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=== 第三章 基本邏輯閘實驗 === PowerPoint PPT Presentation


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=== 第三章 基本邏輯閘實驗 ===. 基本邏輯閘實驗. 實習三 基本邏輯閘實習 實習四 電氣特性量測實習. 實習三 基本邏輯閘實習. 實習三基本邏輯閘實習. 數位電路的信號變化,只有高準位與低準位電壓兩種;習慣都以邏輯準位 1 與 0 來表示, H = 1 , L = 0 。. 實習三 基本邏輯閘實習. 實習三基本邏輯閘實習. 實習三 基本邏輯閘實習. 實習三基本邏輯閘實習. ( OR gate ). 只要有一輸入為 1 ,其輸出必為 1 ;唯有所有輸入皆 為 0 ,輸出才為 0 。. 實習三 基本邏輯閘實習. 實習三基本邏輯閘實習.

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=== 第三章 基本邏輯閘實驗 ===

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Presentation Transcript


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=== 第三章 基本邏輯閘實驗 ===

基本邏輯閘實驗

實習三

基本邏輯閘實習

實習四

電氣特性量測實習


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

數位電路的信號變化,只有高準位與低準位電壓兩種;習慣都以邏輯準位1與0來表示,H = 1,L = 0。


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(OR gate)

只要有一輸入為1,其輸出必為1;唯有所有輸入皆

為0,輸出才為0。


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(OR gate)


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(OR gate)


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(AND gate)

只要有一輸入為0,其輸出必為0;唯有所有輸入皆

為1時,輸出方為1。


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(AND gate)


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實習三 基本邏輯閘實習

因及閘只要有一只輸入為0,則輸出必為0。故當E =0,則y 輸出恆為0與A信號無關。

當E = 1時,因A = 0,則y = 0;A = 1,則y = 1,即y = A。故y 輸出為A 的1kHz 信號。

如右圖所示,若A輸入1kHz脈波,E當控制腳;則輸出y與E的關係為何?


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(NOT gate)

是一只單輸入閘,其輸出恆為輸入的補數,即y = x


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(NOR gate)

只要有一輸入為1,其輸出必為0;唯有輸入皆為0,輸出方為1。


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實習三 基本邏輯閘實習

由反或閘的布林代數式,y = A + I,因只要I =1,

則y=0。

唯有I = 0時,因y=A+ =A, y 才有信號輸出

( A輸入的反相信號)。

換句話說,只有在抑制端I未禁止A輸入時

(即I = 0時),y才有輸出,否則y 皆為0。

如右圖所示,欲將A 信號輸至y 端,但受抑制端I 控制,請說明抑制端I 與輸出之關係。


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(NAND gate)

只要有一輸入為0,其輸出必為1;唯有輸入皆為1,輸出方為0


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實習三 基本邏輯閘實習

由y =AE,故只有E = 1時,因y = A.1 = A,才有信號輸出。

否則只要E為0,則y必為1,與A 信號輸入無關。

如下圖所示,請寫出致能(Erable)控制端E 對y輸

出的影響。


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實習三 基本邏輯閘實習

實習三基本邏輯閘實習

(XOR gate)

