数电实验一.docx

1、数电实验一实验注意事项一、做好预习1实验前要认真阅读实验指导书，明确实验目的，理解有关原理，熟悉实验电路内容、步骤及实验中的注意事项。2在实验课上，教师要对预习情况进行抽查提问，抽查通不过者暂不得参加本次实验。二、认真实验1实验时，应严格按照实验步骤进行，各种元器件应事先检验好坏，电子仪器应调试完好。2接线部分，每组学生可分工进行，但在接线完毕后，每个学生都要对全部接线进行检查。共同确认无误后，再请教师复查。如指导教师发现错误，应由学生自己改正。最后经教师许可后，方可接电源，不得带电操作。3在实验过程中，如发现不正常现象（如稳压电源所指示的电压突降为零、电流过大、电压过高等），应立即断开电源，

2、在教师指导下，共同分析检查原因；4在测试数据中，一组学生应共同读取数据，并加以记录；5实验过程中，应切实注意安全操作，防止触电事故；6实验完毕后，先由本人检查实验是否符合要求，然后再请教师检查，经教师认可后再拆线，并将所有设备、元件放回原处，离开实验室。7要爱护国家财产，注意节约材料。凡实验室的一切物品（包括导线、工具等）均不得私自带出实验场所，若发生仪器设备损坏事故，应立即报告指导教师，并到实验室办理事故登记和处理手续。8室内仪器设备，不准任意搬动调换。9遵守实验室规则，实验时要严肃认真，保持安静、整洁的学习环境。三、实验报告1报告由每人分别写出；2报告应按实验指导书规定的要求抄写，字迹要清

3、楚；3凡指导教师认为不合格者，应退回重写；凡不交实验报告者，以缺席论。实验一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，每个与非门有四个输入端。其逻辑框图、符号及引脚排列如图21(a)、(b)、(c)所示。(b) （a） (c) 图21 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

4、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 2、TTL与非门的主要参数 注意：TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCC只允许在5V10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。 (1)电压传输特性门的输出电压vO随输入电压vi而变化的曲线vof(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、阈值电平VT 及抗干扰容限VNL、VNH等值。测试电路如图24所示，采用逐点测试法，即调节RW，逐点测得Vi

5、及VO，然后绘成曲线。 图24 传输特性测试电路 (2)平均传输延迟时间tpdtpd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5Vm至输入波形对应边沿0.5Vm点的时间间隔，如图25所示。 (a) 传输延迟特性 (b) tpd的测试电路 图25图25(a)中的tpdL为导通延迟时间，tpdH为截止延迟时间，平均传输延迟时间为 tpd的测试电路如图25(b)所示，由于TTL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”，经过三级门的

6、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TTL电路的tpd一般在10nS40nS之间。74LS20主要电参数规范如表21所示表21参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ICCL14mAVCC5V，输入端悬空，输出端空载截止电源电流ICCH7mAVCC5V，输入端接地，输出端空载低电平输入电流IiL1.4mAVCC5V，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IiH50AVCC5V，被测输入端

7、Vin2.4V，其他输入端接地，输出端空载。1mAVCC5V，被测输入端Vin5V，其他输入端接地，输出端空载。输出高电平VOH3.4VVCC5V，被测输入端Vin0.8V，其他输入端悬空，IOH400A。输出低电平VOL0.3VVCC5V，输入端Vin2.0V，IOL12.8mA。扇出系数NO48V同VOH和VOL交流参数平均传输延迟时间tpd20nsVCC5V，被测输入端输入信号：Vin3.0V，f2MHz。三、实验设备与器件 1、+5V直流电源 2、逻辑电平开关 3、逻辑电平显示器 4、直流数字电压表5、示波器 6、74LS202、1K、10K电位器（注：1、2、3、6可由数字电路实验箱

8、提供）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01指示器）的显示插口，LED亮为逻辑“1”， 不亮为逻辑“0”。按表22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个输入端，有16个最小项，在实际测试时，只要通过对输入1111、0111、1011、1101、1110五项进行检测就可判断其逻辑功能是否正常。 表22输

9、入输 出AnBnCnDnY1Y211110111101111011110 2、74LS20主要参数的测试（1）接图24接线，调节电位器RW，使vi从OV向高电平变化，逐点测量vi和vO的对应值，记入表23中。表23Vi(V)00.20.40.60.81.01.52.02.53.03.54.0VO(V) *（选做）(2)按图25(b)接线并进行测试，用示波器观测输出波形的周期（频率），并计算出tpd值。将测试结果记入表24中。表24F (MHz)tpd = T/6 (ns)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

