TTL集成门的测试与使用.doc

实验一 TTL集成门的测试与使用、实验目的（1） 掌握TTL与非门、集电极开路门和三态门逻辑功能的测试方法（2） 熟悉TTL与非门、集电极开路门和三态门主要参数的测试方法 、实验原理1. TTL集成与非门实验使用的 TTL与非门74LS020 （或T4020、T0631L1ABC D图1-1四输入与非门的逻辑符号等）是双4输入端与非门，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 4个输入端其逻辑表达式为：Y ABCD其逻辑符号如图1-1所示器件引出端排列图在本章末附录中可查到 所有TTL集成电路使用的电源电压均为 Vcc=+5VTTL与非门的主要参数：（1 ）低电平输出电源电流 lCCL和高电平输出电源电流 IcCH低电平输出电源电流Iccl是指：所有输入端悬空、输出端空载时，电源提供器件的电流高电平输出电源电流 Icch则是指：每个门各有一个以上的输入端接地，输出端空载时 的电源电流通常 IcCL >l CCH2 ）低电平输入电流Iil和高电平输入电流Iih低电平输入电流是指：被测输入端的输入电压 V|l=0.4V,其余输入端悬空时，由被测输 入端流出的电流值高电平输入电流是指： 被测输入端接至+5V电源，其余输入端接地， 流入被测输入端的 电流值。

3）电压传输特性电压传输特性是反映输出电压 Vo与输人电压V|之间关系的特性曲线 从电压传输特性曲线上可以直接读得下述各参数值1） 输出高电平电压值 Voh是指与非门有一个以上输入端接地时的输出电压值当输出接有拉电流负载时 Voh值将下降其允许的最小输出高电平电压值 Voh=2.4V2） 输出低电平电压值 Vol是指与非门的所有输入端悬空时的输出电压值当输出端接有灌电流负载时， Vol值将升高其允许的最大输出低电平电压值 V°l=0.4V3） 最小输入高电平电压值 VlH （min）是指当输入电压大于此值时，输出必为低电平通常 Vih（min）> 2.0V4） 最大输入低电平电压值 Vil（ max）是指当输入电压小于此值时，输出必为高电平通常 ％ （max）三0.8V5） 阀值电压值Vt是指与非门电压传输特性曲线上， Voh （min）与Vol （max）之间迅速变化段中点附近的输入电压值当与非门工作在这一电压附近时， 输入信号的微小变化， 将导致电路状态的迅速改变由于不同系列器件内部电路结构不同，故 Vt疋1.0~1.5V不等6） 高电平直流噪声容限 Vnh和低电平直流嗓声容限 Vnl直流噪声容限是指在最坏条件下， 输入端上所允许的输入电压变化的极限范围。

它表示驱动门输出电压的极限值和负载门所要求的输入电压极限值之差4 ）扇出系数NO是指电路能驱动同类门电路的数目用以衡量电路的负载能力：No=Iol/I ilNo的大小主要受输出低电平时输出端允许灌入的最大负载电流 IolVol随负载电流增加而上升当Vol上升到Vol（ max）时，此时的输出电流Iol就是该电路允许的最大负载电流 式中的Iil应该是同类门允许的最大输入电流值5）平均传输延迟时间tpd传输延迟时间是指输入波形边沿的 0.5Vm点至输出波形对应边沿的 0.5Vm点的时间间隔实验使用的各种与非门的特性参数见表 1-1表中提供的参数规范值是在一定的测试条件下获得的，仅供实验时参照表中使用的 '00, '04、'20是CT系列数字尾数，表示品种代号表中的电流值，以流进器件内部的取正值，流出器件的取负值表 1-1 000、004、020 和 T065、T082、T063 参数规范参数名称符号单位CT1000系列CT4000系列74LS000 系列咼电平输出电源电流000< 8000< 1.674LS065< 141 CCHmA004< 12004< 2.474LS082< 21020< 4020< 0.874LS063< 7低电平输出电源电流000< 22000< 4.474LS065< 281 CCLmA004< 33004< 6.674LS082< 42020< 11020< 2.274LS063< 14咼电平输入电流1 IHA< 40< 20< 50低电平输入电流1 ILmA< |-1.6|< |-0.4|< |-1.6|咼电平输出电流1 ohA< |-400|< |-400|< |-400|低电平输岀电流1 olmA> 16> 8> 12.8输出咼电平电压VohV> 2.4> 2.4> 2.4输出低电平电压VolV< 0.4< 0.4< 0.4平均延迟时间t pdns<18.5< 15< 20(40)2.集电极开路门（Open Collector，又称OC门）集电极开路与非门的电路图与逻辑符号如图 1-2所示。