兩輸入同為0或同為1時;輸出皆為0,若兩輸入不同

則輸出1


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實習三 基本邏輯閘實習


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實習三 基本邏輯閘實習


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實習三 基本邏輯閘實習


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實習三 基本邏輯閘實習


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實習三 基本邏輯閘實習

0

1

1

0

3. 檢視圖3-14~3-18的輸出紀錄,與各基本邏輯閘 的功能是否吻合?。

若否,則應留意電路是否有錯接或元件故障等情 形。

4. 由圖3-14 之結果可知,對及閘而言,只要有一輸 入為0,其輸出必為,唯有輸入皆為1,輸出 才為。

5.由圖3-15之結果可知,對或閘而言,只要有一輸 入為1,其輸出必為,唯有輸入皆為0,其輸 出才為。


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實習三 基本邏輯閘實習

0

1

0

1

1

0

6. 由圖3-16 之結果可知,對反及閘而言,只要有一輸 入為0,其輸出必為。唯有輸入皆為1,其 輸出方為。

7. 由圖3-17 之結果可知,對反或閘而言,只要有一輸 入為1,其輸出必為。唯有輸入皆為0,其輸出 方為。

8. 由圖3-18之結果可知,對互斥或閘而言,只要有奇 數個1輸入,其輸出必為;偶數個1輸入,其 輸出方為。


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實習三 基本邏輯閘實習


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實習三 基本邏輯閘實習


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實習三 基本邏輯閘實習

5. 由以上測量,我們知道當E =時,Y = A,

即Y端有A的反相信號輸出,

此時反及閘的功能與閘相同。當E =,

則Y輸出恆為高態輸出與A 無關,即A 信號被隔

離。

1

0


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實習三 基本邏輯閘實習

1

0

1

1

5. 由前項紀錄可知,當抑制端I =時,Y 恆為0

(A信號被禁止),反之當I =時,則Y = A,

即A信號可由Y輸出,此時反或閘的功能與

閘相同。

6.由工作三、四的實習結果我們可歸納,當致能控 制端E =時,允許輸入信號通過。

若抑制輸入端I =,則輸入信號被抑制,無 法輸出。


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實習三 基本邏輯閘實習


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實習四 電氣特性量測實習

實習四電氣特性量測實習

1.54xxx:軍用包裝,工作溫度可從- 55℃到125℃, 電源電壓則從4.5V到5.5V。

2.74xxx:工業用包裝,工作溫度自0℃到70℃,電源

電壓則從4.75V 到5.25V。

TTL 族系依其結構與生產的先後計有下列八種:

1.54/74xxx 系列:稱為標準(Standard)系列

2.54/74Lxxx 系列:稱為低功率(Low-power)系列

3.54/74Hxxx系列:稱為高速(High-speed)系列

4.54/74Sxxx系列:稱為蕭特基(Schottky)系列

5.54/74LSxxx系列:稱為低功率蕭特基(Low-power Schottky)系列


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實習四 電氣特性量測實習

實習四電氣特性量測實習

6. 54/74ASxxx 系列:稱為高級蕭特基(Advanced Schottky)系列

7.54/74ALSxxx 系列:稱為高級低功率蕭特基 (Advanced Low-power Schottky)系列

8.54/74Fxxx 系列:稱為快速(Fast)系列


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實習四 電氣特性量測實習

實習四電氣特性量測實習

當輸入0(低電壓VIL狀態)時,會有電流IIL 從輸入端流出;輸入1(高電壓VIH ),則會有一漏電流(IIH)流入輸入端。


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實習四 電氣特性量測實習

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實習四 電氣特性量測實習

實習四電氣特性量測實習

表3-2 TTL 7465××系列的電氣特性


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實習四 電氣特性量測實習

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實習四 電氣特性量測實習

實習四電氣特性量測實習

數位IC的扇出(fan out)是指能推動同系列IC輸入的數量。

以54LS 系列為例其IOH = 400 A,IIH = 20 A,IOL = 4mA,IIL = 0.4mA


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實習四 電氣特性量測實習

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故54LS 系列TTL 的扇出數是10。

反及閘A總共推動5個輸入而非3個或8 個。


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實習四 電氣特性量測實習

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就是指IC在輸入端所能容忍的最大雜訊電壓,又稱雜訊邊限(noise margin)。


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實習四 電氣特性量測實習

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以LS系列為例(參閱表3-1)

VNH = VOH min VIH min = 2.7 2.0 = 0.7 (V)

VNL = VIL (max) VOL(max) = 0.8 0.5 = 0.3 (V)

故LS××系列的雜訊邊限為300mV。


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實習四 電氣特性量測實習

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在TTL電路中,輸入端懸空未接(即浮接),其作用相當於高態輸入。


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實習四 電氣特性量測實習

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實習四 電氣特性量測實習

實習四電氣特性量測實習

傳統CMOS族以其優越的電氣特性,如省電、寬廣的電源供應範圍(3~18V)、高抗雜訊能力等,使其被廣泛的運用在一般控制電路中。

1. 40xxx或45xxx:傳統4000系列的標準型CMOS產品,編號有140xx或74Cxx 等,現已被新型的HC 或AC系列所取代。

2. 74HCxx:高速CMOS(High-speed CMOS)系列, 除電源電壓為2~6V外,其輸出/入特性與4000 系 列相當,但輸出電流與交換速度都較為優越。


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實習四 電氣特性量測實習

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3. 74ACxx:高級CMOS(Advance CMOS)系列, 除電源為1.5~5.5V外,其輸出/入特性與4000系 列產品相當,但輸出能力與速度都較HC 系列還優。

4. 74HCTxx:高速CMOS中的TTL系列,其電源電壓 與輸出/入邏輯準位都與TTL相容。

5. 74ACTxx:高級CMOS中的TTL系列,其電源電壓與 輸出/入準位都與TTL相容。

6. 74FCTxx:快速CMOS(Fast CMOS)的TTL 系列


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實習四 電氣特性量測實習

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在輸入端因都是MOSFET的閘極,故輸入阻抗無限大。在邏輯0輸入時,不會有電流流出。在邏輯1輸入時,流入的漏電流也幾乎等於0。