10、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VCC一般排在左上端，接地端GND一般排在右下端。如74LS20为14脚芯片，14脚为VCC，7脚为GND。若集成芯片引脚上的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，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4.5V5.5V之间，实验中要求使用Vcc5V。电源极性绝对不

11、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，所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路，不允许悬空。 (2) 直接接电源电压VCC（也可以串入一只110K的固定电阻）或接至某一固定电压(2.4V4.5V)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R680时，输入端相当于逻辑“

12、0”；当R4.7 K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Vcc，一般取R35.1 K。实验二CMOS集成逻辑门的逻辑功能与参数测试 一、实验目的 1、掌握CMOS集成门电路的逻辑功能和器件的使用规则 2、学会CMOS集成门电路主要参数的测试方法 二、实验原理1、 CMOS集成电路是将N沟道MOS晶体管和P沟道 MOS晶体管

13、同时用于一个集成电路中，成为组合二种沟道MOS管性能的更优良的集成电路。CMOS集成电路的主要优点是： (1)功耗低，其静态工作电流在109A数量级，是目前所有数字集成电路中最低的，而TTL器件的功耗则大得多。(2)高输入阻抗，通常大于1010，远高于TTL器件的输入阻抗。(3)接近理想的传输特性，输出高电平可达电源电压的 99.9以上，低电平可达电源电压的0.1以下，因此输出逻辑电平的摆幅很大，噪声容限很高。(4)电源电压范围广，可在3V18V范围内正常运行。(5)由于有很高的输入阻抗，要求驱动电流很小，约0.1A，输出电流在5V电源下约为 500A，远小于TTL电路，如以此电流来驱动同类门

14、电路，其扇出系数将非常大。在一般低频率时，无需考虑扇出系数，但在高频时，后级门的输入电容将成为主要负载，使其扇出能力下降，所以在较高频率工作时，CMOS电路的扇出系数一般取1020。 2、CMOS门电路逻辑功能尽管CMOS与TTL电路内部结构不同，但它们的逻辑功能完全一样。本实验将测定与门CC4081，或门CC4071，与非门CC4011，或非门CC4001的逻辑功能。各集成块的逻辑功能与真值表参阅教材及有关资料。 3、CMOS与非门的主要参数CMOS与非门主要参数的定义及测试方法与TTL电路相仿，从略。 4、CMOS电路的使用规则 由于CMOS电路有很高的输入阻抗，这给使用者带来一定的麻烦，

15、即外来的干扰信号很容易在一些悬空的输入端上感应出很高的电压，以至损坏器件。CMOS电路的使用规则如下： (1) VDD接电源正极，VSS接电源负极（通常接地），不得接反。CC4000系列的电源允许电压在318V范围内选择，实验中一般要求使用515V。 (2) 所有输入端一律不准悬空 闲置输入端的处理方法： a) 按照逻辑要求，直接接VDD（与非门）或VSS（或非门）。 b) 在工作频率不高的电路中，允许输入端并联使用。 (3) 输出端不允许直接与VDD或VSS连接，否则将导致器件损坏。 (4) 在装接电路，改变电路连接或插、拔电路时，均应切断电源，严禁带电操作。 (5) 焊接、测试和储存时的注

16、意事项： a、电路应存放在导电的容器内，有良好的静电屏蔽； b、焊接时必须切断电源，电烙铁外壳必须良好接地，或拔下烙铁，靠其余热焊接； c、所有的测试仪器必须良好接地； 三、实验设备与器件 1、+5V直流电源 2、双踪示波器 3、连续脉冲源 4、逻辑电平开关 5、逻辑电平显示器 6、直流数字电压表 7、直流毫安表 8、直流微安表9、CC4011、TC4001、CC4071、CC4081、电位器 100K、电阻 1K 四、实验内容 1、验证CMOS各门电路的逻辑功能，判断其好坏。 验证或非门TC4001逻辑功能，其引脚见附录。以TC4001为例：测试时，选好某一个14P插座，插入被测器件，其输入端A、B 接逻辑开关的输出插口，其输出端Y接至逻辑电平显示器输入插口，拨动逻辑电平开关，逐个测试各门的逻辑功能，并记入表31中。输 入 输 出ABY1Y2Y3Y400011011 表31 图31 与非门逻辑功能测试 五、预习要求 1、复习CMOS门电路的工作原理 2、熟悉实验用各集成门引脚功能 3、画出各实验内容的测试电路与数据记录表格 4、画好实验用各门电路的真值表表格 5、各CMOS门电路闲置输入端如何处理？ 六、实验报告 根据实验结果，写出各门电路的逻辑表达式，并判断被测电路的功能好坏。