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1、数字电路实验,课程类别:专业基础课,适用专业与学时学分:,实验教学目的,实验方式与基本要求,实验课程内容,实验成绩与考核,实验中应注意的问题,故障检测与排除,实验教学目的,本实验课是大学有关理工类专业一门重要基础实践教学课。该实验课重在培养学生数字电路的实践技能,不仅要求学生完成基本实验、综合实验,还要学会设计中小型数字系统的工程方法,并能独立完成调试过程。 目的是使学生更好地巩固和加深对理论知识的理解,增强学生理论联系实际的能力,提高学生的工程素质,通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新,为专业课的学习和今后工作打下良好的基础。,实验方式,(1)完成实验预习,进入实验室时必须提交本次 实验
2、的预习报告。,(2)由指导教师讲解实验的基本要求、任务、操作 步骤及注意事项。,(3) 在教师的指导下,完成本专业必修的实验项目 和选修的实验项目。,(4) 一人一组独立完成实验项目。,实验基本要求,(1)掌握数字逻辑实验箱等常用仪器的基本原理、功能及其 使用方法。,(2)掌握常用数字集成电路的主要参数及逻辑功能 的基本测试方法、器件优劣的判断。,(3)具有使用仪器查找和排除电路故障的能力, 能根据电路原理对故障现象进行分析, 借助相关仪器,逐步缩小故障范围,排除故障。,(4)通过实验,进一步掌握数字电路的综合分析与设计方法。,实验内容安排 (自动化 、测控通信工程、电子专业适用. 32学时)
3、,实验成绩与考核,(1)学生第一次进入实验室后,按学号顺序与实验台编号依次 固定座次,以后每次实验均按该方法固定自己的实验台。,(2)学生所记录的实验数据等应符合实验教学要求(经教师认 可),评分,记入平时成绩。 学生整理好自己的实验台后方可离开实验室。,(3)未完成实验的学生利用该周星期六和星期天另行补做实验。,(4)指导教师检查预习报告和批改实验报告,评分,记入平时 成绩册,平时成绩占该实验课总成绩的70%。,(5)在完成该教学实验后,安排一次综合性实验考试,考试内 容由学生抽签确定,考试过程中由指导老师当场评分,该 实验考试成绩占实验总成绩的30%。,采用教材,采用教材 电子技术基础实验
4、 电子基础教学实验中心编著 四川大学出版 2005.8,参考资料 数字逻辑毛法尧 高等教育出版社 2000.7 电子技术基础(数字部分)康华光 高等教育出版社 2000.6 数字电子技术基础阎石 高等教育出版社 1998.11 电路与电子学刘淑英等 电子工业出版社 2002.3,实验中应注意的问题,电路设计问题 在数字逻辑电路设计时,应根据要求进行设计。,布线问题 做到认真、合理地布线:,1.设计电路,画出逻辑电路图,并标出各管脚号,将所用芯片 所有端(数据输入,使能、清零、置位等端子)预先标记:接电源、地或外部输入信号等,为实验布线打好基础。,2. 布线时,先将电源和地线接好(包括使能端、清
5、零端等),再 按信号的输入输出关系连好电路,需要经常变换的信号线最后接。,3. 接好后,对照电路图仔细核对后,再打开电源,开始实验测试。,故障检测与排除,用设计好的数字电路进行实验,电路达不到预期的逻辑功能时,如果是组合电路,说明电路没能按真值表工作;如是时序电路,说明电路没能按状态表工作,均表明电路存在故障。 发现和排除故障主要掌握数字电路是一个二元系统(只用“0”和“1”两种状态)的特点,利用“逻辑判断”方法:,1. 完成布线后应检查一遍,以查出漏接和错接的导线。,2. 检查电源是否正常,芯片是否发烫,如是,则立即断电。,3. 用逻辑笔查出断线、引线虚接等。按照电路的逻辑功能,分别检查各级
6、电路的输入输出是否正常。,4. 对于有故障的多级电路,为减少调测工作量,可将可疑范围分成两个区,分别检测。,5. 如果怀疑芯片坏了,对于SSI或简单功能的MSI,可以通过测试它的逻辑功能,迅速判断芯片的好坏。,实验箱面板介绍,电源开关,(1)熟悉数字电路实验箱的基本功能和使用方法,进一 步熟悉示波器和数字万用表的使用。,(2)掌握TTL与非门基本电参数的测试方法,了解 TTL集成电路的参数规范。,实验目的,(1)实验器件:TTL芯片74LS00。,(2)实验设备:数字电子技术实验箱1台,双踪示波器1 台,台式万用表。,2. 实验仪器及器件,实验一 电子仪器、TTL芯片,3. 实验原理,门电路特
