逻辑门与555应用

1第一阶段实验任务1.OC门的应用实验：P1452.555应用电路设计:P1513.用D触发器设计一个4进制计数器，再用门设计2-4线译码器：只能一个发光管亮（灌电流）（P163）时间：第9周～第10周2学习要求：掌握TTL、CMOS与非门电路主要参数的测试方法及OC门、TS门的“线与”功能；设计与安装测试逻辑门参数的实验电路，并进行参数测试；学会运用集成逻辑门设计报警、延时等功能电路。集成逻辑门及其基本应用3集成逻辑门及其基本应用一、TTL门电路的主要参数及使用规则1.TTL与非门电路的主要参数2.TTL器件的使用规则二、CMOS门电路的主要参数及使用规则1.CMOS与非门电路的主要参数2.CMOS器件的使用规则三、集成逻辑门的基本应用（以自学为主）4.集电极开路(OC)门和三态(TS)门的应用3.门电路构成的触发器4一、TTL门电路的主要参数及使用规则1.TTL与非门电路的主要参数•静态功耗PD:•输出高电平VOH:•输出低电平VOL:•扇出系数NO:PD50mWVOH3.5V，为逻辑1；VOL0.4V，为逻辑0；NO=IOL/IIS&mA+5VIIS1kRP100+VCC（+5V）+–VO≤0.4V为合格mAV&一般：IIS1.6mAIOL16mA5一、TTL门电路的主要参数及使用规则1.TTL与非门电路的主要参数•平均传输延迟时间tpd:•直流噪声容限VNH和VNL:tPLH50%50%50%50%tPLH输入同相输出tpd=(tPLH+tPHL)/2tpd的数值很小，一般为几纳秒至几十纳秒。指输入端所允许的输入电压变化的极限范围。VNH=VOHmin–VIHminVNL=VILmax–VOLmax6一、TTL门电路的主要参数及使用规则2.TTL器件的使用规则•电源电压+VCC:只允许在+5V±10%范围内，超过该范围可能会损坏器件或使逻辑功能混乱。•电源滤波TTL器件的高速切换会产生电流跳变，其幅度约4mA~5mA。该电流在公共走线上的压降会引起噪声干扰，因此，要尽量缩短地线以减小干扰。可在电源端并接1个100F的电容作为低频滤波及1个0.01F~0.1F的电容作为高频滤波。7•输出端的连接不允许输出端直接接+5V或接地。除OC门和三态(TS)门外，其它门电路的输出端不允许并联使用，否则，会引起逻辑混乱或损坏器件。•输入端的连接输入端串入1只1k~10k电阻与电源连接或直接接电源电压+VCC来获得高电平输入。直接接地为低电平输入。或门、或非门等TTL电路的多余的输入端不能悬空，只能接地；与门、与非门等TTL电路的多余输入端可以悬空(相当于接高电平)，但易受到外界干扰，可将它们接+VCC或与其它输入端并联使用，输入端并联时，从信号获取的电流将增加。2.TTL器件的使用规则8二、CMOS门电路的主要参数及使用规则1.CMOS与非门电路的主要参数•电源电压+VDD:+VDD一般在+5V~+15V范围内均可正常工作，并允许波动±10%。•静态功耗PD:约在微瓦量级。•输出高电平VOH:VOH≥VDD–0.5V为逻辑1。•输出低电平VOL:VOL≤VSS+0.5V为逻辑0(VSS=0V)。•扇出系数NO:在工作频率较低时，扇出系数不受限制。但在高频工作时，由于后级门的输入电容成为主要负载，扇出系数将受到限制，一般NO=10~20。9二、CMOS门电路的主要参数及使用规则1.CMOS与非门电路的主要参数•平均传输延迟时间tpd:CMOS电路的平均传输延迟时间比TTL电路的长得多，通常tpd200ns。•直流噪声容限VNH和VNL:CMOS器件的噪声容限通常以电源电压+VDD的30%来估算。当+VDD=+5V时，VNHVNL=1.5V，可见CMOS器件的噪声容限比TTL电路的要大得多，因此，抗干扰能力也强得多。