【正文】 1KΩ或 12KΩ 紅表筆接地端 各腳對電源端 3KΩ ≈ 0 或≈∞ 黑表筆接其他片腳 這種測試方法的理論依據(jù)可由圖 2 來說明。由圖可見，當(dāng)黑表筆（相當(dāng)于電池正極）接地端，紅表筆接輸入端時，電流如 圖中虛線所示：地→ R5→ BG4 bc 結(jié)→ R4→ R1→ BG1 be 結(jié)→輸入端。這相當(dāng)兩個正向 PN 結(jié)和三個低值電阻的阻值總和，若紅表筆接輸出端時，電流通路如圖 2 中點(diǎn)線所示：地→ R3→ BG5 bc 結(jié)→輸出，這相于一個正向 PN 結(jié)和一個低值電阻之和。這兩條通路的電阻，都是當(dāng)黑表筆接地端呈現(xiàn)低阻值；反之呈現(xiàn)高阻值。 圖 2 用萬用表測量電阻 圖 3 用萬用表測量電壓 用同樣的分析方法不難看出，對電源端和地端，無論表筆正接或反接，總有一個正向 PN結(jié)導(dǎo)通，因而總呈現(xiàn)低阻值 。當(dāng)集成塊損壞時，其內(nèi)部的 PN 結(jié)必有所損壞。因此，與晶體三極管一樣，可以用測量各端直流電阻的方法來判斷 TTL 集成塊的好壞。 還可以通過檢查 TTL 集成塊的好壞。檢查前，除電源和接地端外，要把集成塊各輸入、輸出端從設(shè)備上懸空，然后用萬用表分別測量各輸入端和輸出端的電壓。如測量結(jié)果和表 2相符，則該與非門是正常的，否則有故障，需要進(jìn)一步檢查。 一般說，如測得某一輸入端電壓為 0V，則該輸入與內(nèi)部電路斷路；若電壓超過 2V，則該輸入端出現(xiàn)短路。 這種檢測方法依據(jù)的原理可用圖 3 來解釋。在各個輸入端全部懸空時，相當(dāng)于各輸入端對地間接無窮大的電阻，這時 BG1管的基極電流只能夠通過集電結(jié)流入 BG2管基極，致使 BG2， 8 BG5 管飽和導(dǎo)通。 BG BG BG3 各管基極電值如圖 3 所示。 Vb1= Vbc1+Vbe2 +Vbe2+ Vbe5= + V+ = V 考慮到 BG1 管發(fā)射結(jié)壓降 Vbe= 各輸入端懸空對地電壓應(yīng)是 Ve=Vb1Vbe== 這也是用萬表測得的輸入端電壓值。 表 2 與非門檢測 測量條件 輸入端 輸出端 輸入端全部懸空 — 9 13 布線和故障排除 故障的表現(xiàn)形式 在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，凡是對于一定的輸入信號或輸入序列，不能完成所組成電路應(yīng)有的邏輯功能，不能產(chǎn)生正確輸出信號的現(xiàn)象稱為故障 。 一般說來，在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中主要有器件故障、接線錯誤、設(shè)計(jì)錯誤和測試方法不正確。 1．器件故障 器件故障是指器件失效或器件接插問題引起的故障，表現(xiàn)為器件工作不正常。其中器件失效肯定會引起工作不正常，需要更換一個好器件。器件接插問題，如管腳折斷或者器件的某個（或某些）引腳沒插到插座中等，也會使器件工作不正常。 2．接線錯誤 在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，大約 70%以上的故障是由接線錯誤引起的。常見的接線錯誤包括接器件的電源、連線與插孔接觸不良；連線經(jīng)多次使用后，有可能外面塑料包皮完好，但內(nèi)部線斷；連線多接、漏接、錯接；連線過長、過亂造成干擾。接線錯誤造成的現(xiàn)象多種多樣，例如器件的某個功能塊不工作或工作不正常，器件不工作或發(fā)熱，電路中一部分工作狀態(tài)不穩(wěn)定等。 3．設(shè)計(jì)錯誤 設(shè)計(jì)錯誤自然會造成與預(yù)想的結(jié)果不一致。原因是對實(shí)驗(yàn)要求沒有吃透，或者是對所用器件的原理沒有掌握。 4．