小規(guī)模集成芯片電氣特性測試的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課適用專業(yè)與學(xué)時(shí)學(xué)分：實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的實(shí)驗(yàn)方式與基本要求實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容實(shí)驗(yàn)成績與考核實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題故障檢測與排除實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的

本實(shí)驗(yàn)課是大學(xué)有關(guān)理工類專業(yè)一門重要基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)課。該實(shí)驗(yàn)課重在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字電路的實(shí)踐技能，不僅要求學(xué)生完成基本實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)，還要學(xué)會設(shè)計(jì)中小型數(shù)字系統(tǒng)的工程方法，并能獨(dú)立完成調(diào)試過程。

目的是使學(xué)生更好地鞏固和加深對理論知識的理解，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生的工程素質(zhì)，通過實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和今后工作打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)方式（1）完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)必須提交本次實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)報(bào)告。（2）由指導(dǎo)教師講解實(shí)驗(yàn)的基本要求、任務(wù)、操作步驟及注意事項(xiàng)。（3）在教師的指導(dǎo)下，完成本專業(yè)必修的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和選修的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。（4）一人一組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)基本要求（1）掌握數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱等常用儀器的基本原理、功能及其使用方法。

（2）掌握常用數(shù)字集成電路的主要參數(shù)及邏輯功能的基本測試方法、器件優(yōu)劣的判斷。

（3）具有使用儀器查找和排除電路故障的能力，能根據(jù)電路原理對故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，借助相關(guān)儀器，逐步縮小故障范圍，排除故障。（4）通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步掌握數(shù)字電路的綜合分析與設(shè)計(jì)方法。

序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱內(nèi)容提要實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)類型1小規(guī)模集成芯片電氣特性測試和電子儀器的使用

數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、進(jìn)一步熟悉示波器和數(shù)字萬用表的使用，TTL芯片性能和參數(shù)的測定必修驗(yàn)證2組合邏輯電路一SSI/MSI組合邏輯電路的功能測試與設(shè)計(jì)：①原碼/反碼發(fā)生器；②全加器的邏輯功能測試及應(yīng)用；③碼制轉(zhuǎn)換；④數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能的測試及其應(yīng)用；⑤（74LS153）雙四選一數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)一個(gè)四變量組合邏輯函數(shù)。

必修驗(yàn)證3組合邏輯電路二譯碼器的邏輯功能的測試及其應(yīng)用：①雙二--四線譯碼器（74LS139）；②三--八線譯碼器（74LS138）；③用譯碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分配器；④用74LS139實(shí)現(xiàn)三—六或三—七線譯碼。

必修綜合4觸發(fā)器及其應(yīng)用①觸發(fā)器邏輯功能的測試；②觸發(fā)器邏輯功能的相互轉(zhuǎn)換和應(yīng)用；③采用邊沿JK（74LS112）、D（74LS74）觸發(fā)器和三--八線譯碼器構(gòu)成一個(gè)流水燈電路。必修綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排5計(jì)數(shù)器和譯碼顯示器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用；移位寄存器及其應(yīng)用①計(jì)數(shù)器和移位寄存器邏輯功能的測試；②利用給定計(jì)數(shù)器（74LS161、74LS191）實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)器；③通過數(shù)碼管或LED顯示計(jì)數(shù)器的狀態(tài)；④采用雙向移位寄存器（74LS194）設(shè)計(jì)任意模值的環(huán)形和扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。必修綜合6基于Multisim8的仿真實(shí)驗(yàn)簡易數(shù)字頻率計(jì)/交通燈仿真設(shè)計(jì)必修綜合7基于QuartusII的原理圖輸入數(shù)字電路設(shè)計(jì)在QuartusII軟件環(huán)境下，用原理圖方式設(shè)計(jì)8位流水燈，并進(jìn)行時(shí)序仿真。必修綜合8基于VHDL的時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)在QuartusII軟件環(huán)境下，（1）將上次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的順序脈沖發(fā)生器下載到PLD器件中，驗(yàn)證邏輯功能；（2）用VHDL語言描述12進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，并下載到PLD器件中驗(yàn)證邏輯功能。選修設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成績與考核（1）學(xué)生第一次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，按學(xué)號順序與實(shí)驗(yàn)臺編號依次

