集成电路功能测试

1、院 系： 信息院专业班级：姓 名：学 号：实验名称： 集成电路功能测试课程名称： 微电子电路实验集成门电路功能测试1.9a.1 实验目的1. 熟悉逻辑值与电压值的关系。2. 掌握常用逻辑门电路逻辑功能及其测试方法。3. 熟悉硬件基础电路实验箱的基本功能和使用方法。1.9a.2 实验仪器设备与元器件1硬件基础电路实验箱，双踪示波器，数字万用表。2 74LS00， 74LS04， 74LS08，74LS32， 74LS86各一块。1.9a.3 实验概述1. 要求预习： 预习本次实验的全部内容 , 了解各门电路的外部引脚排列及功能验证方 法；了解所使用的数字实验装置；画出实验电路原理图。2. 逻辑值

2、与电压值在数字电路中，逻辑“ 1”与逻辑“ 0”可表示两种不同电平的取值，根据实际取值的不 同，有正、负逻辑之分。正逻辑中，高电平用逻辑“1”表示，低电平用逻辑“ 0”表示；负逻辑中，高电平用逻辑“ 0”表示，低电平用逻辑“ 1”表示。逻辑电路的输入与输出仅表示某种逻辑状态（“1”或“ 0”），而不表示具体的数值。由于在数字电路中只关心信号的有无即电位的相对高低， 故多少伏以上算为高电平、 多少伏 以下算为低电平，不同场合，规定有所不同。3. 门电路的基本功能集成门电路是组成各种数字电路的基本单元， 它是一种条件开关电路， 它的输出信号与 输入信号之间存在着一定逻辑关系，基本逻辑关系是与门、或

3、门、非门三种。与、或、非、 与非、 或非和异或等基本逻辑门电路为常用的门电路， 表达它们的逻辑关系用真值表、 逻辑 表达式和逻辑符号。图 1.9a.2 是 TTL 与非门 74LS00 的逻辑电路及逻辑符号。 A ，B 为逻 辑门的输入端， Y 为输出端，当 A，B 中有一个端接低电平 0.2V 时，多发射极三极管 T1 中 必有一个发射结导通， 并将 T1的基级电位箝位在 UIL+0.7 V=0.9V 上。此时 T2，T5截止，T3 ， T4导通，输出为高电平 UOH。当 A，B 同时接高电平 UIH时， T2， T5导通， T3 ，T4截止， Tl的基级电位箝位在 2.1 V，输出为低电平

4、 UOL。输出与输入的逻辑关系为 Y=AB 。（a） 与非门 逻辑符号（b） 逻辑电路图 1.9a.2 74LS00 逻辑电路 逻辑符号4. 数字集成电路的引脚识别及型号识别 集成电路的每一个引脚各对应一个脚码， 每个脚码所表示的阿拉伯数字 （如 l，2，3， ） 是该集成电路物理引脚的排列次序。 使用器件时， 应在手册中了解每个引脚的作用和每个引 脚的物理位置，以保证正确地使用和连线。从图 1.9a.2 可见，双列直插式集成与非门电路CT74LS00 。集成电路有定位标识，帮助使用者确定脚码为 l 的引脚； 定位标识有半圆和圆点两种 表达形式，最靠近定位标识的引脚规定为物理引脚的第 l 脚，

5、脚码为 l，其他引脚的排列次 序及脚码按逆时针方向依次加 l 递增。器件的型号：CT74LS00 C（ 或 M） J （或 D 或 P 或 F） 说明： C：中国； T：TTL 集成电路： 74：国际通用 74 系列（如果是 54，则 表示国际通用 54 系列） ，LS ：低功耗肖特基电路， 00：器件序号为四 2 输与非门； C： 商用级 （工作温度 O70），M：-55125 （只出现在 54 系列 ）； J：黑瓷低熔玻璃双 列直插封装， D ：多层陶瓷双列直插封装， P：塑料双列直插封装， F：多层陶瓷扁平封装。如果将型号中的 CT 换为国外厂商缩写字母， 则表示该器件为国外相应产品的同