測試方法不正確 如果不發(fā)生前面所述三種 錯誤，實(shí)驗(yàn)一般會成功。但有時測試方法不正確也會引起觀測錯誤。例如，一個穩(wěn)定的波形，如果用示波器觀測，而示波器沒有同步，則造成波形不穩(wěn)的假象。在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，尤其要學(xué)會正確使用示波器。在對數(shù)字電路測試過程中，由于測試儀器、儀表加到被測電路上后，對被測電路相當(dāng)于一個負(fù)載，因此測試過程中也有可能引起電路本身工作狀態(tài)的改變，這點(diǎn)應(yīng)引起足夠注意。不過，在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，這種現(xiàn)象很少發(fā)生。 布線原則 布線錯誤不僅會引起電路故障，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞集成元件。原則上講，只要經(jīng)過仔細(xì)核查，布線錯誤是不難 得到糾正的。實(shí)踐證明事情并不象想象的那樣簡單，當(dāng)實(shí)驗(yàn)電路稍為復(fù)雜，加之布線方法不合理，是很難通過查對接線糾正布線錯誤的。因此，為了盡可能減少故障，注意布線的合理性和科學(xué)性就是顯得十分必要了。 在布線前，必須首先校準(zhǔn)集成元件兩排管腳距離，使之和實(shí)驗(yàn)通用底板上的插座（或插孔）的行距相等。將集成元件插到底板上時，用力要輕，均勻，不要一下子插緊，待確定集成元件的管腳和插孔位置一致后，再稍用力將其插牢。這樣可避免集成元件管腳彎曲或折斷。 接插集成元件時要認(rèn)清方向，不要插倒。雙列直插式集成元件一般都有定 位標(biāo)記。在實(shí)驗(yàn)時都必須十分小心。 10 布線用導(dǎo)線直徑應(yīng)和通用底板孔直徑相一致，不宜太粗（容易損壞插孔），也不宜過細(xì)（與插扎接觸不好）。導(dǎo)線最好用色線，以示區(qū)別不同用途，如一般習(xí)慣于接電源的導(dǎo)線用深紅色，接地線用黑色等。導(dǎo)線的剝頭不宜太長，也不宜太短，大約 57mm。剝頭部分不要留有刀痕，也不允許彎曲，凡導(dǎo)線剝頭裸露部分不夠光滑的，均應(yīng)剪去重新剝頭。導(dǎo)線插入插孔時，用力不能過猛，以防因?qū)Ь€插入過深，使導(dǎo)線塑料包層插入造成電絕緣。 布線最好有順序地進(jìn)行，不要隨意接線，以免造成漏接。布線時先將固定電平的端點(diǎn) 接好，如電源的正極、地線、門電路的多余輸入端及實(shí)驗(yàn)過程中始終不改變電平的輸入端（如觸發(fā)器的置位 S 端）等。這些連線盡可能短一些，并布在接近電源正極和電源負(fù)極（地線）的位置。這樣不僅不會在布其它導(dǎo)線時無意碰落，布線用導(dǎo)線長度不宜太長，最好貼近通用底板。在布線時，盡量避免導(dǎo)線相互重疊，更不要覆蓋插孔。布線時切忌導(dǎo)線跨越集成塊的上空，無規(guī)則的交錯連接，在空中搭成網(wǎng)狀。正確的方法是導(dǎo)線貼近底板在集成塊周圍走線。布線時切忌在一個插孔內(nèi)插入兩根或兩根以上的導(dǎo)線，以免插孔因插入導(dǎo)線過多而減弱彈性。 11 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)一 門電路參數(shù)測試 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法。 掌握 TTL 集成與非門的功能和主要參數(shù)的測試方法。 熟悉 TTL 集電極開路門（ OC）和三態(tài)門（ TSL）的特點(diǎn)與邏輯功能。 了解上拉電阻 RP 對集電極開路門工作狀態(tài)的影響。 