实验三集电极开路门和三态门教案

绪论数字逻辑电路是高等学校计算机科学技术专业中的一门主要的技术基础课程，它是为培养计算机科学技术专业人才的需要而设置的，它为计算机组成原理、微型机与其应用等后续课程打下牢固的硬件基础。

数字逻辑电路是一门理论性和实践性均较强的专业基础课，实验是数字逻辑电路课程中极其重要的实践环节。

通过数字逻辑电路实验可以使学生真正掌握本课程的基本知识和基本理论，加强对课本知识的理解，有利于培养各方面的能力；有利于实践技能的提高；有利于严谨的科学作风的形成。

一、常用电子仪器的使用1、示波器2、THD—4型数字电路实验箱3、万用表二、实验课的程序1．实验预习由于实验课的时间有限，因此，每次实验前要作好预习，写好预习报告。

预习的要求：a．理解实验原理，包括所用元器件的功能。

b．粗略了解实验具体过程。

c．根据实验要求，画好实验线路与数据表格。

2．实验操作每次测量后，应立即将数据记录下来，并由实验老师签字。

实验操作一般步骤：（1）在连接实验线路之前，必须保证“数字电路实验箱”所有电源关闭；（2）按所画的实验线路图连接实验线路，所用短路线必须事先用万用表检查，以减少故障点；（3）实验线路连接完成后，必须仔细检查实验线路，以保证实验线路连接无误；（4）实验线路连接正确后，接通电源，进行具体实验。

（5）如变动实验线路，必须从（1）重新进行。

故障检查方法与处理：（1）检查元器件的接入电源是否正确；（2）使实验线路处于静态，用万用表“直流电压挡”，从输入级向输出级逐级检查逻辑电平，确定故障点；（3）关闭“数字电路实验箱”电源，用万用表“欧姆挡”，检查实验线路连接是否正确，确定故障点；（4）关闭“数字电路实验箱”电源，按实验操作一般步骤（2）（3）（4）将故障排除。

3．实验报告写实验报告应有如下项目：（1）实验目的（2）实验内容（3）实验设备与元器件（4）实验元器件引脚图（5）实验步骤、实验线路与实验记录等（6）实验结果与故障处理分析、讨论和体会等（7）“思考题”要求同学在完成基本实验内容的前提下去做，并将实验内容、实验所用器件、线路、结果与分析等做副页附在实验报告最后，其副页由实验老师签字确认。

集电极开路、漏极开路、推挽、上拉电阻、弱上拉、三态门、准双向口集电极开路输出的结构如图1所示，右边的那个三极管集电极什么都不接，所以叫做集电极开路；左边的三极管为反相之用，使输入为“0”时，输出也为“0”。

对于图 1，当左端的输入为“0”时，前面的三极管截止，所以5v电源通过1k电阻加到右边的三极管上，右边的三极管导通；当左端的输入为“1”时，前面的三极管导通，而后面的三极管截止。

我们将图1简化成图2的样子，很明显可以看出，当开关闭合时，输出直接接地，所以输出电平为0。

而当开关断开时，则输出端悬空了，即高阻态。

这时电平状态未知，如果后面一个电阻负载到地，那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了，所以这个电路是不能输出高电平的。

图3中那个1k的电阻即是上拉电阻。

如果开关闭合，则有电流从1k电阻及开关上流过，但由于开关闭和时电阻为0（方便我们的讨论，实际情况中开关电阻不为0，另外对于三极管还存在饱和压降），所以在开关上的电压为0，即输出电平为0。

如果开关断开，则由于开关电阻为无穷大（同上，不考虑实际中的漏电流），所以流过的电流为0，因此在1k 电阻上的压降也为0，所以输出端的电压就是5v了，这样就能输出高电平了。

但是这个输出的内阻是比较大的——即1k，如果接一个电阻为r的负载，通过分压计算，就可以算得最后的输出电压为5*r/(r+1000)伏，所以，如果要达到一定的电压的话，r就不能太小。

如果r 真的太小，而导致输出电压不够的话，那我们只有通过减小那个1k的上拉电阻来增加驱动能力。

但是，上拉电阻又不能取得太小，因为当开关闭合时，将产生电流，由于开关能流过的电流是有限的，因此限制了上拉电阻的取值。

另外还需要考虑到，当输出低电平时，负载可能还会给提供一部分电流从开关流过，因此要综合这些电流考虑来选择合适的上拉电阻。

如果我们将一个读数据用的输入端接在输出端，这样就是一个IO口了，51的IO口就是这样的结构，其中P0口内部不带上拉，而其它三个口带内部上拉。

实验四 TTL 集电极开路门和三态输出门测试一、实验目的1、掌握TTL 集电极开路门（OC 门）的逻辑功能及应用。

2、了解集电极负载电阻L R 对集电极开路门的影响。

3、掌握TTL 三态输出门（3S 门）的逻辑功能及应用。

二、实验原理数字系统中有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。

对于普通的TTL 电路，由于输出级采用了推拉式输出电路，无论输出是高电平还是低电平，输出阻抗都很低。

因此，通常不允许将它们的输出端并接在一起使用，而集电极开路门和三态输出门是两种特殊的TTL 门电路，它们允许把输出端直接并接在一起使用，也就是说，它们都具有“线与”的功能。