6、类型号。 例如，SN 表示美国得克萨斯公司， DM 表示美国半导体公司， MC 表示美国摩托罗拉公司， HD 表示日本日立公司。集成电路元件型号的下方有一组表示年、 周数生产日期的阿拉伯数字， 注意不要将元件 型号与生产日期混淆。5. 数字电路的测试 常对组合数字电路进行静态和动态测试， 静态测试是在输入端加固定的电平信号， 测 试输出壮态， 验证输入输出的逻辑关系。 动态测试是在输入端加周期性信号， 测试输入输出 波形， 测量电路的频率响应。 常对时序电路进行单拍和连续工作测试， 验证其状态的转换是 正确。本实验验证集成门电路输入输出的逻辑关系， 实验在由计算机电路基础实验箱和相关 的测试仪

7、器组成的物理平台上进行。计算机电路基础实验箱广泛地应用于以集成电路为主要器件的数字电路实验中， 它的主 要组成部分有：(1) 直流电源：提供固定直电源和可调电源。(2) 信号源：单脉冲源(正负两种脉冲)；连续脉冲。(3) 逻辑电平输出电路：通过改变逻辑电平开关状态输出两个电平信号：高电平“1”和低电平“ 0”。(4) 逻辑电平显示电路： 电平显示电路由发光二极管及其驱动电路组成， 用来指示测试 点的逻辑电平。(5) 数码显示器：数码显示器由七段 LED 数码管及其译码器组成。(6) 元件库：元件库装有电位器， 1 电阻，电容，二极管。(7) 插座区与管座区：可插入集成电路，分立元件。6. 集成

8、门电路功能验证方法选定器件型号， 查阅该器件手册或该器件外部引脚排列图， 根据器件的封装， 连接好实 验电路，以测试 74LS00 与非门的功能为例：图 1.9a.2 74LS00 的封装正确连接好器件工作电源： 74LS00 的 1 4 脚和 7 脚分别接到实验平台的 5 V 直流电源 的“+5 V和“ GND ”端处， TTL 数字集成电路的工作电压为 5 V(实验允许 5的误差 )。连接被测门电路的输入信号： 74LS00 有四个二输入与非门，可选择其中一个二输入与 非门进行实验，将输入端 A,B 分别连接到实验平台的“十六位逻辑电平输出” 电路的其中 两个输出端。连接被测门电路的输出端

9、：将与非门的输出端 Y 连接到“十六位逻辑电平显示”电路 的其中一个输入端。确定连线无误后，可以上电实验，并记录实验数据，分析结果。 通过开关改变被测与非门输入端 A，B 的逻辑值，对应输入端的 LED 指示灯亮时为“1”， 不亮时为“ 0”。观测输出端的逻辑值， 对应输出端的指示灯 LED 亮红色时为 “1”，亮绿色时为 “ 0”。 不亮表示输出端不是标准的 TTL 电平。由于 S1，S2 共有四种开关位置的组合，对应了被测电路的四种输入逻辑状态，即00，01， 10， 11，因而可以改变 S1，S2 开关的位置，观察“十六位逻辑电平输入及高电平显示 电路中的 LED 的亮 （表示“ l ”

10、）和灭 （表示“ 0”），以真值表的形式记录被测门电路的输出 逻辑状态。观测逻辑值时， 用万用表测量出对应的电压值， 验正 TTL 电路逻辑值与电压值的关系。 比较实测值与理论值，比较结果一致，说明被测门的功能是正确的，门电路完好。如 果实测值与理论值不一致， 应检查集成电路的工作电压是否正常， 实验连线是否正确， 判断 门电路是否损坏。7. 故障排除方法在门电路组成的组合电路中， 若输入一组固定不变的逻辑状态， 则电路的输出端应按 照电路的逻辑关系输出一组正确结果。 若存在输出状态与理论值不符的情况， 则必须进行查 找和排除故障的工作，方法如下：首先用万用表 （直流电压挡 ）测所使用的集成电

11、路的工作电压，确定工作电压是否为正常 的电源电压 （TTL 集成电路的工作电压为 5 V，实验中 475525 V也算正常 ），工作电压 正常后再进行下一步工作。根据电路输入变量的个数， 给定一组固定不变的输入状态， 用所学的知识正确判断此时 该电路的输出状态，并用万用表逐一测量输入、输出各点的电压。逻辑“l”或逻辑“ 0”的电平必须在规定的逻辑电平范围内才算正确， 如果不符， 则可判断故障所在。 通常出现的故 障有集成电路无工作电压，连线接错位置，连接短路、断路。8 TTL 集成电路的使用注意事项（1）接插集成块时，认清定位标识，不允许插错。（2）工作电压 5 V，电源极性绝对不允许反接。（