7、性参数的好坏,在很大程度上影响整个电路工 作的可靠性。 选用TTL74LS00二输入端四与非门进行参数的实验测试, 以掌握门电路主要参数的意义和测试方法。,参数按时间特性分两种:静态参数和动态参数。 静态参数:指电路处于稳定的逻辑状态下测得的各项技术参数, 如门电路的低电平输入电流等; 动态参数:指逻辑状态转换过程中与时间有关的参数,如门电路的 平均传输时间等。,实验一 电子仪器、TTL芯片,实验一 电子仪器、TTL芯片,(1)空载导通功耗 Pon 和 空载截止 功耗 Poff。,Pon:与非门输入端全为高电平时,输出端为低电平且不接负载时的功率损耗,即 Pon = Vcc Iccl,Poff
8、 :与非门输入端至少有一个为低电平时,输出端为高电平且不接负载时的功率损耗,即 Poff = Vcc Icch,Vcc 电源电压;Iccl 导通电源电流; Icch 截止电源电流。,图1 空载导通功耗Pon和空载 截止功耗Poff的测试电路图,实验一 电子仪器、TTL芯片,(2)输入短路电流 IIS,又称低电平输入电流IIL指:一个输入端接地,其他输入端 悬空时,流过该接地输入端的电流。 测试电路如图所示。,(3)输入高电平电流 IIH,指:一个输入端接高电平,其余输入端 接地时,流过该高电平输入端的电流。 测试电路如图所示。,实验一 电子仪器、TTL芯片,(4)输出高电平 VOH,VOH 指
9、:输出不接负载,当与非门有一个以上输入 端为低电平时的电路输出电压值。 测试电路如图所示。,(5)输出低电平 VOL,指:与非门所有输入端均接 高电平时的输出电压值。 测试电路如图所示。,输出高电平 VOH 和 输出低电平 VOL的测试电路图,实验一 电子仪器、TTL芯片,(6)电压传输特性曲线、开门电平 Von 和 关门电平 Voff,保证输出不高于标准低电平USL 时,允许的输入高电平的最小值。称为开门电平Von。 保证输出不小于标准高电平USH 时,允许的输入低电平的最大值。称为关门电平VOFF。,实验一 电子仪器、TTL芯片,(7)平均传输延迟时间 tpd,平均传输延迟时间是衡量器件开
10、关速度的重要指标。一般情况下,低速组件约为40160ns,中速组件tpd 约为1540ns,高速组件tpd 约为815ns,超高速组件 tpd 8ns。 组件平均传输延迟时间的近似计算方法:tpd T/6 ,其中T为用三个门电路组成振荡器的周期。,平均传输延迟时间tpd的测试电路如图所示。,实验一 电子仪器、TTL芯片,4.实验内容及步骤:,TTL与非门参数测试 (1)空载导通功耗 Pon 和 空载截止功耗 Poff 的测试。 读出电流值 IccL 、 IccH 和电压值Vcc,记入 表1 中。 (2) 高电平输入电流 IIH 和 低电平输入电流 IIL 的测试。 读出电流表上显示电流值记入
11、表1 中。 (3) 输出高电平VOH 和 输出低电平VOL 的测试。 读出电压表上显示电压值记入表1中。 (4)电压传输特性曲线,确定开门电平 Von 和关门电平 Voff 。 按测试电路连线,旋转电位器RW,使 Vi 逐渐增大,同时读出Vl 和 V2 值,其中Vl 值为输入电压,V2 为输出电压。 将V1和V2记入表2中,并绘出V1-V2的曲线,即电压传输特性曲线。 (5)平均传输延迟时间 tpd 的测试。 从示波器中读出振荡周期T,用公式算出tpd ,记入表1中。,实验一 电子仪器、TTL芯片,实验一 电子仪器、TTL芯片,实验一 电子仪器、TTL芯片,实验一 电子仪器、TTL芯片,5.实验预习,预习: (1) TTL和CMOS电路的技术规范,了解各参数的含义。 (2) 复习TTL和CMOS各参数的测试方法。 (3) 熟悉TTL与非门的外型结构。,实验一 电子仪器、TTL芯片,6.实验报告,1. 整理测试数据,并与器件规范值比较,进行分析其异同。 2. 根据测试所得数据,绘制电压传输特性曲线,并计算高电平抗干 扰能力和低电平抗干扰能力。 思考题: (1) 为什么TTL与非门的输入端悬空相当于逻辑1电平? (2) 在什么情况下与非门输出高电平或低电平?其电压值分别等于 多少? (3) 集成电路有关引脚规定接“1”电平,在实际电路中为什么不能 悬空,而必须接VCC?,
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