大二學習-數(shù)電實驗

一．實驗目的掌握使用示波器測量二進制脈沖信號的方法掌握測量門電路平均延時時間的方法熟悉集成門電路的邏輯功能和測試方法用QUARTUSII平臺對組合邏輯電路進行仿真，確定其邏輯功能。掌握TTL和CMOS與非門的電壓傳輸特性和部分參數(shù)的測試方法；二、實驗器材TDS-2002數(shù)字示波器DLBS－1型邏輯實驗器三、實驗內(nèi)容必做：門電路輸入輸出信號的測量門電路平均延時間的測試門電路靜態(tài)邏輯功能測試3.CPLD完成組合邏輯電路的仿真選做：非門電壓傳輸特性的測試TTL與非門的輸入、輸出電流測量1.非門輸入輸出信號的測量搭接實驗電路，用示波器觀察并記錄Vi和Vo的波形；測量每路信號的6個波形參數(shù)，各個波形參數(shù)的意義如下圖所示：示波器測量周期性信號步驟：a.調(diào)節(jié)示波器使波形顯示穩(wěn)定。方法一：使用示波器自動設置功能，點自動設置菜單（AUTOSET）按鈕，示波器根據(jù)被測信號的頻率關系自動設定觸發(fā)菜單各個選項，使波形穩(wěn)定顯示。自動設置菜單按鈕方法二：手動調(diào)節(jié)，先點觸發(fā)菜單按鈕，打開觸發(fā)菜單，若測量單路信號，觸發(fā)信號源選擇被測信號所連接的通道。測 信號時若 信號頻率相同，可將任意一路設為觸發(fā)信號源，若 信號的頻率不同，則必須選擇頻率低的一路信號為觸發(fā)信號源。調(diào)節(jié)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)旋鈕，把觸發(fā)電平設定在觸發(fā)信號的最小值和最大值區(qū)間里的任意一個值即可。觸發(fā)電平調(diào)節(jié)旋鈕觸發(fā)菜單按鈕觸發(fā)菜單觸發(fā)信號源觸發(fā)電平光標觸發(fā)電平指示值b.

通道菜單設置率選必須與探頭上衰減開關所選系數(shù)

致 測頻率低于100K的數(shù)字信號通道1菜單按鈕通道2菜單按鈕分別點CH1和CH2

MANU按鈕打開兩個通道通道菜單，耦合方式選擇“直流”，探頭倍般選擇1×。通道1菜單探頭倍率通道菜單還有隱藏波形的功能，若不想顯示CH2的波形，可以點兩次

CH2

MANU，這時CH2波形被隱藏，要重新顯示CH2波形，只需再點一次

CH2MANU菜單。衰減開關c.采樣方式的選擇減少外界干擾信號對測量值的影響，可使用數(shù)字示波器獨有的平均值采樣方式點采樣菜單按鈕，打開采樣菜單，選擇“平均值”，平均次數(shù)“128”，這時觀察到的波（注意：選擇完采樣方式后不能再按AUTOSET按鈕，否則系統(tǒng)將自動改變采樣方式）采樣菜單按鈕d.