12、3）闲置输入端处理： 悬空。相当于正逻辑“ l”， TTL 门电路的闲置端允许悬空处理。中规模以上电路和 CMOS 电路不允许悬空。 根据对输入闲置端的状态要求，可以在VCC 与闲置端之间串入一个 l 10 k电阻或直接接 VCC，此时相当于接逻辑“ 1”。也可以直接接地，此时相当于接逻辑“0。 输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当尺R 680 （关门电阻 ）时，输入端相当于接逻辑“ 0：当 R 4.7k （开门电阻 ）时，输入端相当于接逻 辑“ 1”。对于不同系列器件，其开门电阻 R 0N与关门电阻 R 0FF的阻值是不同的。（4）除三态门 （TS）和集电极开路 （O

13、C）门之外，输出端不允许并联使用。（5）输出不允许直接接地和接电源， 但允许经过一个电阻 R后，再接到直流 +5 V，R取 3 5.1 k 。1.9a.4 实验内容1. 验证 74LS08（与门）、74LS32（或门）、74LS04（非门）、74LS00（与非门 ） 、74LS86（异或门 ） 的功能将被测芯片插入实验区的空插座 ,连接好测试线路 ,拨动开关 ,改变输入信号 ,观测输 入输出端的逻辑值时， 并用万用表测量出输出端对应的电压值， 验正 TTL 电路的逻辑功能 , 记录实验数据。2. 利用 74S00与非门组成非门， 2输入与门 ,2输入或门电路，画出实验电路图，并测 试其逻辑功能

14、，验证结果。3. 测试用“异或”门和“与非”门组成的半加器的逻辑功能 根据半加器的逻辑表达式可知，半加器的输出的和数 S 是输入 A、B（二进制数）的“异 或”，而进位数 C是 A、B 的相“与”，故半加器可用一个集成“异或”门和二个“与非” 门组成，如图 1.9a.3 所示。 在实验箱上用“异或”门 （74LS86）和“与非”门连接图 1.9a.3 所示逻辑电路。输入端 A、 B 接“逻辑电平”开关，输出端 S、C接“电平显示”发光二极管。 通过电平开关改变输入 A 、B 的逻辑状态置位， 观测输出端的逻辑状态， 列表记录。SC图 1.4a.3 半加器的逻辑电路1.9a.5 实验过程实验 1

15、 过程1、将电路如下图电路图连接，注意，引脚 源，其中，因实验室条件限制，需将一个7 需接地，引脚 14 接 5V 直流稳压电14引脚电路板接到 16 引脚接口上，注意，管脚 7接地， 16接 5V直流稳压电源2、其中， 74LS04（非门 ）为单输入单输出，仅将K1 接到引脚 1 上，并将引脚 2作为输出连接到显示器上。3、其中，实验时，设定 K1 作为输入 A，K2作为输入 B，观察显示信号灯 黄灯 =1，红灯 =0 。实验数据如下：输入输出 Y74LS0874LS3274LS0474LS0074LS86ABYU/VYU/VYU/VYU/VYU/V0000.0300.2013.5813.5

16、300.157175572511780100.0313.5113.5813.5313.54694507254841000.0313.5100.0613.5313548689519615531115.0013.5100.0600.1800.185154961394814实验 2 过程：设计电路图，因为每一块电路板都可以看做由 4 个基本逻辑门组成， 所以需要相同的逻辑门，只需使用另一组相应管脚就行了。（管脚分配的示意标在图上）1&3 A BB7474LS00（与非门 ）组成与门6CABC7474LS00（与非门 ）组成或门7474L2S 00（与非门 ） 组成非门输入非门与门或门AB00100011011000111011实验 3 过程按照如下电路图连接电路。（管脚分配的示意标在图上）输入输出ABCS00000101100111101.9a.4 思考题1. 如何用 74LS32实现 4 输入或门功能 ? 如何用74LS08实现 4 输入与门功能 ?CABD74LS32实现 4 输入或门功能用 74LS08 实现 4 输入与门功能与用74LS32 实现 4