實驗五集成邏輯電路的連接和驅動

1、 數(shù)字電路實驗五 集成邏輯電路的連接和驅動一、 實驗目的1. 了解TTL門電路的輸出特性。2. 了解CMOS門電路的輸出特性。3. 掌握集成邏輯電路相互銜接時應遵守的規(guī)則和實際銜接方法。二、 實驗原理1、TTL電路輸入輸出電路性質當輸入端為高電平時，輸入電流是反向二極管的漏電流，電流極小。其方向是從外部流入輸入端。當輸入端處于低電平時，電流由電源VCC經內部電路流出輸入端，電流較大，當與上一級電路銜接時，將決定上級電路應具的負載能力。高電平輸出電壓在負載不大時為3.5V左右。低電平輸出時，允許后級電路灌入電流，隨著灌入電流的增加，輸出低電平將升高，一般LS系列TTL電路允許灌入8mA電流，即可

2、吸收后級20個LS系列標準門的灌入電流。最大允許低電平輸出電壓為0.4V。2、CMOS電路輸入輸出電路性質一般CC系列的輸入阻抗可高達1010，輸入電容在5pf以下，輸入高電平通常要求在3.5V以上，輸入低電平通常為1.5V以下。因CMOS電路的輸出結構具有對稱性，故對高低電平具有相同的輸出能力，負載能力較小，僅可驅動少量的CMOS電路。當輸出端負載很輕時，輸出高電平將十分接近電源電壓；輸出低電平時將十分接近地電位。在高速CMOS電路54/74HC系列中的一個子系列54/74HCT，其輸入電平與TTL電路完全相同，因此在相互取代時，不需考慮電平的匹配問題。3、 集成邏輯電路的銜接在實際的數(shù)字電

3、路系統(tǒng)中總是將一定數(shù)量的集成邏輯電路按需要前后連接起來。這時，前級電路的輸出將與后級電路的輸入相連并驅動后級電路工作。這就存在著電平的配合和負載能力這兩個需要妥善解決的問題?？捎孟铝袔讉€表達式來說明連接時所要滿足的條件：VOH（前級）ViH（后級） VOL（前級）ViL（后級）IOH（前級）n×IiH（后級） IOL（前級）n×IiL（后級） n為后級門的數(shù)目（1）TTL與TTL的連接TTL集成邏輯電路的所有系列，由于電路結構形式相同，電平配合比較方便，不需要外接元件可直接連接，主要的限制是受低電平時負載能力的限制。表5-1列出了74系列TTL電路的扇出系數(shù)。（2）TTL驅

4、動CMOS電路TTL電路驅動CMOS電路時，由于CMOS電路的輸入阻抗高，故此驅動電流一般不會受到限制， 但在電平配合問題上，低電平是可以的，高電平時有困難，因為TTL電路在空載時，輸出高電平通常低于CMOS電路對輸入高電平的要求， 因此為保證TTL輸出高電平時，后級的CMOS電路能可靠工作，通常要外接一個提拉電阻R，如圖5-1所示，使輸出高電平達到3.5V以上，R的取值為26.2K較合適，這時TTL后級的CMOS電路的數(shù)目實際上是沒有什么限制的。（3）CMOS驅動TTL電路圖5-1 TTL電路驅動CMOS電路CMOS的輸出電平能滿足TTL對輸入電平的要求，而驅動電流將受限制，主要是低電平時的

5、負載能力。表5-2列出了一般CMOS電路驅動TTL電路扇出系數(shù)，從表中可見，除了74HC系列外的其它CMOS電路驅動TTL的都較低。表5-2LS-TTLL-TTLTTLASL-TTLCC4001B系列1 2 0 2MC14001B系列 1 2 0 2MM74HC及74HCT系列 10 20 2 20既要使用此系列又要提高其驅動能力時，可采用以下兩種方法：a)采用CMOS驅動器，如CC4049，CC4050是專為給出較大驅動能力而設計的CMOS電路。b)將幾個同功能的CMOS電路并聯(lián)使用，即將其輸入端并聯(lián)，輸出端并聯(lián)（TTL電路是不允許并聯(lián)的）。（4）CMOS與CMOS的銜接CMOS電路之間的連

6、接十分方便，不需另加外接元件。對直流參數(shù)來講，一個CMOS電路可帶動的CMOS電路數(shù)量是不受限制的，但在實際使用時，應當考慮后級門輸入電容對前級門的傳輸速度的影響，電容太大時，傳輸速度要下降，因此在高速使用時要從負載電容來考慮，例如CC4000T系列。CMOS電路在10MHz以上速度運用時應限制在20個門以下。三、 實驗設備與器件 1、數(shù)字邏輯電路實驗箱。 2、數(shù)字邏輯電路實驗箱擴展板。3、數(shù)字萬用表。 4、芯片74LS00、74LS04，CC4001、74HC00。 5、100、470、3K電阻，1K、47K、10K可調電位器。四、實驗內容及實驗步驟1. 測試TTL電路74LS00及CMOS

7、電路CC4001的輸出特性將數(shù)字邏輯電路實驗箱擴展板插在實驗箱相應位置，并固定好，找一個14PIN的插座插上芯片74LS00（CC4001），并在14PIN插座的第7腳接上實驗箱的地（GND），第14腳接上電源（VCC）。測試電路如圖5-3所示，圖中以與非門74LS00為例畫出了高、低電平兩種輸出狀態(tài)下輸出特性的測量方法。改變電位器RW的阻值，從而獲得輸出輸出特性曲線，R為限流電阻。（1） 測試TTL電路74LS00的輸出特性插入74LS00，R取100，高電平輸出時，RW取10K，高電平測試時應測量空載到最小允許高電平(2.7V)之間的一系列點；低電平測試時應測量空載到最大允許低電平（0.4

8、V）之間的系列點。 圖5-2（a） 圖5-2（b） 圖5-2 與非門輸出特性測試電路（2）測試CMOS電路CC4001的輸出特性測試時R取為470，RW取4.7K。高電平測試時應測量從空載到輸出電平降到4.6V為止的一系列點；低電平測試時應測量從空載到輸出電平升到0.4V為止的一系列點。2 TTL電路驅動CMOS電路（芯片的連接方法類似實驗內容1，這里要用到2個14PIN的插座）用74LS00的一個門來驅動CC4001的四個門，實驗電路如圖5-1，R取3K。測量連接3K與不連接3K電阻時的邏輯功能及74LS00的輸出高低電平，及CC4001的邏輯功能。3. CMOS電路驅動TTL電路（芯片的連接方法類似實驗內容2）電路如圖5-3所示，被驅動的電路用74LS04的6個門并聯(lián)。電路的輸入端接邏輯開關輸出插口，6個輸出分別接邏輯電平顯示的輸入插口。先用CC4001的一個門來驅動，觀測CC4001的輸出電平和74LS04的輸出邏輯功能。然后將CC4001的其余三個門，一個個并聯(lián)到第一個門上(輸入與輸入并聯(lián)，輸出與輸出并聯(lián))，分別觀察CMOS的輸出電平及74LS04的邏輯功能。最后用1/4 74HC00代替1/4CC4001，測試其輸出電