1、TTL 集电极开路门（OC 门）本实验所用OC 门型号为2输入四与非门74LS03，引脚排列见附录。

工作时，输出端必须通过一只外接电阻L R 和电源Ec 相连接，以保证输出电平符合电路要求。

OC 门的应用主要有下述三个方面：（1）电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。

图4-1所示，将两个OC 门输出端直接并接在一起，则它们的输出：21212121B B A A B B A A F F F B A +=•=•=图4-1 OC 与非门“线与”电路 图4-2 OC 与非门负载电阻R L 的确定 即把两个（或两个以上）OC 与非门“线与”可完成“与或非”的逻辑功能。

（2）实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线）。

（3）实现逻辑电平转换，以推动荧光数码管、继电器、MOS 器件等多种数字集成电路。

OC 门输出并联运用时负载电阻L R 的选择：如图4-2所示，电路由n 个OC 与非门“线与”驱动有m 个输入端的N 个TTL 与非门，为保证OC 门输出电平符合逻辑要求，负载电阻L R 阻值的选择范围为：iHOH OH C L mI nI V E R +-=max iL LM OL C L NI I V E R +-=min 式中：OH I ——OC 门输出管截止时（输出高电平V OH ）的漏电流（约为50uA ） LM I ——OC 门输出低电平V OL 时允许最大灌入负载电流（约为20mA ）iH I ——负载门高电平输入电流（<50uA ）iL I ——负载门低电平输入电流（<1.6mA ）c E ——L R 外接电源电压n —— OC 门个数N ——负载门个数M ——接入电路的负载门输入端总个数L R 值须小于m ax L R ，否则V OH 将下降，L R 值须大于min L R ，否则V OL 将上升，又L R 的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时，L R 应尽量选取接近min L R 。

实验三三态门实验三三态门一､实验目的1.熟悉计三态输出门的逻辑功能和使用方法。

2.掌握用三态门构成公共总线的特点和方法。

二､实验器材1.数字逻辑实验箱2.双踪示波器3.与非门74LS00(1片)､三态门74LS125(1片)三､预习要求1.复习三态门有关知识,了解其逻辑功能及管脚。

2.复习三态门实现总线传输的方法。

四､实验原理1.三态门(TS)三态门有三种输出状态:高电平输出､低电平输出和高阻输出状态。

常见的三态门有控制端高电平有效和低电平有效两种类型。

三态输出门除了有多输入三态与非门,还经常做成单输入､单输出的总线驱动器,并且输入与输出有同相和反相两种类型。

例如:74LS125就是单输入､单输出的控制端低电平有效的同相三态输出门。

即E=0时,Y=A;E=1时为高阻态。

三态门主要用途之一是实现总线传输,各三态门输出端可以并联使用一个传输通道,以选通的方式传送多路信息。

使用时注意输出端并接的三态门只能有一个处于工作状态(E=0)。

其余必须处于高阻状态(E=1)。

三态门驱动能力强,开关速度快,在中大规模集成电路中广泛采用三态门输出电路,作为计算机和外围电路的接口电路。

如图2-1为三态门逻辑符号。

AB图2-1三态门逻辑符号五､实验内容1.三态门逻辑功能测试:查出三态门74LS125的引脚图,验证各三态门逻辑功能。

按图2-1(A)在实验箱上连线,先接上电源和地线,然后用逻辑电平控制输入端A和使能端E,用L显示输出Y的状态,实验结果填入下表:表2-174LS125逻辑功能表:使能输入端E0011数据输入A0101输出Y2.用三态门74LS125构成公共总线:要求:用三个三态门构成一条公共总线,参考图21(B)。

使三个输入端状态分别为“0”､“1”､CP,观测公共总线输出状态。

(1)按上述要求画出公共总线的逻辑图。

(2)在实验箱上连线:A1､0(GND),A2､1(Vcc),A3､CP(1KHz或100KHz信号源输出),三个使能端E1??E3分别由三个逻辑开关控制其电平的高低。