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实验二三态门和OC门的研究一、实验目的(1)熟悉两种特殊的门电路:三态门和OC门;(2)了解“总线”结构的工作原理。二、实验原理数字系统中,有时需把两个或两个以上集成逻辑门的输出端连接起来,完成一定的逻辑功能。普通TTL门电路的输出端是不允许直接连接的。图2_1示出了两个TTL门输出短接的情况,为简单起见,图中只画出了两个与非门的推拉式输出级。设门A处于截止状态,若不短接,输出应为高电平;设门B处于导通状态,若不短接,输出应为低电平。在把门A和门B的输出端作如图3_2_1所示连接后,经门A中导通的T4、D3和门B中导通的T5到地,有了一条通路,其不良后果为:图3_2_1不正常情况:普通TTL门电路输出端短接(1)输出电平既非高电平,也非低电平,而是两者之间的某一值,导致逻辑功能混乱。(2)上述通路导致输出级电流远大于正常值(正常情况下T4和T5总有一个截止),导致功耗剧增,发热增大,可能烧坏器件。集电极开路门和三态门是两种特殊的TTL电路,它们允许把输出端互相连在一起使用。(OC门)集电极开路门(Open-ate),简称OC门。它可以看成是图3_2_1所示的TTL与非门输出级中移去了T4、D3部分。集电极开路与非门的电路结构与逻辑符号如图3_2_2所示。必须指出:OC门只有在外接负载电阻Rc和电源Ec后才能正常工作,如图中虚线所示。吁老剁坍吉把冻猾恩傍磊颖认繁棵韩赖怒渊寞盎译昭棱中汐链虾案肄庞矽OC门介绍OC门介绍图3_2_1不正常情况:普通TTL门电路输出端短接图3_2_2集电极开路与非门阳带石辅礼原潍公残阁钱顺粱颠葛忍啮榨课表尖酥惠孽拌扦襟锯个媚霸艺OC门介绍OC门介绍由两个集电极开路与非门(0C)输出端相连组成的电路如图3_2_3所示,它们的输出:即把两个集电极开路与非门的输出相与(称为线与),完成与或非的逻辑功能。0C门主要有以下三方面的应用:(1)实现电平转换图3_2_3OC门的线与应用无论是用TTL电路驱动CMOS电路还是用CMOS电路驱动TTL电路,驱动门必须能为负载门提供合乎标准的高、低电平和足够的驱动电流,即必须同时满足下列四式:驱动门负载门VOH(min)≥VIH(min)VOL(max)≤VIL(max)IOH(max)≥IIHIOL(max)≥IIL图3_2_3OC门的线与应用核瑞恫特屡囚卢噪畏适褐递聘盐斑翔协碱编皖猖蛆煌龚邹汝由会见祸降请OC门介绍OC门介绍其中:VOH(min)--门电路输出高电平VOH的下限值;VOL(max)--门电路输出低电平VOL的上限值;IOH(max)--门电路带拉电流负载的能力,或称放电流能力;IOL(max)—门电路带灌电流负载的能力,或称吸电流能力;VIH(min)--为能保证电路处于导通状态的最小输入(高)电平;VIL(max)--为能保证电路处于截止状态的最大输入(低)电平。IIH—输入高电平时流入输入端的电流;IIL--输入低电平时流出输入端的电流。当74系列或74LS系列TTL电路驱动CD4000系列或74HC系列CMOS电路时,不能直接驱动,因为74系列的TTL电路VOH(min)=,74LS系列的TTL电路VOH(min)=,CD4000系列的CMOS电路VIH(min)=,74HC系列CMOS电路VIH(min)=,显然不满足VOH(min)≥VIH(min)最简单的解决方法是在TTL电路的输出端与电源之间接入上拉电阻Rc,如图3_2_4所示。图3_2_4TTL(OC)门驱动CMOS电路的电平转换穷簿些惟念亢撞鲸拌媒并移衍抹匡蔑狸酵励祸昭户保爽却幼突妥诌帽青锑OC门介绍OC门介绍(2)实现多路信号采集,使两路以上的信息共用一个传输通道(总线);(3)利用电路的线与特性方便地完成某些特定的逻辑功能。在实际应用时,有时需将几个OC门的输出端短接,后面接m个普通TTL与非门作为负载,如图3_2_5所示。为保证集电极开路门的输出电平符合逻辑要求,Rc的数值选择范围为:图3_2_5计算OC门外接电阻Rc的工作状态皆掖殷栓米居碗眷张貌睁喘辫逆莲胶匈臀段哄彭嘲猿驯监共费蜕落订岿擅OC门介绍OC门介绍m'(7)个输入端(a)计算Rc最大值(b)计算Rc最小值图3_2_5计算OC门外接电阻Rc的工作状态其中IcEO--OC门输出三极管T5截止时的漏电流;Ec—外接电源电压值;m--TTL负载门个数;n—输出短接的OC门个数;m’—各负载门接到OC门输出端的输入端总和。Rc值的大小会影响输出波形的边沿时间,在工作速度较高时,Rc的取值应接近Rc(min)。,简称TSL(Three-stateLogic)门,是在普通门电路的基础上,附加使能控制端和控制电路构成的。图3_2_6所示为三态门的结构和逻辑符号。三