1、30实验十二 与非门、加法器、减法器、数码比较器实验一、 实验目的1 熟悉 TTL 与非门工作原理和逻辑功能。2 熟悉 TTL 与非门外型和管脚引线排列。3 握半加器、半减器、全加器、全减器、数码比较器等基本组合逻辑电路的逻辑功能。4 习利用给定的器件设计、调试组合逻辑电路的方法。二、 实验仪器：实验板（含相关芯片、发光二极管等） 1 块示波器 1 台信号发生器 1 台万用表 1 只直流电源 1 台三、 实验原理图：其它的电路图，如半加器电路图不赘述。四、 主要芯片及电路真值表：74LS00 逻辑功能表输入 输出0 0 10 1 11 0 11 1 031半加器逻辑功能 半减器逻辑功能 输入
2、输出A B S Ci0 0 0 00 1 1 01 0 1 01 1 0 1五、 实验内容及步骤：1TTL 与非门以及数字电路的基础相关知识：首先介绍一下 TTL 与非门的基本工作原理，如上图所示，输入端为一个双发射极三极管，而 T4/T5 作为两个三极管做开关使用。当 A 和 B 只要有一个为低电平时，输入端的三极管就会导通，这样 T2 截至，于是 T3,T4导通，而 T5 截至，所以输出端（T4/T5 公共端）输出电压，而电压的大小由于 T5 不导通，所以应该等于输入 VCC；对于 A,B 同时为高电平的状况刚好相反， T4 不导通、T5 导通，所以输出低电平。列出真值表可以发现正好是一个
3、与非门，要注意的是上图只是一个基本原理图，实际集成芯片中还有一些辅助电路。接下来，虽然 74LS00 的性能测试不做了，但是还是进行介绍。首先是传输特性的介绍，主要是讲述我们所画的方波都是理想的方波，74LS00 的传输特性也是一样，其实在实际电路工作中，与非门电平的转换是需要时间的，而且由于三极管导通截至的特性，可以知道是如书上图的一个传输特性曲线，由于现在的集成电路制造工艺的上升，我们在一般情况下很难测出这条曲线了，所以不再做该实验。对于扇出系数，在做电子电路系统设计时，只要使用了小规模集成的芯片，就会碰到该问题，对于 TTL 集成电路现在一般大约是 7 个同类门。另外我们在看书上 150
4、 页的74LS00 管脚图时，可以看到有一个 CT4000，这是 CMOS 集成工艺的与非门。可以大概记住它们的命民规则。在这里比较一下 CMOS 与 TTL 的区别。CMOS 电路的最大特点是耗功率小，阻抗很高，但是要注意 CMOS 电路的引脚在悬空时，是不定态，而 TTL 电路悬空则为高电平，但在实际应用中，要求必须接好，而不能悬空。而 CMOS 的最大缺点就是工作速度低，我们知道在电子电路中对功耗和工作速度都是要求很高的，所以要注意调节，但是一般情况下都尽量只选择一种。一个 TTL 电路一般可以驱动 4 个 CMOS 电路，反之也一样。对于其他所有数字电路的设计，甚至包括单片机等 CPU
5、 都要注意它的驱动能力。TTL 电路也不是只有一种型号，出 74LS00 外，还有 7400、74L00、74H00、74F00等，可以看到区别在与泄放回路的不同，当然后两者还有其它的一些改进。常用的是74ls00、74f00、74h00，区别主要在于三者的工作速度不同，74ls00 最慢，74h00 最快，相差有几十个纳秒，在实际应用中要注意考虑。一般都只选用一种。与非门的外特性很简单，看真值表就可以了。2在这里强调，输入直流电源不要才用右边的双路正负输出的，而是采用左边 5V 和输入 输出A B D Ci0 0 0 00 1 1 11 0 1 01 1 0 032COM2 输出。输出的方波
6、也不要采用最有下角的 function 输出，而是用 TTL 输出（固定好为正 5V 方波） 。强调我们已经进入数字电路的学习，所以不在记录电压的大小，而是记录它们的逻辑值，也就是只有“0” 或“1” ，一般只要这样记录即可。在做真值表时，要求像书上一样，按“000” 、 “001”“111”的顺序排列，以便于观察。3符号介绍：由于电子技术的发展和更新，现在都使用新的符号来表示与非门、或非门等等，在这里将给予介绍。4强调在使用数字集成电路芯片时，做的第一件事就是查看它的引脚图，所以一定要学会读它们的引脚图，并了解它们的意义，其次对于组合电路，看真值表，时序电路查看状态转换图。在电平控制引脚表示
7、中，画一个小圆圈或者在符号上画一横表示低电平有效，对于时钟信号，则用小圆圈表示下降沿有效，没有表示上升沿有效。5该实验基本都是已经学过的实验原理，所以不详细介绍，如果是未学过数字电子的则简单介绍。主要需要介绍的是半加器是指没有进位信号输入的，全加器是有的。同时模式控制的作用和与或非门的使用也简单说一下。最后对于最后一个设计要求一定需要是高电平有效，因为书上的是低电平有效的，以提起注意。在实验中，要求电源接入一定要从右下角的实验电路板上接入电源，因为发光二极管的发光需要用到这个电源。同时输出要用二极管观测，对于波形的就不用了，只要用示波器就可以了。对于按钮因为实验板上的不大好使用，可以直接接到电
8、源上看。在实验中强调，电源不要忘记接入。这是很常见的错误。芯片的引脚读法与 uA741 一样，这里重新说一次，同时，在芯片上有该芯片的名称。至于 SN 之类的文字主要是标识标准和厂家等、无须注意。有多余时间则要求设计三人表决电路并调试。六、 实验结果：1. TTL 与非门静态逻辑功能测试：YA nand B，真值表如上文给出。2半加器、半减器、全加器、可控半加/半减器：所得皆为真值表，其中前二者前面已经给出。全加器逻辑功能输入 输出A B Ci-1 S Ci0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 1305 二进制数码比较器：是一个设计性实验。一般的设计结果可以参看原理书，注意书上是低电平有效的。