波形的縮放和移動垂直方向拉伸波形：順時針調(diào)節(jié)垂直靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，垂直方向每格電壓指示值變小。垂直方向壓縮波形：反時針調(diào)節(jié)垂直靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，垂直方向每格電壓指示值變大。調(diào)節(jié)過程中，每格電壓×波形垂直占格數(shù)的乘積保持不變上下移動波形：調(diào)節(jié)相應通道垂直位移調(diào)節(jié)旋鈕水平方向拉伸波形：順時針調(diào)節(jié)掃描速率調(diào)節(jié)旋鈕，水平方向每格時間指示值變小。水平方向壓縮波形：反時針調(diào)節(jié)掃描速率調(diào)節(jié)旋鈕，水平方向每格時間指示值變大。調(diào)節(jié)過程中，每格時間×波形每周期占格數(shù)的乘積保持不變上下移動波形：調(diào)節(jié)水平位移調(diào)節(jié)旋鈕（垂直控制面板水平控制面板CH1CH2垂直位移調(diào)節(jié)移旋鈕水平位移調(diào)節(jié)旋鈕CH1CH2垂直靈敏度調(diào)節(jié)移旋鈕掃描速率調(diào)節(jié)旋鈕CH1垂直方向每格單位電壓CH2垂直方向每格單位電壓水平方向每格單位時間e.用測量（MEASURE）菜單測量參數(shù)。要測量的6個參數(shù)中，周期、頻率、正頻寬和峰峰值4個參數(shù)可以通過示波器測量菜單直接讀出。點擊MEASURE按鈕，激活測量菜單，點擊選項1按鈕，打開測量1菜單，“信源”選擇被測信號連接的通道，分別選擇周期

頻率

正頻寬和峰峰值，把測量值記下來測量1菜單

測量菜單按鈕被測信號通道選項1按鈕測量類型測量值f.

用光標（CURSOR）菜單測量VOH和VOL光標菜單按鈕點擊CURSOR菜單按鈕激活光標菜單，“類型”選電壓，信源選擇被測信號的接入通道，這時光標顏色與被測波形一致，“信源”

通道，就會讀出錯誤結(jié)果！分別調(diào)節(jié)兩通道的POSITION旋鈕，將光標1移到被測信號高電平重合位置，光標2移到被測信號低電平重合位置，“光標1”和“光標2”讀數(shù)就是VH和VL測量值。光標菜單測量類型被測信號源光標1位置光標2位置零電平線位置移動光標1和光標2位置VOH測量值VOL測量值CH2探頭CH1探頭結(jié)果分析：2、平均傳輸時間tpd的測試1）測CD4011延遲時間原理分析：信號通過任何一個系統(tǒng)都需要時間即傳輸時間，它的大小與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成電路的器件等因素有關，本次實驗的電路可以看為一個小系統(tǒng)，通過測量Vi與Vo的前沿延遲tpd1和后沿延遲tpd2就可以算得信號通過該系統(tǒng)總的時間為（tpd1+tpd2)/2，因該系統(tǒng)由4個門構(gòu)成故通過每個門的時間平均值

tpd=[（tpd1+tpd2)/2]*(1/4)CH1CH2連接好電路，調(diào)節(jié)示波器，使Vi、Vo信號穩(wěn)定顯示調(diào)節(jié)波形位置和進行垂直方向的縮放，使波形基于示波器中央刻度線上下對稱前沿50%幅度點后沿50%幅度點順時針調(diào)節(jié)掃描速率旋鈕，使 波形橫向拉伸，使沿的時間差顯示明顯，便于測量。波形上升掃描速率旋鈕調(diào)出示波器“光標”功能，“類型”選擇

“時間”，將兩根光標分別移動到Vi、Vo過刻度線的位置即50%幅度點，從菜單的“增量”讀出前沿延時tpd1的測量結(jié)果調(diào)出

波形的下降沿（可利用“TRIG

”菜單”中“斜率”的選項——切換為“下降”

）；

波形下降沿即顯示在示波器屏幕

，按前面方法讀出后沿延時tpd2,回去把平均延時時間算出來。3.門電路的邏輯功能測量（

1）靜態(tài)邏輯測試1）2輸入與非門74LS00靜態(tài)測試：必須明確與非門邏輯功能：Y

AB

；Y

(A

B)'

，接線如右圖所示，

電源引腳必須正確連接。分別輸入A、B可能的輸入變量組合，用邏輯指示燈觀察Y。結(jié)果記錄在真值表中，用理論知識分析結(jié)果正確性。2）用上述方法分別測量2輸入與非門CD4011、2輸入或門74LS32（Y

