大二学习-数电实验

一．实验目的掌握使用示波器测量二进制脉冲信号的方法掌握测量门电路平均延时时间的方法熟悉集成门电路的逻辑功能和测试方法用QUARTUSII平台对组合逻辑电路进行仿真，确定其逻辑功能。掌握TTL和CMOS与非门的电压传输特性和部分参数的测试方法；二、实验器材TDS-2002数字示波器DLBS－1型逻辑实验器三、实验内容必做：门电路输入输出信号的测量门电路平均延时间的测试门电路静态逻辑功能测试3.CPLD完成组合逻辑电路的仿真选做：非门电压传输特性的测试TTL与非门的输入、输出电流测量1.非门输入输出信号的测量搭接实验电路，用示波器观察并记录Vi和Vo的波形；测量每路信号的6个波形参数，各个波形参数的意义如下图所示：示波器测量周期性信号步骤：a.调节示波器使波形显示稳定。方法一：使用示波器自动设置功能，点自动设置菜单（AUTOSET）按钮，示波器根据被测信号的频率关系自动设定触发菜单各个选项，使波形稳定显示。自动设置菜单按钮方法二：手动调节，先点触发菜单按钮，打开触发菜单，若测量单路信号，触发信号源选择被测信号所连接的通道。测 信号时若 信号频率相同，可将任意一路设为触发信号源，若 信号的频率不同，则必须选择频率低的一路信号为触发信号源。调节触发电平调节旋钮，把触发电平设定在触发信号的最小值和最大值区间里的任意一个值即可。触发电平调节旋钮触发菜单按钮触发菜单触发信号源触发电平光标触发电平指示值b.

通道菜单设置率选必须与探头上衰减开关所选系数

致 测频率低于100K的数字信号通道1菜单按钮通道2菜单按钮分别点CH1和CH2

MANU按钮打开两个通道通道菜单，耦合方式选择“直流”，探头倍般选择1×。通道1菜单探头倍率通道菜单还有隐藏波形的功能，若不想显示CH2的波形，可以点两次

CH2

MANU，这时CH2波形被隐藏，要重新显示CH2波形，只需再点一次

CH2MANU菜单。衰减开关c.采样方式的选择减少外界干扰信号对测量值的影响，可使用数字示波器独有的平均值采样方式点采样菜单按钮，打开采样菜单，选择“平均值”，平均次数“128”，这时观察到的波（注意：选择完采样方式后不能再按AUTOSET按钮，否则系统将自动改变采样方式）采样菜单按钮d.

波形的缩放和移动垂直方向拉伸波形：顺时针调节垂直灵敏度调节旋钮，垂直方向每格电压指示值变小。垂直方向压缩波形：反时针调节垂直灵敏度调节旋钮，垂直方向每格电压指示值变大。调节过程中，每格电压×波形垂直占格数的乘积保持不变上下移动波形：调节相应通道垂直位移调节旋钮水平方向拉伸波形：顺时针调节扫描速率调节旋钮，水平方向每格时间指示值变小。水平方向压缩波形：反时针调节扫描速率调节旋钮，水平方向每格时间指示值变大。调节过程中，每格时间×波形每周期占格数的乘积保持不变上下移动波形：调节水平位移调节旋钮（垂直控制面板水平控制面板CH1CH2垂直位移调节移旋钮水平位移调节旋钮CH1CH2垂直灵敏度调节移旋钮扫描速率调节旋钮CH1垂直方向每格单位电压CH2垂直方向每格单位电压水平方向每格单位时间e.用测量（MEASURE）菜单测量参数。要测量的6个参数中，周期、频率、正频宽和峰峰值4个参数可以通过示波器测量菜单直接读出。点击MEASURE按钮，激活测量菜单，点击选项1按钮，打开测量1菜单，“信源”选择被测信号连接的通道，分别选择周期

频率

正频宽和峰峰值，把测量值记下来测量1菜单

测量菜单按钮被测信号通道选项1按钮测量类型测量值f.

用光标（CURSOR）菜单测量VOH和VOL光标菜单按钮点击CURSOR菜单按钮激活光标菜单，“类型”选电压，信源选择被测信号的接入通道，这时光标颜色与被测波形一致，“信源”

通道，就会读出错误结果！分别调节两通道的POSITION旋钮，将光标1移到被测信号高电平重合位置，光标2移到被测信号低电平重合位置，“光标1”和“光标2”读数就是VH和VL测量值。光标菜单测量类型被测信号源光标1位置光标2位置零电平线位置移动光标1和光标2位置VOH测量值VOL测量值CH2探头CH1探头结果分析：2、平均传输时间tpd的测试1）测CD4011延迟时间原理分析：信号通过任何一个系统都需要时间即传输时间，它的大小与系统的结构和构成电路的器件等因素有关，本次实验的电路可以看为一个小系统，通过测量Vi与Vo的前沿延迟tpd1和后沿延迟tpd2就可以算得信号通过该系统总的时间为（tpd1+tpd2)/2，因该系统由4个门构成故通过每个门的时间平均值

tpd=[（tpd1+tpd2)/2]*(1/4)CH1CH2连接好电路，调节示波器，使Vi、Vo信号稳定显示调节波形位置和进行垂直方向的缩放，使波形基于示波器中央刻度线上下对称前沿50%幅度点后沿50%幅度点顺时针调节扫描速率旋钮，使 波形横向拉伸，使沿的时间差显示明显，便于测量。波形上升扫描速率旋钮调出示波器“光标”功能，“类型”选择

