实验三集成逻辑门电路的功能和参数测试.

浙江大学计算机学院实验教学中心逻辑与计算机设计基础实验2015~2016秋冬322020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试熟悉基本逻辑门电路的功能、外部电气特性和逻辑功能的特殊用途熟悉TTL与非门和MOS或非门的封装及管脚功能掌握主要参数和静态特性的测试方法，加深对各参数意义的理解进一步建立信号传输有时间延时的概念进一步熟悉示波器、函数发生器等仪器的使用32020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试实验设备数字示波器RIGOLDS1062E-EDU1台三用表1只低频信号发生器YB16381台逻揖电路设计实验箱1台实验材料（在实验箱上）两输入与非门74LS001片两输入或非门CD40011片电阻•4.7KΩ电位器1只•100Ω/1KW1只42020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试1.验证集成电路74LS00“与非”门的逻辑功能2.验证集成电路CD4001“或非”门的逻辑功能3.测量集成电路74LS00逻辑门的传输延迟时间tpd4.测量集成电路CD4001逻辑门的传输延迟时间tpd5.测量集成电路74LS00传输特性与开关门电平VON和VOFF52020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试数字集成电路的基本参数：62020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•扇出系数是数字逻辑器件用来衡量其输出负载能力的一个参数，表征器件的额定输出能力。逻辑器件是二值量化器件，其输出负载能力可折算成驱动多少个同类型逻辑门的数目。在额定输出电压范围内，器件能带动的同型号门的数目称为扇出系数。R1R2R3R5R4ABT1T2T3T4T5F与与非输出输入VCCGND•74LS00与非门输入电路•输入A和B为高电平时，T1截止，驱动电流很小•输入A或B为低电平时，T1导通，驱动电流较大72020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•TTL的扇出驱动只要测量输出端为额定低电平时，输出端能吸收多少电流。一般在输出端电压达到最大允许值（≤0.4V）时测量这个电流，它也称作最大灌入电流IoLmax。将这个电流与低电平输入电流IiL相除即可获得TTL的扇出系数No:No=IoLmax∕IiLW4.7KΩ+VCCmAV+_ABFR100Ω•最大灌电流IoLmax测量：将输入端A,B悬空或接高电平，调节W使电压表读数为0.4V时，电流表上读数即是IoLmax；也可通过公式IoLmax=(VCC−0.4)∕(R+RW)计算•然后代入上面的公式计算扇出系数No•A,B是高电位，F输出低电位（≤0.4V时低电位临点）82020/1/2基本开关电路逻辑电平VCC/VVOH/VVOL/VVIH/VVIL/V说明TTL5.0≥2.4≤0.4≥2.0≤0.8输入脚悬空时默认为高电平LVTTL3.3≥2.4≤0.4≥2.0≤0.8LVTTL2.5≥2.0≤0.2≥1.7≤0.7COMS5.0≥4.45≤0.5≥3.5≤1.5输入阻抗非常之大LVCOMS3.3≥3.2≤0.1≥2.0V≤0.7LVCOMS2.5≥2.0≤0.1≥1.7≤0.7RS232±12~15−3~−153~15−3~−153~15负逻辑本课程使用的芯片电平主要是TTL和COMS92020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•输出高电平VoH是指当输出端为高电平时的电压，一般大于2.4V，它可衡量输出端高电平负载特性•74LS00的VoH是指在输入端接地或低电平时，输出端为高电平并输出400μA电流时测量的输出电平102020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•输出低电平VoL是指当输出端为低电平时的输出电压，一般小于0.4V，可衡量输出端低电平负载特性•74LS00的VoL是指在输入端接高电平时，输出端为低电平并灌入4mA电流时测量的输出电平112020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•电压传输特性是指输出电压随输入电压而变化的关系特性。它可以充分显示出门输入输出的逻辑特征，可以反应出二值量化及门开关跃迁是一个连续过渡的过程。VoVoHVoLViVONVOFFVnHVnLVsHVsLVOFFVON•74LS00的电压传输特性曲线如右图，图中标有四个开关参数•输出高电平VoH•输出低电平VoL•开门电平VON•关门电平VOFFiinputooutputnnoisessourceHHighLLow122020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•关门电平VOFF指使输出电压刚好达到输出转折至额定电平值时的最高输入低电平电压•74LS00的VOFF是当输入电压由零逐渐上升、输出电压逐渐下降，当输出电压刚好降到额定最低高电平2.4V时的最高输入低电平电压。•Voff:Vout=2.4时的Vi的电压值VoVoHVoLViVONVOFFVnHVnLVsHVsLVOFFVONiinputooutputnnoisessourceHHighLLow132020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•开门电平VON指使输出电压刚好达到输出转折跃迁至另一状态额定电平值时的最低输入高电平电压•在74LS00中是当输入电压由VOFF继续上升，输出电压急剧下降，当输出电压刚好降到额定低电平0.4V时的最低输入高电平电压称VON•Von:Vout=0.4时的Vi的电压值VoVoHVoLViVONVOFFVnHVnLVsHVsLVOFFVONiinputooutputnnoisessourceHHighLLow142020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•噪音容限是指加到正常输入值上、且不会在电路的输出产生不可预料变化的最大外部噪音电压。