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實習四 電氣特性量測實習

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當輸出為高電壓(邏輯1)時,可輸出電流(IOH),且IOH 越大,輸出電壓VOH則越低。當輸出為低

電壓(邏輯0)時,可吸入電流(IOL),且IOL 越大,輸出電壓VOL則越高。


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實習四 電氣特性量測實習

實習四電氣特性量測實習

供應電壓只要VDD比VSS高3~18V皆可正常工作。


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實習四 電氣特性量測實習

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實習四 電氣特性量測實習

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傳統CMOS 的雜訊邊限為30%的電源供應電壓

CMOS積體電路的扇出數為50。

CMOS是所有邏輯族中最省電的一族。在靜態時可以說幾乎不耗電,但隨著工作電壓及工作頻率的增加而增加。


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實習四 電氣特性量測實習

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CMOS的輸入端為不可以懸空不接


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實習四 電氣特性量測實習

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TTL的VOH 保證值僅有2.4V,無法直接推動CMOS。


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實習四 電氣特性量測實習

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CMOS的IOL僅有1mA,僅能推動LS系列的兩只輸入。


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4.2

3. 由記錄表可知,TTL IC邏輯1輸出電壓在輕負載

(即IY =0mA)時VY= V。

4. TTL IC在邏輯1 輸出時,若輸出電流越大,輸出

電壓則越。


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實習四 電氣特性量測實習


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實習四 電氣特性量測實習

5

5.將IC換成CD4011,指示燈的限流電阻300換成1k ,如圖3-38 所示,重複步驟。

6.由紀錄表可知,CMOSIC邏輯1 輸出電壓在輕負載 (即IY =0mA)時VY = V。

7.CMOS IC 在邏輯1輸出時,若輸出電流越大,則輸出電壓越。


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實習四 電氣特性量測實習

0.15

2. 依表所示將指示燈L1、L2與L3逐次分別接上,完 成其個別輸出電壓VY及電流IY的量測與紀錄。

3.由紀錄表可知,TTL IC邏輯0的輸出電壓在輕負載(即IY = 0 mA)時,VY = V。

4.TTL IC在邏輯0輸出時,若輸出吸入電流越大,則輸出電壓越。


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實習四 電氣特性量測實習

0

5.如圖3-41所示,將IC換成CD4011,指示燈限流電阻

300 換成1k ,重複步驟。

6.由紀錄表可知,CMOS IC邏輯0的輸出電壓在輕負 載(IY = 0 mA)時VY = V。

7.CMOS IC在邏輯0輸出時,若輸出吸入電流越大,

則輸出電壓越。


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實習四 電氣特性量測實習

2.依紀錄表所示,將各種不同電阻R分別接上,並完 成其個別的輸入/出電壓的量測與紀錄。


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實習四 電氣特性量測實習

1.2

0.15

0

4. 上述輸入端接電阻落地的目的是要使輸入處於邏輯

0狀態,因此依紀錄所示,若考慮雜訊邊限 (即VA 0.4V),則TTL輸入0的接地電阻以

較適當。

1

3. 由紀錄表可知,當TTL輸入端浮接時,其VA 的輸 入電壓為V,輸出電壓VY =V,相當於邏 輯(提示:0或1或×)。由此可知,TTL 輸 入端浮接相當於邏輯1高態輸入。


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實習四 電氣特性量測實習

1.如圖3-43與圖3-44所示接妥電路,分別在開關ON 及OFF時,紀錄閘A的輸出電壓VX(即CMOS反及 閘的輸入電壓)。


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實習四 電氣特性量測實習

加提升電阻

2. 根據圖3-45 紀錄結果,在考慮雜訊邊限需求的前提 下,若欲以TTL直接推動CMOS,試問加提升電阻 與不加兩電路何者較理想?。


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實習四 電氣特性量測實習

3. 如圖3-46 與3-47 所示接妥電路,分別在開關ON及OFF 時,紀錄其閘A 輸出電壓VX (即TTL反或閘B 的輸入電壓)。


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實習四 電氣特性量測實習

加CD4050

4. 依據圖3-48 紀錄結果,試問在考慮雜訊邊限需求

的前提下,若欲以CMOS 推動TTL,直接驅動與

加入CD4050 緩衝閘兩電路何者較為安全?


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