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实验1门电路功能测试及组合逻辑电路设计
实验目的
(1)掌握常用门电路的逻辑功能及测试方法。
(2)掌握用小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法。
实验仪器设备与主要器件
数字电路实验箱一个;双踪示波器一台;稳压电源一台;数字万用表。
74LS00(四2输入与非门)一片;74LS10(三3输入与非门)一片;74LS20(二4输入与非门)
一片。
实验原理
TTL集成逻辑电路的种类繁多,现以74LS00为例介绍其内部电路结构和工作原理。
如图所示,当输入信号A、B中有一个是低电平时,T1必有一个发射结导通,并将T1
的基极电位钳在0.9V(设定VIL=0.2V,VBE=0.7V)。这是T2不会导通。(由于T1集电极回路
电阻是R2和T2的b-c结反向电阻之和,阻值非常大,所以T1工作在深度饱和状态,使VCE
(sat)≈0)。T2截止后VC2为高电平,VE2为低电平,从而使T4导通,T5截止,输出端F
为高电平VOH。
当输入信号A、B均为高电平(VIH=3.4V)时,如果不考虑T2的存在,则
Vb1=3.4V+0.7V=4.1V。然而T2和T5不但存在,而且必然导通。一旦T2和T5导通后Vb1
便被钳在了2.1V(3×0.7V),所以T1的基电极实际不是4.1V,而只能是2.1V左右。这样,
T2导通使VC2降低而VE2升高,导致T4截止,T5导通,输出变为低电平VOL。与非门输入
输出关系见表。
使用时应对选用的器件进行简单的逻辑功能检查,以保证实验的顺利进行。
测试门电路有静态测试动态测试两种方法。静态测试时,门电路输入端加固定高(H)(L)
电平,用示波器,万用表或发光二级管(LED)测出门电路的输出响应。动态测试时,门电
路的一个输入端加脉冲信号,用示波器观察输入波形和输出波形的同步关系。下面以74LS00
为例简述测试方法。
74LS00为四2输入与非门,与非门的电路如图2-1-1所示。74LS00将4个2输入与非
门封装在一个集成芯片中,共14条引线。使用时必须在第14引脚上加+5V电压,第7引脚
与地接好。整个测试过程包括静态测试、动态测试和主要参数测试三部分。
1.静态逻辑功能测试
静态逻辑功能测试用来检验门电路的真值表,确认门电路逻辑功能是否正确。实验时,
可将74LS00中的一个与非门输入端A、B分别作为输入逻辑变量,加高、低电平,观察输出
电平是否符合2-1-2的与非门真值表。测试电路如图2-1-2所示。实验输入端A、B输入的
电平由数字电路实验箱中的逻辑电平产生电路产生,输出F可直接插至逻辑电平指示电路的
某一路进行显示。
2.动态逻辑功能测试
动态逻辑功能测试输入信号波形和电路图分别如图2-1-3及图2-1-4所示。
动态测试适用于数字系统运行中逻辑功能的检查。测试时,电路输入串行数字信号,用
示波器比较输入与输出信号的波形,以此确定电路的功能。试验时与非门输入端A加1KHz
的脉冲信号Vi,如图2-1-3所示,另一端加上开关信号,观察F输出波形是否符合功能要
求。
组合电路的设计要从给定的逻辑功能要求出发,设计出符合该逻辑功能要求的电路,如
图2-1-5所示。设计步骤如下:
(1)根据设计任务列出真值表;
(2)通过对卡诺图或逻辑表达式的化简,得出最简逻辑表达式;
(3)选择合适的标准器件实现逻辑函数。
2.1.4实验内容
1.对74LS00进行功能测试,按图2-1-2实现静态测试,测试结果与表2-1-2对照,说
明其逻辑功能是否正确;按图2-1-4实现动态测试,画出输入输出同步波形图,并说明
实验所得波形是否符合要求。
(1)静态测试:
仿真图:
74LS00与非门真值表
ABC
001
011
101
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