•设额定输入高电平值为VsH，额定输入低电平值为VsL，则低电平电平噪声容限VnL=VOFF－VsL=VOFF－0.4(VOL≤0.4)高电平电平噪声容限VnH=VsH－VON=2.4－VON(VOH≥2.4)152020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•传输时间是一个动态参数，是晶体管PN节电容、分布寄生电容、负载电容等充放电时间引起的输出信号滞后于输入信号一定时间的参数•平均传输时间tpd由两部分构成–从高电平跃迁到低电平滞后时间tPHL–从低电平跃迁到高电平滞后时间tPLHINOUTOUTtPHLtPLHIN162020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•平均延迟时间一般把电压的最大和最小值的中间50％点作为时间参考点，测出tPHL和tPLH后求其平均值：tpd＝(tPHL＋tPLH)／2•为提高测量精度，采用环形振荡器测量传输延迟时间：假设每个与非门延迟时间相同，则振荡器周期T＝6tpd•一个逻辑门的延迟时间为T/6+VCCVOVOCD400174LS00172020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•低电平输入电流IiL指输入端接地时流过此输入端的电流，也称为输入短路电流，可衡量低电平输入电阻特性•在74LS00中是指一个输入端接地，另一个输入端悬空时输入端流出的电流R1R2R3R5R4ABT1T2T3T4T5F与与非输出输入VCCGNDA182020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•高电平输入电流IiH指输入端接高电平时流过此输入端的电流，可衡量高电平输入电阻特性•在74LS00中是指一个输入端高电平，另一个输入端悬空时流入输入端的电流R1R2R3R5R4ABT1T2T3T4T5F与与非输出输入VCCGNDA192020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•空载导通功耗PON是指输出端为低电平且不接负载时的器件功耗，用于衡量器件输出导通时的器件功耗•在74LS00中是指输入端均接高电平时，输出端为低电平且不接负载时的器件功耗202020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试•空载截止功耗POFF是指输出端为高电平且不接负载时的器件功耗，用于衡量器件输出截止时的器件功耗•在74LS00中是指输入端均接低电平时，输出端为高电平且不接负载时的器件功耗212020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试1.验证集成电路74LS00“与非”门的逻辑功能2.验证集成电路CD4001“或非”门的逻辑功能3.测量集成电路74LS00逻辑门的传输延迟时间tpd4.测量集成电路CD4001逻辑门的传输延迟时间tpd5.测量集成电路74LS00传输特性与开关门电平VON和VOFF222020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试1.将芯片插入实验箱的IC插座中，注意芯片的方向2.按右图连接电路，VCC接电压5V，地端接地线3.高低电平通过S14/S15/S16/S17拨位开关产生，4.以真值表顺序遍历输入A,B所有组合，测量A,B及输出F电压并记入右表VB(V)VA(V)VF(V)232020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试1.将芯片插入实验箱的IC插座中2.按右图连接电路，VCC接直流5V电压，地端接地线3.高低电平通过S14/S15/S16/S17拨位开关产生，4.以真值表顺序遍历输入A,B所有组合，测量输入端A,B及输出端F电压值，记录右表5.重复步骤3~4，测量其他3个门的逻辑关系并判断门的好坏VB(V)VA(V)VF(V)242020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试1.将芯片插入实验箱的IC插座，注意芯片方向2.按图连接电路，VCC接5V电源，地端接地线3.将示波器接到振荡器的任何一个输入或输出端4.调节频率旋钮，测量Vo的波形，读出周期T并计算传输延迟时间2311234567981011121314GND74LS00123VCCVOVOVCC接线要点：74LS00每个与非门的其中一个引脚接高，其它引脚串联。252020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试1.将芯片插入实验箱的IC插座，注意芯片方向2.按图连接电路，VCC接5V电源，地端接地线3.将示波器接入到振荡器的输入或输出端4.调节频率旋钮，测量Vo的波形，读出周期T并计算传输延迟时间接线要点：CD4001每个或非门的其中一个引脚接地，其它引脚串联即可。262020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试1.将芯片插入实验箱的IC插座2.按图连接电路（见下页）3.将直流电表分别接入A端和与非门的输出2Y端4.从b端往a端缓慢调节电位器W，观察Vi,Vo两电压表的读数，并记录数据填入表格5.根据表格数据画出曲线图，并求VON和VOFF272020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试W4.7KVoF12345679810111213141A1B1Y2A2B2YGND4B4Y3A3B3Y4AVcc74LS00+VccViAab生产高低电平的电路图,实验板内部给你接好的,不需要你自己接线,通过拨位开关,插孔S14/S15/16/S17能直接输出高电平和低电平.282020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试292020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试通过调节电位器输出0v---5v.302020/1/2集成逻辑门电路的功能及参数测试