线，测出波形的周期T，然后计算得到tpd。五、实验内容及实验步骤1、在实验箱IC插座模块找一个14PIN的插座插上芯片，并在14PIN插座的第7脚接上实验箱的地（GND），第14脚接上电源（VCC）。其它脚的连线参考具体的线路图，测试与非门的逻辑功能。经测试，列出逻辑功能表图1-1.由图可以看出只有在输入都为高电平时，输出才为低电平；图1-1ABY0010111011102、按照实验原理第二部分用万用表测出TTL门电路的输出高电平VOH，输出低电平VOL。输出高电平VOH3.38(V)输出低电平VOl0.16(V)3、按图1-2所示连线，用万用表的电流档测出TTL门电路的输入短路电流Iis。输入短路电流Iis2.1(mA)4、按图1-3所示连线，先用万用表的电压档测出VOL，调电位器使的VOL达到VOlm。再用万用表的电流档测出IOL，求得扇出系数NO。经测试，得出IOL =10.6(mA);根据NOLIOLIis=10.6/0.239=44；5、按图1-4所示连线，调节电位器RW，使Vi从0V向高电平变化，逐点测量Vi和Vo,将结果记入下表中。Vi0 0.20.40.60.81.01.52.02.53.03.54.0Vo4.434.434.434.434.362.130.170.170.170.170.170.17六实验数据处理与分析1、与非门的逻辑功能：2、VOH是与非门有一个或多个输入端接地或接低电平时的输出电压值，此时与非门工作管处于截止状态。空载时，VOH的典型值为3.43.6V，接有拉电流负载时，VOH下降。但是实验结果4.13V超过了典型值的范围。但是这样的实验误差是允许的。VOL是与非门所有输入端都接高电平时的输出电压值，此时与非工作管处于饱和导通状态。空载时，它的典型值约为0.2V，接有灌电流负载时，VOL将上升。此时的测试结果0.24V比0.2多，属于正常情况。3、输入短路电流Iis是指当被测输入端接地，其余端悬空，输出端空载时，由被测输入端输出的电流值。测出数值为0.23mA。4、NOL的测试电路如图1-3所示，门的输入端全部悬空，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VOlm（手册中规定低电平规范值为