数字电路与逻辑设计实验实验一

电气与计算机工程学院课程名称：数字电路与逻辑设计实验实验题目：TTL与非门的静态参数测试2020年06月15日中山大学南方学院电气与计算机工程学院实验报告2附：实验报告专业：电子信息科学与技术年级：18完成日期：2020年6月14日学号：182018010姓名：叶健行成绩：一、实验目的（一）掌握TTL与非门电路主要参数和电压传输特性的测试方法。（二）熟悉数字电路实验箱、数字万用表的使用。二、实验原理TTL与非门电路是目前较为普遍的一种集成门电路。本实验采用四2输入与非门74LS00，即在一块集成块内含有四个互相独立的与非门,每个与非门有2个输入端。其电路图、逻辑符号及引脚排列如图（一）(a)、(b)所示，其中VCC和GND是四个与非门共同的供电电源输入端，要使得与非门正常工作，前提条件是在VCC和GND端加入合适的电源供应，GND接地，VCC的范围是5V±5%。图（一）对于使用集成电路者来说，所关心的是集成门电路从导通到截止所需要的转换条件和其所表现出来的转换特性，诸如开门电平、输出高电平、输出低电平等这样一些静态参数，以及诸如平均传输延迟时间一类动态参数的测量，与非门电路的转换特性（电压传输特性）曲线，它表示输入由低电平变到高电平时输出电平的相应变化，所有这些都是选择和设计电路所必须了解的。R(a)(b)74LS001234567141312111098VCC4B4A4Y3B3A3Y1A1B1Y2A2B2YGND&&&&电气与计算机工程学院实验报告3三、实验过程（一）低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH及静态平均功耗P与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL：指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。也称空载导通电流。测试电路如图（二）（a）所示。ICCH：指输出端空载，每个门各有一个以上的输入端接地其余输入端悬空，电源提供器件的电流。也称空载截止电流。电路如图（二）（b）所示。P：为电路空载导通功耗POn和空载截止功耗POff的平均值。其值为：22CCHCCCCLCCoffonIVIVppp（通常POn＞POff）VCCVCC图（二）ICCL=2.74mA,ICCH=0.9mA1.929.0574.2522CCHCCCCLCCoffonIVIVppp（二）输入短路电流IIS和输入漏电流IIHIIS（或IIL）：指被测输入端接地，其余输入端和输出端悬空时，由被测输入端流出的电流。也称低电平输入电流。在由多级门构成的电路中，IIS相当干前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流。因此，IIS越小，前级门带负载的个数就越多。测试电路如图（三）（a）所示。IIH：指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端悬空时，流入被测输入端的电流。也称高电平输入电流。在由多级门构成的电路中，它相当于前级门输出高电平时，前级门的拉电流负载。IIH越小，前级门电路带负载的个数就越多。IIH较小，难以测量。测试电路如图（三）（b）所示。74LS001234567141312111098mA(+5V)(a)+-ICCL74LS001234567141312111098mA(+5V)(b)+-ICCH电气与计算机工程学院实验报告45V&10KΩRLW2KΩV5V&560ΩRLW2KΩV图（四）（b）（a）图（三）IIS=0.22mA,IIH=0.02mA（三）输出高电平UOH及关门电平Uoff测量电路如图（四）（a）所示。先调W，使输入电压为0V这时输出电压即为UOH。然后渐渐增大输入电压，当输出电压下降到90%UOH时，测得输入电压即为关门电平Uoff。UOH=3.597V,Uoff=0.96V（四）输出低电平UOL及开门电平Uon测量电路如图（四）（b）所示。先调W，使输入电压为高电平，测得的输出电压即为UOL。然后渐渐减小输入电压，测得使输出电压维持在UOL的最低输入电平，即为开门电平Uon。UOL=0.307V,Uon=1.355V（五）测试TTL与非门的电压传输特性图（四）（b）断开RL即为测量电路。调W，使输入电压由小到大，用万用表对应地测出输入电压和输出电压，并一一记录在表（一）中。表（一）只作格式参考，输入电压的取值由同学自己决定，测量时，对VOff和VON的附近，输入电压的变化可取小一些。即测量点取密一些。μA+5V＆（b）+-IIHmA+5V＆（a）+-IIS电气与计算机工程学院实验报告5至示波器(a)传输延迟特性(b)tpd的测试电路图（五）表（一）Ui(V)00.20.40.60.811.522.533.54…Uo(V)4.484.464.454.454.352.880.1550.1550.1550.1550.10.1（六）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（五）（a）所示。图（五）(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：七级非门整形非门-0.500.511.522.533.544.5500.511.522.533.544.5Uo(V)Ui(V)电压传输特性曲线)tt(21tpdHpdLpd电气与计算机工程学院实验报告6tpd的测试电路如图（五）(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”，经过七级门的延迟后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过七级门的延迟后，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14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6nS～30nS之间。由于所用的74LS00四输入与非门的tpd很短，要用7个与非门连成环形震荡器，以便测量其周期T。14TtpdnSTtpd6.10148.14814