固定座次，以后每次實(shí)驗(yàn)均按該方法固定自己的實(shí)驗(yàn)臺。（2）學(xué)生所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等應(yīng)符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求（經(jīng)教師認(rèn)可），評分，記入平時(shí)成績。學(xué)生整理好自己的實(shí)驗(yàn)臺后方可離開實(shí)驗(yàn)室。

（3）未完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生利用該周星期六和星期天另行補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)。（4）指導(dǎo)教師檢查預(yù)習(xí)報(bào)告和批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，評分，記入平時(shí)成績冊，平時(shí)成績占該實(shí)驗(yàn)課總成績的70%。（5）在完成該教學(xué)實(shí)驗(yàn)后，安排一次綜合性實(shí)驗(yàn)考試，考試內(nèi)容由學(xué)生抽簽確定，考試過程中由指導(dǎo)老師當(dāng)場評分，該實(shí)驗(yàn)考試成績占實(shí)驗(yàn)總成績的30%。 采用教材采用教材

《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》電子基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心編著四川大學(xué)出版2005.8參考資料《數(shù)字邏輯》毛法堯高等教育出版社2000.7《電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）》康華光高等教育出版社2000.6《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》閻石高等教育出版社1998.11《電路與電子學(xué)》劉淑英等電子工業(yè)出版社2002.3實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題電路設(shè)計(jì)問題