其输出管T4的集电极是悬空的，工作时需要通过外接负载电阻 Rl接入电源Ec（由于Ec与器件电源 Vcc分开，所以可以任 意选择其电压值，但不可超过器件规定的 T4管的耐压值）图1-2集电极开路与非门由两个与非门（0C）输出端相连组成的电路如图 1-3所示它们的输出:Y=YaYb=人! A2 B/z = Ai A B1B2+屁RJ?2图1-3 0C门的线与应用\—即把两个与非门的输出相与 非的逻辑功能如果由n个0C门线与驱动 载电阻R可以根据线与的与非门 的数目N进行选择为保证输出电平符合逻辑要求, 为Ec —VohRmax =nIcex + N'l IH（称为线与），完成与或N个TTL与非门,则负（0C）数目n和负载门Rl的数值选择范围Ec —VolRmin =丨 LM — NI il式中：Icex —— OC门输出管的截止漏电流（约 50负载门的低电平输入电流负载门的高电平输入电流Ec ――负载电阻所接的外电源电压; n——线与输出的OC门的个数：IILIlH卩A）;lLM ―― 0C门输出管允许的最大负载电流（约20mA）;（w 1.6mA）;（w 50 卩 A）;N ――负载门的个数；N'――接入电路的负载门输入端总个数。

R值的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时， R的取值应接近 Rmin由于集电极开路门具有上述特性，因而获得了广泛的应用，如：1） 利用电路的线与特性方便地完成某些特定的逻辑功能；2） 实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线） ；3） 实现逻辑电平的转换，例如，用 TTL （ OC）门驱动CMOS电路的电平转换3. 三态门（Tristate，又称3S门）三态门除了通常的高电平和低电平两种输出状态外，还有第三种输出状态一一高阻态 处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路图 1-4所示为三态输出门的逻辑符号，它有个控制端（又称使能端）EE=0为正常工作状态，实现Y=A的功能；E=1为禁止工作状态Y输出呈高阻状态这种在控制端加0信号时电路才能正常工作的工作方式称低电平使三态电路主要用途之一是实现总线传输， 即用一个传输通道（称为总线），以选通方式传送多路信息，如图 1-5所示使用时，要求只有需要传输信息的那个三态门的控制端处于使 能状态（E=o），其余各门皆处于禁止状态（ E=i）显然， 若同时有两个或两个以上三态门的控制端处于使能状态， 会出现与普通TTL门线与运用时同样的问题，因而是绝对不允许 的。

三、实验前准备1、 阅读并掌握TTL集成门的参数及测试方法， 了解实验箱的 正确使用方法2、 在附录中查阅74LS020（T4020或T063）器件引出端排列图3、 预习思考题⑴怎样用4输入与非门实现2输入与非功能（即Y= AB）?⑵怎样用4输入与非门实现8输入与非功能（即Y= ABCDEFGH ）?⑶TTL集成电路使用的电源电压是多少伏 ？使用时，如何判断器 件的正方向？若一旦方向反了，将会出现什么现象（以实验使用的 74LS1020为例说明）？⑷为什么说TTL与非门输入端悬空相当于逻辑 1电平？图1-4三态门逻辑符号图1-5总线应用电路图⑸分别说明TTL与非门、或非门和与或非门的各不使用输入端应如何处置⑹两个普通TTL与非门的输出端是否可以直接连在一起使用 ？为什么？四、实验任务1、测量与非门（74LS020）的输入输出逻辑关系，将结果填入表 1-2中逻辑门及其组成电路的静态逻辑功能测试， 就是测试电路的真值表 电路的各输入端由 数据开关提供0与1信号；在输出端，用发光二极管组成的逻辑指示器显示 按真值表逐行 进行由测得的真值表可以对应地画出电路各输入输出端的工作波形图A Be D图1-6四输入与非门的逻辑2、测量图1-7中所示各电路的逻辑功能，并根据测试结果, 写出它们的真值表及逻辑表达式。

图1-7实验任务2电路图ABCDY000000010 10 110 I00110 11 丁0「001010 11 n1「0「011110001001101010 11111001101表1-2四输入与非门逻辑关系表1-2四输入与非门逻辑功能表1111一1 1 1 1 | |3、测量图1-3 OC门的线与逻 辑关系型） I台4、使用74LS125实现如图1-8所示的1bit双向传输总线验 证该电路功能五、实验设备与 器材 .A1、 脉冲示波器（TDS2002 型）I台2、 直流稳压 芒电源（EM17163、 数字电路实验箱（TPE-D6） 1台4、 万用电表及工具 I套5、 主要器材：74LS020 3只；电位器（Ik Q ） I只;150Q、1kQ电阻各1只；图1-8 1bit双向传输总线74LS000、 74LS125、 74LS03 各 1 只六、实验报告要求1、测试各项参数必须附有测试电路图， 记录测试数据, 并对结果进行分析2、 静态传输特性曲线必须画在方格坐标纸上，并贴在相应内容中，从曲线中读得所要求 的数值3、 设计性任务应有设计过程和设计逻辑图，记录实际检测的结果，并进行分析。

七、思考题1、测量扇出系数 NO 的原理是什么？为什么计算中只考虑输出低电平时的负载电流值， 而不考虑输出高电平时的负载电流值？2、 使一只异或门实现非逻辑，电路将如何连接？3、 用最少数量的与非门，设计一个比较电路，能比较两个 1 位二进制数当比较结果处于＜、=或＞时，分别由不同的输出端输出，检测所设计电路的逻辑功能4、 论 TTL 与非门不使用输。