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实验二三态门，OC门的设计与仿真一、实验目的熟悉三态门、OC门的原理，用逻辑图和VHDL语言设计三态门、OC门，并仿真。
二、实验内容1．用逻辑图和VHDL语言设计三态门，三态门的使能端对低电平有效。
2．用逻辑图和VHDL语言设计一个OC门（集电极开路门）。
三、实验原理1．三态门，又名三态缓冲器（Tri-State Buffer）用途：用在总线传输上，有效而又灵活地控制多组数据在总线上通行，起着交通信号灯的作用。
功能：三态逻辑输出三种不同的状态，其中两种状态常见的逻辑1和逻辑0，第三个状态高阻值，称为高阻态，用Hi-Z或者Z或z表示三态缓冲器比普通缓冲器多了一个使能输入EN，即连接到缓冲器符号底部的信号。
从真值表可以看出，如果是EN=1.则OUT等于IN，就像普通缓冲器一样。
但是当EN=0时，无论输入的值什么，输出结果为高阻态（Hi-Z）。
逻辑图真值表EN A OUT0 0 Hi-Z0 1 Hi-Z1 0 01 1 1波形图2．OC门，又名集电极开路门（opndrn）用途：集电极开路门（OC门）是一种用途广泛的门电路。
典型应用是可以实现线与的功能。
逻辑图真值表A B0 01 Hi-Z波形图四、实验方法与步骤实验方法：采用基于FPGA进行数字逻辑电路设计的方法。
采用的软件工具是QuartusII软件仿真平台，采用的硬件平台是Altera EPF10K20TI144_4的FPGA试验箱。
实验步骤：1、编写源代码。
打开QuartusⅡ软件平台，点击File中得New建立一个文件。
编写的文件名与实体名一致，点击File/Save as以“.vhd”为扩展名存盘文件。
VHDL 设计源代码如下：三态门：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY tri_s ISPORT (enable,datain:IN STD_LOGIC;dataout:OUT STD_LOGIC);END tri_s;ARCHITECTURE bhv OF tri_s ISBEGINPROCESS (enable,datain)BEGINIF enable='1' THEN dataout<=datain;ELSE dataout<='Z';END IF;END PROCESS;END bhv;OC门：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY oc ISPORT(datain:IN STD_LOGIC;dataout:OUT STD_LOGIC);END oc;ARCHITECTURE bhv OF oc ISBEGINPROCESS (datain)BEGINIF (datain='0') THEN dataout<='0';ELSE dataout<='Z';END IF;END PROCESS;END bhv;2、按照实验箱上FPGA的芯片名更改编程芯片的设置。
为什么引入OC门？什么是OC、OD？ - 电子技术OC门，又称集电极开路（漏极开路）与非门门电路，OpenCollector （OpenDrain）。
为什么引入OC门？实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上，将这些与非门上的数据（状态电平）用同一条导线输送出去。
因此，需要一种新的与非门电路--OC门来实现“线与规律”。
OC门主要用于3个方面：1、实现与或非规律，用做电平转换，用做驱动器。
由于OC门电路的输出管的集电极悬空，使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。
OC门使用上拉电阻以输出高电平，此外为了加大输出引脚的驱动力量，上拉电阻阻值的选择原则，从降低功耗及芯片的灌电流力量考虑应当足够大；从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。
2、线与规律，即两个输出端（包括两个以上）直接互连就可以实现“AND”的规律功能。
在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用，而一般TTL门输出端并不能直接并接使用，否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流（灌电流），而烧坏器件。
在硬件上，可用OC门或三态门（ST门）来实现。
用OC门实现线与，应同时在输出端口应加一个上拉电阻。