在數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。布線問題做到認(rèn)真、合理地布線：

1.設(shè)計(jì)電路，畫出邏輯電路圖，并標(biāo)出各管腳號，將所用芯片所有端（數(shù)據(jù)輸入，使能、清零、置位等端子）預(yù)先標(biāo)記：接電源、地或外部輸入信號等，為實(shí)驗(yàn)布線打好基礎(chǔ)。2.布線時(shí)，先將電源和地線接好（包括使能端、清零端等），再按信號的輸入輸出關(guān)系連好電路，需要經(jīng)常變換的信號線最后接。3.接好后，對照電路圖仔細(xì)核對后，再打開電源，開始實(shí)驗(yàn)測試。故障鼠檢測象與排鈔除用設(shè)惕計(jì)好勞的數(shù)差字電黃路進(jìn)克行實(shí)逆驗(yàn)，合電路葬達(dá)不執(zhí)到預(yù)拼期的廚邏輯藍(lán)功能豬時(shí)，攀如果畢是組陡合電貞路，糾說明餃電路競沒能祥按真狡值表擔(dān)工作讓；如馬是時(shí)石序電豎路，鍋說明薯電路訴沒能倘按狀施態(tài)表憐工作庭，均樸表明爬電路亞存在智故障尚。發(fā)現(xiàn)蛾和排攻除故簽障主皆要掌略握數(shù)劃字電孫路是雞一個(gè)巖二元吐系統(tǒng)恨（只污用“0”和“1”兩種單狀態(tài)僑）的漠特點(diǎn)昂，利胳用“邏輯補(bǔ)判斷”方法忽：1.完成圖布線刻后應(yīng)漸檢查縣一遍班，以窗查出良漏接苦和錯(cuò)任接的杠導(dǎo)線判。2.檢查害電源抖是否耳正常舌，芯友片是炎否發(fā)咽燙，膜如是兔，則推立即握斷電倉。3.用邏下輯筆炎查出邀斷線慌、引熊線虛越接等磚。按講照電身路的弓邏輯尤功能被，分出別檢婚查各磨級電第路的銳輸入喝輸出千是否或正常進(jìn)。4.對于熔有故益障的網(wǎng)多級丹電路弄，為正減少寇調(diào)測卸工作楚量，貞可將溝可疑陳范圍疫分成彼兩個(gè)悅區(qū)，陵分別軋檢測諷。5.如果腸懷疑喜芯片好壞了躁，對冠于SS拿I或簡和單功抖能的MS嘆I，可經(jīng)以通避過測棕試它橋的邏戴輯功膜能，榮迅速般判斷花芯片絹的好想壞。實(shí)驗(yàn)提箱面敞板介福紹電源縮慧開關(guān)LED發(fā)光二極管顯示區(qū)（共12個(gè)）連線區(qū)邏輯開關(guān)區(qū)（12個(gè)）單脈沖連續(xù)脈沖邏輯筆七段數(shù)碼管顯示區(qū)BCD碼輸入（1）熟栽悉數(shù)去字電趣路實(shí)喚驗(yàn)箱檢的基饅本功僵能和壞使用盆方法泰，進(jìn)妄一步熟蘋悉示閥波器櫻和數(shù)征字萬物用表亮的使曉用。（2）掌子握TT糟L與非慢門基慨本電獨(dú)參數(shù)蔽的測財(cái)試方牽法，搬了解TT亂L集成廈電路徐的參咬數(shù)規(guī)演范。實(shí)驗(yàn)痰目的（1）實(shí)陸驗(yàn)器梢件:T靜TL芯片74勁LS議00。（2）實(shí)申驗(yàn)設(shè)侵備：彩數(shù)字竄電子鬧技術(shù)尊實(shí)驗(yàn)壤箱1臺，碰雙蹤剃示波扛器1臺，幣臺式康萬用早表。2.實(shí)驗(yàn)諸儀器房誠及器賞件實(shí)驗(yàn)烘一小規(guī)阿模集顧成芯首片電醒氣特魯性測窩試3.實(shí)驗(yàn)削原理門電駕路特冷性參礎(chǔ)數(shù)的階好壞拍，在自很大熱程度晚上影鄉(xiāng)豐響整孔個(gè)電細(xì)路工作的濃可靠析性。選用TT掙L7威4L液S0林0二輸熟入端耍四與軋非門解進(jìn)行沿參數(shù)爐的實(shí)園驗(yàn)測君試，以掌炎握門賴電路無主要宴參數(shù)固的意濤義和零測試寫方法墻。參數(shù)吵按時(shí)今間特逃性分剝兩種佳：靜游態(tài)參黃數(shù)和萬動(dòng)態(tài)恰參數(shù)志。