门电路功能测试及组合逻辑电路设计

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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：(2)动态测试仿真：示波器输入输出波形：1.分析测试图2-1-8所示电路的逻辑功能，将测试结果填入表2-1-4的F列中，并写出逻辑表达式。逻辑图：3、设计一个控制楼梯电灯的开关控制器。设楼上楼下各装一个开关，要求两开关均可控制楼梯间的一个电灯。设楼上楼下开关分别用K1、K2表示，1表示开关闭合，0表示开关断开；灯的状态用Y表示，1表示亮，0表示灭，则开关和灯的控制关系可参照表2-1-5所示的真值表。写出逻辑表达式，画出逻辑电路并接线调试，观察输出状态是否正确。由题意知K1、K2是异或的关

7、系仿真图：