二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 序號 儀器或器件名稱 型號或規(guī)格 數(shù)量 1 數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)箱 1 2 數(shù)字萬用表 1 3 雙蹤示波器 1 4 74LS00 1 5 74LS22 1 6 74LS126 1 7 74LS04 1 三、實(shí)驗(yàn)原理 集成邏輯門電路是最簡單和最基本的數(shù)字集成元件。任何復(fù)雜的組合電路和時序電路都可用邏輯門通過適當(dāng)?shù)慕M合連接而成?；具壿嬤\(yùn)算有與、或、非運(yùn)算，相應(yīng)的基本邏輯門有與、或、非門。目前已有門類齊全的集成門電路，如與非門、或非門、與或非門、異或門等。雖然大、中規(guī)模集成電路相繼問世，但組成某一個系統(tǒng)時，仍少不了各種門電路。 TTL集成電路由于工作速度快、輸出幅度較大、種類多、不易損壞等特點(diǎn)而使用較廣。 圖 11 74LS00 引腳圖 圖 12 74LS00 邏輯符號 OC 門即集電極開路門 ， OC 門是特殊的 TTL 電路，若干個 OC 門的輸出端可并接在一起。而一般普通的 TTL 門電路，由于它的輸出電阻太小，所以它們的輸出不可以并聯(lián)接在一起構(gòu) 12 成“線與”。 通過這次實(shí)驗(yàn)，希望同學(xué)們初步掌握數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的基本方法，學(xué)會查閱器件手冊，學(xué)會邏輯箱的使用，正確掌握操作規(guī)范。 TTL 與非門的參數(shù) 本實(shí)驗(yàn)采用的邏輯門為 TTL雙極型數(shù)字集成邏輯門電路 74LS00，它有四個 2 輸入與非門，外形為雙列直插式，引腳排列如圖 11 所示，邏輯符號如圖 12 所示。輸入為 A、 B 端，輸出為 Y 端， ABY? 。參數(shù)分別有： （ 1） ICCL、 ICCH ICCL 為輸出低電平電源電流，是指實(shí)驗(yàn)門的輸入端全部懸空，該門輸出端空載時電源提供器件的電流； ICCH 為輸出高電平電源電流，是指輸入端至少一個接地，輸出端空載時電源提供器件的電流。注意圖示器件，四個門的電源 VCC引線是連在一起的。 （ 2） IIL、 IIH IIL 為輸入低電平電流，是指一個輸入端接地，其它輸入端懸空，這個輸入端流向接地端的電流； IIH 為輸入高電平電流，是指一個輸入端接高電平 VCC，其它輸入端接地，高電平 VCC流向高電平輸入 端的電流。 TTL 與非門的邏輯功能 根據(jù)與非門的工作原理，輸入端全為高電平時輸出為低電平，否則輸出為高電平。實(shí)驗(yàn)時輸入端的高低電平可由邏輯開關(guān)提供，開關(guān)撥上為邏輯“ 1”，撥下為邏輯“ 0”，輸出可用指示燈顯示，輸出高電平則指示燈亮，低電平則滅，這樣就可觀察指示燈的變化情況確定輸入輸出的邏輯關(guān)系。 集電極開路門（ OC） OC 門工作時，輸出端必須通過一只外接電阻 RL 和電源 Vcc 相連接，以保證輸出電平符合電路要求。由于 OC 門能實(shí)現(xiàn)函數(shù)的線與功能，因而獲得了廣泛的應(yīng)用，如 a) 組成“線與”電路實(shí)現(xiàn)某些特定的邏輯功 能，如圖 13 所示， b) 實(shí)現(xiàn)多路信息的采集，使多路信號共用一個信息通道（總線）。 c) 實(shí)現(xiàn)邏輯電平的轉(zhuǎn)換，以驅(qū)動熒光數(shù)碼管、繼電器、 MOS 器件等各種數(shù)字集成電路。 