实验一 TTL集成逻辑门的测试与仪器的使用
一、实验目的
1．掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数测试方法。 2．掌握TTL器件的使用规则
3．熟悉数字电路实验箱的结构，基本功能和使用方法。 4．进一步熟悉实验仪器仪表的使用
二、实验原理
本实验采用4输入双与非门74LS20，即在一块集成块内含有两个互相独立的与非门，每个与非门有四个输入端。其逻辑符号及引脚排列如图1(a)、1(b)、1(c)所示。
图1(a) 图1(b) 图1(c)
原电子工业部标准 国家标准（GB） 74LS20引脚排列 （SJ）逻辑符号 逻辑符号
1.与非门的逻辑功能
与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平（即有“0”得“l”，全“1”得“0”。）
其逻辑表达式为Y＝AB??? 2.TTL与非门的主要参数
（l）低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH。
与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。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。ICCH是指输出端空载，每个门各有一个以上的输入端接地，电源提供器件的电流。通常ICCL＞ICCH，它们的大小标志着器件静态功耗的大小。器件最大的功耗为PCCL=VCCLICCL。手册中提供的电源电流和功耗值是指整个器件总的源电流和总的功耗。ICCL和ICCH测试电路如图2（a）、（b）所示。
[注意]: TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCC只允许在?5v?10%的范围内工作，超过5.5v将损坏器件；低于4.5v器件的逻辑功能将不正常。
图 2 TTL与非门静态参数测试电路图
（2）低电平输入电流IiL与高电平输入电流IiH
IiL是指被测输入端接地，其余输入端悬空时，由被测输入端流出的电流值。在多级门电路中， IiL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门的灌负载能力，即直接影响前级门电路带负载的个数，因此希望IiL小些。
IiH是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，流入被测输入端的电流值。在多级门电路中，它相当于前级门输出高电平时，前级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，希望IiH小些。由于IiH较小，难以测量，一般免于测试。
IiL与IiH的测试电路如图2（c）、（d）所示。 （3）扇出系数N0
N0是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数，TTL与非门有两种不同性质的负载，即灌电流负载和拉电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数N0L和高电平扇出系数N0H。通常IiH＜IiL，所以 N0H＞N0L，故常以N0L作为门的扇出系数。
N0L的测试电路如图3所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载RL,调节，RL使灌电流达最大值I0L(即U0L增至手册中规定的低电平规范值0.4V),则
N0L＝
I0L 通常N0L?8 IiL
图3 散出系数试测电路
（4）电压传输特性
门的输出电压U0随输入电压Ui而变化的曲线U0＝f（Ui）称为门的电压传输特性，通过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平U0H、输出低电平U0L、关门电平U0ff、开门电平U0N、阀值电平UT及抗干扰容限UNL、UNH等值。测试电路如图4所示，采用逐点测试法，即调节RW，逐点测得Ui及U0，然后绘成曲线。
图4
〈5〉平均传输延迟时间tpd
tpd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5Um至输入波形对应边0.5Um点的时间间隔，如图5所示。
（a）传输延迟特性 （b）tpd的测试电路
图5 平均传输延迟时间的测量
图5（a）中的tpdL为导通延迟时间，tpdH为截止延迟时间平均传输延时时间为
tpd＝
1（tpdL＋tpdH） 2tpd测试电路如图5（b）所示，由于TTL门电路的延迟时间较小，直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较高，故实验采用测量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期T来求得。其工作原理是：假设电路在接通电源后某一瞬间，电路中的A点为逻辑“1”，经过三级门的延时后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”;再经过三级门的延时后，A点电平又重新回到逻辑“1”。电路的其它各点电平也跟随变化。说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过6级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为
tpd＝
T 6三、实验设备与器材
1、数字电路实验箱 3、万用表
5、电位器1K，10K各一个
2、双踪示波器 4、74LS20×2
6、电阻（0.5W）200Ω×1
四、实验内容
在合适的位置选取一个14P插座，并接好线，如图6所示。 1. 验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能
门的四个输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0”与“1”电平信号，开关向上，输出
逻辑“1”，向下为逻辑“0”。门的输出端接由LED发光二极管组成的0－1指示器的显示插口，LED亮为逻辑“1”，不亮为逻辑“0”。按表1的真值表逐个测试集成块中一个与非门的逻辑功能。
图6
表1
输 入 A1 1 0 1 1 1
2. 74LS20主要参数的测试
(1)分别按图2、图3、图5（b）接线，将测试结果记入表2中。 表2 ICCL（mA） ICCH(mA) IiL(μA) IOL(mA) B1 1 1 0 1 1 C11 1 1 0 1 D1 1 1 1 1 0 输 出 Y1 0 1 1 1 1 IN0L＝0L IiL tpd＝T 6(ns) 0.8—1.2
0.36 200 10 50/6 (2)按图4接线，调节电位器RW,使Ui从0V向高电平变化，逐点测量Ui和U0的对应值，记入表3中。 表3
Ui (V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.85 0.9 0.95 1.0 1.1 1.2 1.5 ?? U0 (V)
4 4 3.7 3 2.1 0.15 0.1