提高电源电压+VDD是提高CMOS器件抗干扰能力的有效措施。102.CMOS器件的使用规则电源电压+VDD:电源电压不能接反，规定+VDD接电源正极，VSS接电源负极(通常接地)。二、CMOS门电路的主要参数及使用规则•输出端的连接：输出端不允许直接接+VDD或地，除三态门外，不允许两个器件的输出端连接使用。•输入端的连接：输入信号Vi应为VSS≤Vi≤VDD，超出该范围会损坏器件内部的保护二极管或绝缘栅极，可在输入端串接一只限流电阻(10~100)k；工作速度不高时，允许输入端并联使用。多余的输出端不能悬空，应按逻辑要求直接接+VDD或VSS(地)；11三、集成逻辑门的基本应用3.门电路构成的触发器(a)(b)+5VR1kvovOSK由1到2K由2到1QSRQ&3.3k2S＋5V74LS00K12R&Q12VCC(5V)Rc4130Rc21.6kRb21.6kT4T2T3T1ABRe21kDVCC(5V)Rc4130Rc21.6kRb21.6kT4T2T3T1ABRe21kDvOHvOLX三、集成逻辑门的基本应用•为何普通与非门的输出端不能并联（线与）使用？134.集电极开路门(OC门)TTL电路TTL电路DCBAT1T2VCCRPL三、集成逻辑门的基本应用CDABRLABCD&VCC14VOH三、集成逻辑门的基本应用4.OC门和三态(TS)门的应用因OC门输出端是悬空的，使用时一定要在输出端与电源之间接一电阻RL。&＋5V74LS00RL&&＋VCC74LS03&m’&………nn个OC门线与驱动TTL门电路IHOHminOHCCmaxL'ImnIVVRIIHIIHILIOH15三、集成逻辑门的基本应用4.OC门和三态(TS)门的应用因OC门输出端是悬空的，使用时一定要在输出端与电源之间接一电阻RL。IHOHminOHCCmaxL'ImnIVVRVOL&＋5V74LS00RL&&＋VCC74LS03&m&………nn个OC门线与驱动TTL门电路IILIILILIOLVOHVOHIOHILOLmaxOLCCminLmIIVVR1674LS1251A1C1EN1EN1EN1A2C2A3C3Y1Y2Y3总线三、集成逻辑门的基本应用三态(TS)门与普通门电路不同之处在于多了一个控制端(又称禁止端或使能端EN)。将三态缓冲驱动器的输出端直接并联到一条公共总线上，当它们的控制端C轮流为低电平时，可将各组数据轮流地传送到总线上。4.OC门和三态(TS)门的应用17学习要求定时器555及其基本应用了解555定时器的内部结构，弄懂其工作原理；熟练安装与测试各实验电路，独立完成所布置的实验设计制作任务。掌握555构成的单稳态触发器、多谐振荡器及施密特触发器的工作原理与应用电路的设计方法。18一、555的内部结构及性能特点二、555组成的基本电路及应用定时器555及其基本应用电路的内部结构1.单稳态触发器及其应用2.多谐振荡器及其应用3.RS触发器和施密特触发器的应用工作原理性能特点1984RRVCCR15kR25kR35k5CO6TH2TL7DT1GND＋－A1＋－A2S&&Vo3QQ一、555的内部结构及性能特点电阻分压器电压比较器基本RS触发器复位输入端(0)1.电路的内部结构集电极开路输出三极管2084RRVCCR15kR25kR35k5CO6TH2TL7DT1GND＋－A1＋－A2S&&Vo3QQ010如果悬空2、工作原理2/3VCC1/3VCCVCC一、555的内部结构及性能特点复位2184RRVCCR15kR25kR35k5CO6TH2TL7DT1GND＋－A1＋－A2S&&Vo3QQ0如果悬空CC32VCC31V0101CC32VCC31V10110CC32VCC31V11保持2、工作原理2/3VCC1/3VCCVCC一、555的内部结构及性能特点22不变不变1导通01截止11导通00××放电管T输出(VO)复位(R)触发输入(TL)阈值输入(TH)输出输入CC31VCC31VCC31VCC32VCC32VCC32V555定时器功能表23CC32V84RR5k5k5k5627CT1＋－A1＋－A2S&&vo3viCC31V555＋VCC不变不变导通0截止1导通0××TVOTLTH输出输入CC31VCC31VCC31VCC32VCC32VCC32VoVc=023VCC13VCC1、单稳态触发器•接通电源电路进入稳态:输出VO=0。