A

B）、2輸入或非門74LS02(Y=(A+B)’)、異或門74LS86（Y

A

B）,注意各個門的邏輯功能，接

線時按照 附錄中各 管腳排列圖準確搭接電路，

記錄實驗結(jié)果并通過理論知識迅速驗證結(jié)果的正確性。4.組合邏輯電路的仿真用QUARTUSII，完成以下電路功能仿真，根據(jù)仿真波形列出真值表并推導出其邏輯表達式的最簡與-或式。1、非門電壓傳輸特性的測量前非門電壓傳輸特性曲線是指非門輸出電壓隨輸入電壓變化的曲線。常用的低功耗肖特基系列TTL門（74LS系列）和CMOS非門的電

壓傳輸特性接近理想開關特性。如右圖所示輸入電壓Vi由0V開始連續(xù)遞增，在沒有達到門檻電平VTH之輸入的邏輯變量相當于邏輯0，非門的輸出Vo保持高電平。當Vi繼續(xù)增加，達到門檻電平VTH后，Vo翻轉(zhuǎn)為低電平。

此時的輸入的邏輯變量相當于邏輯1。本實驗使用與非門實現(xiàn)非門邏輯功能進 試，給它輸入由0V至4V變化的鋸齒波電壓，通過示波器直觀地觀察Vi由0－4V變化時Vi與Vo之間關系。并從圖中讀出3個主要電壓參數(shù)VOH（輸出高電平電壓）、VOL

（輸出低電平電壓

）、VTH（門檻電平、閾值電壓)并記錄下來。2、操作步驟(1)按簡易鋸齒波發(fā)生器原理圖接線，兩輸入的與非門分別是

TTL門74LS00和CMOS門CD4011。(2)接線完成，檢查無誤后，點擊示波器AUTOSET按鈕觀察波形，此時示波器工作在YT方式下，CH1是與非門輸入的近似鋸齒波，（峰峰值必須達到4伏）CH2是與非門輸出的

。將示波器調(diào)節(jié)到XY工作方式(1)先將波形調(diào)穩(wěn)定，分別調(diào)節(jié)兩通道的位移旋鈕，將 波形的位移調(diào)為0。此時XY方式的坐標原點就位于波形顯示區(qū)的中心點。(2)點擊DISPLAY按鈕，打開顯示菜單，將“格式”設為“XY”, “持續(xù)”設為“關閉此時示波器工作在XY作圖的方式，CH1（Vi）對應X軸（橫軸），CH2（Vo）對應Y軸（縱軸）。分別調(diào)節(jié)CH1和CH2的”VOL/DIV旋鈕，使波形大小適中。觀察描繪波形，測出特征量坐標紙先畫好坐標軸，定好刻度，將示波器中的傳輸特性曲線描繪在坐標紙上，從曲線中讀出VOH（輸出高電平電壓）、VOL

（輸出低電平電壓）、VTH（閾值電壓)TTL門的VTH為轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應的輸入值；CMOS門的傳輸特性近似于理想開關特性，其VTH的值為轉(zhuǎn)折區(qū)對應的輸入的值。上圖中：TTL門的VOH＝2V/div×2.2div=4.4V;VOL＝2V/div×0.1div=0.2VVTH=1V/div×1.1div=1.1V；CMOS門：VOH＝2V/div×2.5div=5V.VOL＝2V/div×0div=0V

VTH＝2V/div×1.4div=2.8V3、TTL與非們的輸入輸出電流測量1）TTL與非們導通電流ICC的測量將萬用表表筆接到毫安接孔，功能開關打到毫安檔最大量程，根據(jù)原理圖搭好電路，根據(jù)初步的測量結(jié)果選擇量程。接線圖：測得的電流為4個門總的靜態(tài)導通電流。2）高電平輸入電流IIH測得的結(jié)果是否為0？結(jié)合理論構(gòu)進行分析。74LS00的結(jié)3）低電