实验3.2 与非门逻辑功能测试及组成其它门电路
一、实验目的:
1. 熟悉THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱的使用方法。
2. 了解基本门电路逻辑功能测试方法。
3.学会用与非门组成其它逻辑门的方法。
二、实验准备:
1. 集成逻辑门有许多种,如:与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、OC门、TS门等等。但其中与非门用途最广,用与非门可以组成其它许多逻辑门。
要实现其它逻辑门的功能,只要将该门的逻辑
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达式化成与非-与非表达式,然后用多个与非门连接起来就可以达到目的。例如,要实现或门Y=A+B,根据摩根定律,或门的逻辑函数表达式可以写成:Y=
,可用三个与非门连接实现。
集成逻辑门还可以组成许多应用电路,比如利用与非门组成时钟脉冲源电路就是其中一例,它电路简单、频率范围宽、频率稳定。
2. 集成电路与非门简介:
74LS00是“TTL系列”中的与非门,CD4011是“CMOS系列”中的与非门。它们都是四-2输入与非门电路,即在一块集成电路内含有四个独立的与非门。每个与非门有2个输入端。74LS00芯片逻辑框图、符号及引脚排列如图3.2.1(a)、(b)、(c)所示。CD4011芯片引脚排列如图3.2.2所示。
图3.2.1
图3.2.2
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,输出才是低电平(即有“0”得“1”,全“1”得“0”)。其逻辑函数表达式为:
。
TTL电路对电源电压要求比较严,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。
CMOS集成电路是将N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管同时用于一个集成电路中,成为组合两种沟道MOS管性能的更优良的集成电路。CMOS电路的主要优点是:
(1). 功耗低,其静态工作电流在10-9A数量级,是目前所有数字集成电路中最低的,而TTL器件的功耗则大得多。
(2). 高输入阻抗,通常大于1010Ω,远高于TTL器件的输入阻抗。
(3). 接近理想的传输特性,输出高电平可达电源电压的99.9%以上,低电平可达电源电压的0.1%以下,因此输出逻辑电平的摆幅很大,噪声容限很高。
(4). 电源电压范围广,可在+5V~+18V范围内正常运行。
3.集成电路芯片简介:
数字电路实验中所用到的集成电路芯片都是双列直插式的,其引脚排列规则如图3.2.3所示。识别方法是:正对集成电路型号(如74LS00)或看标记(左边的缺口或小圆点标记),从左下角开始按逆时针方向数1、2、3...依次数到最后一脚(在左上角)。在标准型TTL集成电路中,电源端
一般排在左上角,接地端
一般排在右下角。如74LS00为14脚芯片,14脚为
,7脚为
。若芯片引脚上的标号为
,则表示该引脚为空脚,与内部电路不相连。
图3.2.3
集成电路使用注意事项:
(1). 接插集成电路时,要认清定位标记,不得插反。
(2). TTL集成电路电源电压严格控制在+4.5V~+5.5V之间,实验中一般用
= +5V。电源极性绝对不允许接反。CMOS集成电路电源电压允许在+5V~+18V范围内选择,实验中一般也用+5V。
(3). 为使门电路工作稳定,多余闲置的输入端一律不准悬空,闲置的输入端处理方法:与非门接
,或非门接
。
(4). 在连接电路和插拔集成电路时,应先切断电源,严禁带电操作!
三、计算机仿真实验内容:
1. 测与非门的逻辑功能:
(1). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮,从弹出的对话框中选取一个与非门74LS00N,将它放置在电子平台上;单击真实元件工具条的“Source”按钮,将电源
和地线调出放置在电子平台上;单击真实元件工具条的“Basic”按钮,将单刀双掷开关“
”和“
”调出放置在电子平台上,并分别双击“
”和“
”图标,将弹出的对话框的“Key for Switch”栏设置成“
”和“
”,最后点击对话框下方“OK”按钮退出。
(2). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面右侧虚拟仪器工具条“Multimeter”按钮,如图3.2.4左图所示,调出虚拟万用表“XMM1”放置在电子平台上,如图3.2.4右图所示。
图3.2.4
(3). 将所有元件和仪器连成仿真电路如图3.2 5所示。
图3.2 5
(4). 双击虚拟万用表图标“XMM1”,将出现它的放大面板,按下放大面板上的“电压”和“直流”两个按钮,将它用来测量直流电压如图3.2.6所示。
图3.2.6
(5). 打开仿真开关,按表3.2.1所示,分别按动“
”和“
”键,使与非门的两个输入端为表中4 种情况,从虚拟万用表的放大面板上读出各种情况的直流电位,将它们填入表内,并将电位转换成逻辑状态填入表内。
表3.2.1:
输入端
输出端
电位(V)
逻辑状态
0
0
0
0
0
1
5
1
1
0
5
1
1
1
0
0
2.用与非门组成其它功能门电路:
(1). 用与非门组成或门:
1). 根据摩根定律,或门的逻辑函数表达式
可以写成:
,因此,可以用三个与非门构成或门。
2). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮中调出3个与非门74LS00N;从真实元件工具条的“Basic” 按钮中调出2个单刀双掷开关,并分别将它们设置成Key=
和Key=
;从真实元件工具条的“Source”按钮中调出电源和地线;红色指示灯从虚拟元件工具条中调出。
3). 连成或门仿真电路如图3.2.7所示。
图3.2.7
4). 打开仿真开关,按表3.2.2要求,分别按动“
”和“
”,观察并记录指示灯的发光情况,将结果填入表3.2.2中,根据表3.2.2分析是否就是或门电路的真值表。
表3.2.2:
输 入
输 出
指示灯状况
逻辑状态
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
(2). 用与非门组成异或门:
1). 按图3.2.8所示调出元件并组成异或门仿真电路。
2). 打开仿真开关,按表3.2.3要求,分别按动“
”和“
”,观察并记录指示灯的发光情况,将结果填入表3.2.3中。
3). 写出图3.2.8中各个与非门输出端的逻辑函数式,最终是否与异或门的逻辑函数式相符。
图3.2.8
表3.2.3:
输 入
输 出
指示灯状况
逻辑状态
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
(3). 用与非门组成同或门:
1). 按图3.2.9所示调出元件并组成同或门仿真电路。
2). 打开仿真开关,按表3.2.4要求,分别按动“
”和“
”,观察并记录指示灯的发光情况,将结果填入表3.2.4中。
3). 写出图3.2.9中各个与非门输出端的逻辑函数式,最终是否与同或门的逻辑函数式相符。
图3.2.9
表3.2.4:
输 入
输 出
指示灯状况
逻辑状态
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
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