“时间”，将两根光标分别移动到Vi、Vo过刻度线的位置即50%幅度点，从菜单的“增量”读出前沿延时tpd1的测量结果调出

波形的下降沿（可利用“TRIG

”菜单”中“斜率”的选项——切换为“下降”

）；

波形下降沿即显示在示波器屏幕

，按前面方法读出后沿延时tpd2,回去把平均延时时间算出来。3.门电路的逻辑功能测量（

1）静态逻辑测试1）2输入与非门74LS00静态测试：必须明确与非门逻辑功能：Y

AB

；Y

(A

B)'

，接线如右图所示，

电源引脚必须正确连接。分别输入A、B可能的输入变量组合，用逻辑指示灯观察Y。结果记录在真值表中，用理论知识分析结果正确性。2）用上述方法分别测量2输入与非门CD4011、2输入或门74LS32（Y

A

B）、2输入或非门74LS02(Y=(A+B)’)、异或门74LS86（Y

A

B）,注意各个门的逻辑功能，接

线时按照 附录中各 管脚排列图准确搭接电路，

记录实验结果并通过理论知识迅速验证结果的正确性。4.组合逻辑电路的仿真用QUARTUSII，完成以下电路功能仿真，根据仿真波形列出真值表并推导出其逻辑表达式的最简与-或式。1、非门电压传输特性的测量前非门电压传输特性曲线是指非门输出电压随输入电压变化的曲线。常用的低功耗肖特基系列TTL门（74LS系列）和CMOS非门的电

压传输特性接近理想开关特性。如右图所示输入电压Vi由0V开始连续递增，在没有达到门槛电平VTH之输入的逻辑变量相当于逻辑0，非门的输出Vo保持高电平。当Vi继续增加，达到门槛电平VTH后，Vo翻转为低电平。

此时的输入的逻辑变量相当于逻辑1。本实验使用与非门实现非门逻辑功能进 试，给它输入由0V至4V变化的锯齿波电压，通过示波器直观地观察Vi由0－4V变化时Vi与Vo之间关系。并从图中读出3个主要电压参数VOH（输出高电平电压）、VOL

（输出低电平电压

）、VTH（门槛电平、阈值电压)并记录下来。2、操作步骤(1)按简易锯齿波发生器原理图接线，两输入的与非门分别是

TTL门74LS00和CMOS门CD4011。(2)接线完成，检查无误后，点击示波器AUTOSET按钮观察波形，此时示波器工作在YT方式下，CH1是与非门输入的近似锯齿波，（峰峰值必须达到4伏）CH2是与非门输出的

。将示波器调节到XY工作方式(1)先将波形调稳定，分别调节两通道的位移旋钮，将 波形的位移调为0。此时XY方式的坐标原点就位于波形显示区的中心点。(2)点击DISPLAY按钮，打开显示菜单，将“格式”设为“XY”, “持续”设为“关闭此时示波器工作在XY作图的方式，CH1（Vi）对应X轴（横轴），CH2（Vo）对应Y轴（纵轴）。分别调节CH1和CH2的”VOL/DIV旋钮，使波形大小适中。观察描绘波形，测出特征量坐标纸先画好坐标轴，定好刻度，将示波器中的传输特性曲线描绘在坐标纸上，从曲线中读出VOH（输出高电平电压）、VOL

（输出低电平电压）、VTH（阈值电压)TTL门的VTH为转折区中点所对应的输入值；CMOS门的传输特性近似于理想开关特性，其VTH的值为转折区对应的输入的值。上图中：TTL门的VOH＝2V/div×2.2div=4.4V;VOL＝2V/div×0.1div=0.2VVTH=1V/div×1.1div=1.1V；CMOS门：VOH＝2V/div×2.5div=5V.VOL＝2V/div×0div=0V

VTH＝2V/div×1.4div=2.8V3、TTL与非们的输入输出电流测量1）TTL与非们导通电流ICC的测量将万用表表笔接到毫安接孔，功能开关打到毫安档最大量程，根据原理图搭好电路，根据初步的测量结果选择量程。接线图：测得的电流为4个门总的静态导通电流。2）高电平输入电流IIH测得的结果是否为0？结合理论构进行分析。74LS00的结3）低电