二、555的应用vO23VCCoott2t1ttvivC24CC32V84RR5k5k5k5627CT1＋－A1＋－A2S&&vo3viCC31V555＋VCCoVc=023VCC13VCC1、单稳态触发器•当vI下降沿到达时,电路进入暂稳态二、555的应用tvOVOHovIotvCo13VCC23VCCtt2t10tP•电容放电,电路自动返回到稳态不变不变导通0截止1导通0××TVOTLTH输出输入CC31VCC31VCC31VCC32VCC32VCC32VtP≈1.1RC2584R+VCCR15kR25kC5k1＋－A1＋－A2S&&vo3＋7265Tv23VCC13VCCvC0t1t2tPLtPHtPL=R2C1n2≈0.7R2CtpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C不变不变导通0截止1导通0××TVOTLTH输出输入CC31VCC31VCC31VCC32VCC32VCC32V截止导通2.多谐振荡器263.施密特触发器VCCVCC18455562vIRvO1vO0.01F7351tvO1VOH0t13VCC23VCCvI027第一阶段实验任务1.OC门的应用实验：P1452.555应用电路设计:P1513.用D触发器设计一个4进制计数器，再用门设计2-4线译码器：只能一个发光管亮（灌电流）（P163）时间：第9周～第10周28第一阶段实验任务1.OC门的应用实验：P1452.555应用电路设计:P151对发光二极管：取正向压降VF＝1.5V，取电流IF=2mA进行计算。(p19)29Q1Q0Y3Y2Y1Y0001110011101101011110111XX1111设计要求（见框图）：•请用74LS74和逻辑门设计并组装一个模4的计数器；•用逻辑门设计并组装一个“2-4线译码器”（见真值表）；•译码器的输出接发光二极管，每次只允许一只发光管亮，使发光二极管轮流发光；3.D触发器与逻辑门应用电路设计:模4计数器2-4线译码器1～2k＋5VCPCLRQ1Q0Y3Y2Y1Y02-4线译码器真值表30实验的具体要求及注意事项：1.集成逻辑•信号源用TTLOUT端子；•电源（＋5V），核对无误，再接入！•观察波形时，示波器用直流耦合输入方式；•验收时，要有RL、RD的计算过程;•用坐标纸画出vi、vo、vo1、vo2的波形并标出VOH、VOL的值；•画出逻辑电路图（应标上管脚号）;31实验的具体要求及注意事项：2.555应用电路设计•触摸灯，要求有R、C的计算过程，并记录发光管亮的实际时间；•电源（＋5V），核对无误，再接入！•观察施密特触发器波形时，示波器用直流耦合输入方式，用坐标纸画出vi、vi’、vo的波形，并在图上标出触发电平值。•画出逻辑电路图（应标上管脚号）;32实验的具体要求及注意事项：3.D触发器与逻辑门应用电路设计•验收时，要有设计过程;•画出逻辑电路图（应标上管脚号）;•实验现象及测试结果记入自拟表格中。•将电路CP改为1kHz输入，示波器用直流耦合输入方式，用坐标纸画出CP、Q1、Q0和译码器输出波形，注意波形的时序关系，并总结观察多个相关信号时序关系的方法。33＋5V接地342-4线译码器、OC门和555触摸灯电路