上拉電阻 RP 應(yīng)選擇在一定范圍內(nèi)，如圖 14 所示，其計(jì)算方法是： RPmax=（ VccVOH） /（ nIOH+mIiH） RPmin=（ VccVOL） /（ ILMNIiiL） 式中： IOH OC 門輸出管截止時（輸出高電平）的漏電流（一般 250μ A） IiH 負(fù)載門的高電平輸入電流 13 ILM OC 門輸出低電平 V 時允許最大灌入的負(fù)載電流（一般 14mA） IiL 負(fù)載門的低電平輸入電流 Vcc R 外接的電源電壓 N 線與輸出 OC 門的個數(shù) M 負(fù)載門的個數(shù) N 負(fù)載門輸入端的總數(shù) RP 的大小會影響輸出波形的邊沿時間，在工作速度較高時， RP 應(yīng)取接近 RPmin 的值，通常取 RL=1KΩ至 2KΩ。 圖 13 輸入 “線與”電路 圖 14 電極開路門 RP 值的確定 圖 15 三態(tài)門邏輯符號 三態(tài)輸出門（ TSL）（ 3S 門） 三態(tài)門除了通常的高電平和低電平兩個輸出狀態(tài)外，還有第三種輸出狀態(tài) —高阻態(tài)。處于高阻態(tài)時，電路與負(fù)載之間相當(dāng)于開路。 TSL 門按邏輯功能入控制方式來區(qū)分，有各種不同的類型，其邏輯符號如圖 15 所示 ， 它有一個控制端（又稱禁止端或使能端） E， E=0 為正常工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn) FA? 的功能； E=1 為禁止工作狀態(tài)， F 輸出呈高阻狀態(tài)。 這種在控制端加 0 信號時電路才能正常工作的工作方式稱為低電平使能。本實(shí)驗(yàn)中所用的三態(tài)門（ 74LS126）是高電平使能。 三態(tài)電路最重要的用途是實(shí)現(xiàn)多路信息的采集，即用一個傳輸通道（或稱總線）以選通的方式傳送多路信號。使用時要求只有需要傳輸信息的那個三態(tài)門的控制端處于使能狀態(tài)，其余各門皆處于禁止?fàn)顟B(tài)。需要注意的是，由于其輸出電路結(jié)構(gòu)與普通 TTL 電路一樣，因此在使用時，一條總線上僅允許一個輸出門處于使能狀態(tài)（即輸出高電平或低電平狀態(tài)），其它輸出門必須處于高阻態(tài)，絕不允許有兩個或兩個以上的輸出門同時處于使能狀態(tài)。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 TTL 與非門的邏輯功能的測試 14 實(shí)驗(yàn)箱總開關(guān)處 OFF 狀態(tài)，把一塊 74LS00 固定在實(shí)驗(yàn)箱的插座上（可選中間合適的插座），聯(lián)接 14 腳電源 VCC至實(shí)驗(yàn)箱 +5V 端口，聯(lián)接 7 腳 GND 至實(shí)驗(yàn)箱接地端口，從 74LS00 中任選一個與非門，它的兩個輸入端 A、 B 分別接兩個邏輯開關(guān)，由開關(guān)提供輸入的高、低電平，輸出端接指示燈，由指示燈的亮、滅表示輸出的高、低電平。改變開關(guān)的狀態(tài)，觀察指示燈的變化，記錄在表 11 中。 TTL 與非門的參數(shù)測試 （ 1） ICCL、 ICCH 按圖 16 聯(lián)接，電流表 串接在電源和門之間，注意電流表的量程和極性，當(dāng)所有的輸入端懸空時，電流表讀數(shù)即為 ICCL；當(dāng)所有的輸入端接地時，電流表讀數(shù)即為 ICCH。（其值是整個集成塊四個與非門電源電流之和，單個門的電源電流僅為四分之一）。則單個門的靜態(tài)功耗最大 Pmax=VCC*ICCL/4。記錄： 單個門 ICCL= 單個門 ICCH= 單個門 Pmax= （ 2） IIL 按圖 17 聯(lián)接，與非門輸入端中任取一個串接電流表接地，另一輸入端懸空，記錄電流表讀數(shù)即為 IIL。記錄：單個門 IIL= （ 3） IIH 按圖 18 聯(lián)接，與非門輸入端中任 取一個串接電流表接電源，另一輸入端接地，記錄電流表讀數(shù)即為 IIH。記錄：單個門 IIH= 圖 16 圖 17 圖 18