3、三态门（ST门）主要用在应用于多个门输出共享数据总线，为避开多个门输出同时占用数据总线，这些门的使能信号（EN）中只允许有一个为有效电平（如高电平），由于三态门的输出是推拉式的低阻输出，且不需接上拉（负载）电阻，所以开关速度比OC门快，常用三态门作为输出缓冲器。
什么是OC、OD？集电极开路门(集电极开路OC或漏极开路OD)Open-Drain是漏极开路输出的意思，相当于集电极开路(Open-Collector)输出，即TTL中的集电极开路（OC）输出。
一般用于线或、线与，也有的用于电流驱动。
Open-Drain是对MOS管而言，Open-Collector是对双极型管而言，在用法上没啥区分。
开漏形式的电路有以下几个特点：a.利用外部电路的驱动力量，削减IC内部的驱动。
OC门和三态门集电极开路门电路（OC门）在TTL与非门电路中将T4解掉换成电阻R c（如下图）：其逻辑功能并没有改变，仍有A=B=1， T5导通，输出端为低电平Y=0。
A、B中只要有一个0， T5截止，输出端为高电平5V（TTL与非门输出高电平Yv OH＝3.6V），Y=1。
由R4取代T4，显然逻辑功能未变，但速度大为降低。
把R4不做在集成电路的内部（T5的集电极处于开路状态），使用OC门集成块时，用户必须选定合适的阻值，将R c接到门的输出端与电源之间，该OC门才能具有稳定的逻辑功能（如不把R c接进去，任其集电极开路，该电路不具备正常的逻辑功能）。
这种电路称为集电极开路门电路——简称OC门。
用如下符号表示：OC门的最大特点是具有线与功能。
几个OC门共用一个R c（输出端并接在一起），其输出为单个OC门输出之积（与）。
可以等于也可以大于v cc。
三态输出门电路（TS（Three-state output Gate）门）上图为三态门输出门电路的原理图。
在图中，如果将虚线方框内的两个反相器和一个二极管剪掉，剩下的部分就是典型的TTL与非门电路。
所谓三态是指输出端而言。
普通的TTL与非门其输出极的两个晶体管T4、T5始终保持一个导通，另一个截止的推拉状态。
T4导通，T5截止，输出高电平Y=1；T4截止，T5导通，输出低电平，Y=0。
三态门除了上述两种状态外，又出现了T4、T5同时截止的第三种状态。
因为晶体管截止时c、e之间是无穷大阻抗，输出端Y对地、对电源（v cc）阻抗无穷大。
因此这第三种状态也称高阻状态。
现对三种状态进行分析：控制信号可在E N处加入，也可在处加入：E N＝0，＝1，则C=0，v B1=0.9V，v c2＝0.9Vv B4＝v c2＝0.9V，T4截止（T4导通的电位v B4>1.4V）v B1=0.9V，T5截止，输出端Y为高阻状态。
E N＝1，＝0，C=1，对与非门另两个A、B输入端无影响，为正常的与非门电路。
门电路-OC门和三态门一、OC门实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上，将这些与非门上的数据（状态）用同一条导线输送出去。
因此，需要一种新的与非门电路来实现线与逻辑，这种门电路就是集电极开路与非门电路，简称OC门（open collector）。
OC门电路及逻辑符号见图Z1201，该电路的特点是输出管T5的集电极悬空，使用时需外接一个负载电阻RＰ和电源E c。
OC门的主要用途有以下3个方面：（1）实现与或非逻辑用ｎ个OC门实现与或非逻辑的电路如图Z1202所示.因为任何一个门输入全为1时,其输出为零，而n个门的输出端又并接在一起（线与），故输出Y=0，即Y=A1B1+A2B2+……+A n B n，是与或非的逻辑功能。
（2）用做电平转换在数字系统的接口部分常需要进行所示电平转换,这可用OC门来实现.如图Z1203所示电路是用OC门把输出高电平变换为10V的电路。
（3）用做驱动器可以用OC门驱动指示灯,继电器等,其驱动指示灯的电路如图Z1204所示。
二、三态输出门1. 三态门的特点三态输出门又称三态电路。
它与一般门电路不同，它的输出端除了出现高电平、低电平外，还可以出现第三个状态，即高阻态，亦称禁止态，但并不是3个逻辑值电路。
2. 三态逻辑与非门三态逻辑与非门如图Z1205所示。
这个电路实际上是由两个与非门加上一个二极管D2组成。
虚线右半部分是一个带有源泄放电路的与非门，称为数据传输部分，T5管的u I1、u I2称为数据输入端。
而虚线左半部分是状态控制部分，它是个非门，它的输入端C称为控制端，或称许可输入端、使能端。
当C端接低电平时，T4输出一个高电平给T5，使虚线右半部分处于工作状态，这样，电路将按与非关系把u I1，u I2接受到的信号传送到输出端，使u0或为高电平，或为低电平。
当C端接高电平时，T4输出低电平给T5，使T6、T7、T10截止。
另一方面，通过D2把T8的基极电位钳在1v左右，使T9截止。
