基本逻辑门电路实验原理

出处:iris999 发布于:2008-09-18 11:11:08

  1.正负逻辑的概念

  在数字电路中,逻辑“1”与逻辑“0”可表示两种不同电平的取值,根据实际取值的不同,有正、负逻 辑之分。正逻辑中,高电平用逻辑“1”表示,低电平用逻辑“0”表示;负逻辑中,高电平用逻辑“0” 表示,低电平用逻辑“1”表示。

  2.门电路的基本功能

  数字电路中的四种基本操作是与、或、非及触发器操作,前三种为组合电路,后一种为时序电路。与非 、或非和异或的操作仍然是与、或、非的基本操作。与、或、非、与非、或非和异或等基本逻辑门电路为 常用的门电路,它们的逻辑符号、逻辑表达式和真值表均列于表1中,应熟练掌握。

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表1 常用门电路逻辑符号及逻辑功能

  3.数字集成电路的引脚识别及型号识别

  (1)引脚识别

  集成电路的每一个引脚各对应一个脚码,每个脚码所表示的阿拉伯数字(如1,2,3,…)是该集成电路物理引脚的排列次序。使用器件时,应在手册中了解每个引脚的作用和每个引脚的物理位置,以保证正确地使用和连线。每个双列直插式集成电路都有定位标识,以帮助使用者确定脚码为1的引脚。从图1可见,定位标识有半圆和圆点两种表达形式,靠近定位标识的引脚规定为物理引脚的第1脚,脚码为1,其他引脚的排列次序及脚码按逆时针方向依次加1递增。


图1  数字集成电路的脚码及型号

  (2)型号识别

  如图1所示,每一个TTL数字集成电路上都印有该器件的型号,国标的TTL命名示例如下。

  图标示例: C   T   74LS04 C(或M) J(或D或P或F)

                   ①  ②    ③       ④          ⑤

  说明:①C:中国;②T:TTL集成电路;③74:国际通用74系列(如果是54,则表示国际通用54系列),LS:低功耗肖特基电路,04:器件序号(04为六反相器);④C:商用级(工作温度0~70'C),M:-55~125°C(只出现在54系列);⑤J:黑瓷低熔玻璃双列直插封装,D:多层陶瓷双列直插封装,P:塑料双列直插封装,F:多层陶瓷扁平封装。

  如果将型号中的CT换为国外厂商缩写字母,则表示该器件为国外相应产品的同类型号。例如,SN表示美国得克萨斯公司,DM表示美国半导体公司,MC表示美国摩托罗拉公司,HD表示日本日立公司。

  集成电路元件型号的下方有一组表示年、周数生产日期的阿拉伯数字,注意不要将元件型号与生产日期混淆。

  4.实验中所用的门电路引脚图

  74LS00 (⊥弓昌卜门), 74LS02 (豆戈爿|门), 74LS04 (芎卜门), 74LS08 (⊥弓门), 74LS32 (厦戈门),74LS86(异或门)的外部引脚参看附录“部分集成电路引脚图”中的内容。

  5.门电路功能验证方法

  为了验证某一种门电路功能,首先选定元件型号,并正确连接好元件的工作电压端。选定某种“逻辑电平输出”电路,该电路应具有多个输出端,每个端都可以独立提供逻辑“0”和“1”两种状态,将被测门电路的每个输入端分别连接到“逻辑电平输出”电路的每个输出端。选定某种具有可以显示逻辑状态“0”或“1”的电路,将被测门电路的输出端连接到这种电路的输入端上。确定连线无误后,可以上电实验,并记录实验数据,分析结果。

  在“RTDZ-4电子技术综合实验台”上以测试74LS08与门功能为例,测试74LS08与门功能就是验证该门电路的真值表。测试电路如图2所示。首先将电子技术实验台上的RTDZ05号板的“+5 V”和“⊥”端分别对应接至实验台的5V直流电源输出端的“+5V”和“⊥”端处,保证RTDZ05号板上的电路被提供5 V工作电压。


图2 门电路功能验证连线图

  74LS08的14脚和7脚同样分别接到实验台的5V直流电源输出端的“+5V”和“⊥”端处,连接好集成电路工作电压。TTL数字集成电路的工作电压为5V(实验允许±5%的误差),究竟哪一个引脚应接电源,需查阅该器件手册或该器件外部引脚排列图。

  A,B为被测与门的两个输入端,分别接RTDZ-5板的“十六位逻辑电平输出”端,该板有16个逻辑电平输出端,每个端均可分别输出TTL逻辑高电平或低电平,使用时可以任选两个输出端。Y为与门输出端,接 “十六位逻辑电平输入及高电平显示”输入端,用于显示门电路的输出状态。实验连线如图⒋2所示,当S,接“⊥”时,A端为逻辑“0”;当S,接“+5 V”时,A端为逻辑“1”。由于S1,S2共有四种开关位置的组合,对应了被测电路的四种输入逻辑状态,即00,01,10,II,因而可以改变S,,S,开关的位置,观察“十六位逻辑电平输入及高电平显示”电路中的LED的亮(表示“I”)和灭(表示“0”),以真值表的形式记录被测门电路的输出逻辑状态。表格形式如表所示。


表 74LS08与门功能测试记录

  比较实测值与理论值,比较结果一致,说明被测门的功能是正确的,门电路完好。如果实测值与理论值不一致,应检查集成电路的工作电压是否正常,实验连线是否正确,判断门电路是否损坏。

  6.故障排除方法

  在门电路组成的组合电路中,若输入一组固定不变的逻辑状态,则电路的输出端应按照电路的逻辑关系输出一组正确结果。若存在输出状态与理论值不符的情况,则必须进行查找和排除故障 的工作,方法如下:

  首先用万用表(直流电压挡)测所使用的集成电路的工作电压,确定工作电压是否为正常的电源电压( TTL集成电路的工作电压为5V,实验中4.15~5.25V也算正常),工作电压正常后再进行下一步工作。

  根据电路输入变量的个数,给定一组固定不变的输入状态,用所学的知识正确判断此时该电路的输出状 态,并用万用表逐一测量输入、输出各点的电压。逻辑“1”或逻辑“0”的电平必须在规定的逻辑电平范 围内才算正确,如果不符,则可判断故障所在。通党出现的故障有集成电路无工作电压,连线接错位置, 连接短路、断路。

  7.TTL集成电路的使用注意事项

  (1)接插集成块时,认清定位标识,不允许插错。

  (2)工作电压5V,电源极性不允许反接。

  (3)闲置输入端处理。

  ①悬空。相当于正逻辑“1”,TTL门电路的闲置端允许悬空处理。中规模以上电路和CMOS电路不允许悬 空。

  ②根据对输入闲置端的状态要求,可以在Ucc与闲置端之间串入一个1~10 kΩ电阻或直接接Ucc,此时 相当于接逻辑“1”。也可以直接接地,此时相当于接逻辑“0”。

  ③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R≤680Ω(关门电阻)时,输入 端相当于接逻辑“0”;当R≥4.7 kΩ(开门电阻)时,输入端相当于接逻辑“1”。对于不同系列器件, 其开门电阻RON与关门电阻ROFF的阻值是不同的。

  ④除三态门(TS)和集电极开路(OC)门之外,输出端不允许并联使用。

  ⑤输出不允许直接接地和接电源,但允许经过一个电阻R后,再接到直流+5V,R取3~5.1 kΩ。

  



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