靜態(tài)州參數(shù)樹：指電拌路處渴于穩(wěn)棟定的恐邏輯羊狀態(tài)眨下測鄉(xiāng)豐得的惑各項(xiàng)矩技術(shù)陵參數(shù)甲，如門義電路嚼的低督電平茅輸入釋電流允等；動(dòng)態(tài)怕參數(shù)喉：指邏多輯狀堪態(tài)轉(zhuǎn)劈燕換過萍程中扒與時(shí)搶間有彩關(guān)的捏參數(shù)昏，如消門電費(fèi)路的平均檔傳輸里時(shí)間抓等。74黃LS叼00芯片福邏輯偽功能蚊：“有低糟出高斑，全證高出殿低”（1）空芹載導(dǎo)赴通功肢耗Pon和黎空載蜓截止功耗Pof走f。Po涼n：與擋非門宮輸入資端全襪為高雅電平城時(shí)，蚊輸出犯端為莖低電后平且遞不接桿負(fù)載茫時(shí)的案功率躁損耗陪，即Pon=家Vcc·良Icc箱lPo壁ff：與豪非門紀(jì)輸入論端至扎少有周一個(gè)狹為低遣電平耗時(shí)，溫輸出才端為銀高電泄平且駐不接各負(fù)載童時(shí)的企功率悼損耗拒，即Pof老f=消Vcc·趴Icc凱hVcc－電務(wù)源電廳壓；Icc緒l－導(dǎo)姓通電解源電曾流；Icc速h－截己止電餅源電抱流。圖1空載阿導(dǎo)通報(bào)功耗Po娛n和空秘載截止毒功耗Po急ff的測貨試電厲路圖相關(guān)出測試溪參數(shù)（2）輸慌入短去路電連流IIS又稱康低電肢平輸免入電敢流IIL指：會一個(gè)耗輸入宅端接透地，蘋其他粒輸入捐端懸空啄時(shí)，沃流過閑該接天地輸甲入端析的電解流。測試何電路擠如圖霜所示波。（3）輸梨入高居電平午電流IIH指：疫一個(gè)盟輸入謀端接住高電術(shù)平，肌其余檔輸入戲端接地錦時(shí)，深流過玩該高衡電平請輸入摧端的局電流浪。測試劑電路嫁如圖談所示饑。（4）輸懂出高尖電平VOHVOH指：我輸出侮不接袍負(fù)載桌，當(dāng)佩與非遭門有鳴一個(gè)刑以上慨輸入端為騾低電惡平時(shí)轟的電才路輸推出電納壓值勵(lì)。測試咸電路道如圖爪所示刺。（5）輸肆出低近電平VOL指：脅與非襖門所膜有輸涌入端啊均接高電芬平時(shí)忽的輸斥出電鏟壓值情。測試應(yīng)電路匆如圖蓋所示廳。輸出詞高電尊平VO偉H和壞輸出貨低電怨平VO燈L的測衣試電頓路圖（6）電餅壓傳努輸特過性曲釀線、憶開門態(tài)電平Vo勝n和碑關(guān)門旬電平Vo駕ff保證的輸出不高騎于標(biāo)準(zhǔn)污低電抹平USL時(shí),允許懶的輸誦入高判電平湊的最胳小值社。稱賄為開門鑄電平Vo眠n。保證姻輸出不小同于標(biāo)準(zhǔn)搖高電歪平USH時(shí),允許籃的輸框入低廊電平求的最問大值蘿。稱為關(guān)門先電平VOF頁F。（7）平壞均傳肉輸延軍遲時(shí)戰(zhàn)間tp曲d平均磁傳輸嫩延遲聽時(shí)間嘴是衡襖量器頃件開雜關(guān)速功度的巧重要灘指標(biāo)掌。一決般情賓況下基，低內(nèi)速組柱件約膛為40～16塑0n肝s，中定速組榆件tp羞d約為15～40種ns，高回速組分件tp拾d約為8～15屋ns，超懷高速姓組件tp隨d＜8n蔬s。組件怪平均鋪傳輸蹦延遲顧時(shí)間臥的近艦似計(jì)傭算方喜法：tp盼d＝T/蹄6，其送中T為用亞三個(gè)耗門電拍路組察成振準(zhǔn)蕩器凱的周曉期。平均睡傳輸壤延遲急時(shí)間tp乳d的測緩試電擋路如類圖所冤示。4.實(shí)驗(yàn)義內(nèi)容題及步嶺驟：TT約L與非禽門參去數(shù)測眾試（1）空語載導(dǎo)搞通功呆耗Po僑n和盤空極載截袍止功尖耗Po錦ff的測女試。讀出魂電流奇值Ic頑cL、Ic重cH和電扔壓值Vc身c，記由入表1中。（2）盈高電榨平輸討入電咽流II渡H和交低電釀平輸嚴(yán)入電喚流II叼L的測族試。讀出浸電流枯表上續(xù)顯示榜電流槐值記定入表1中。（3）桑輸出脹高電社平VO京H和掙輸出磨低電亡平VO要L的測耳試。讀出饅電壓寨表上抹顯示爭電壓充值記正入表1中。（4）電危壓傳谷輸特烈性曲享線，物確定杜開門呢電平Vo敞n和關(guān)穗門電梳平Vo廊ff。按測淺試電里路連朗線，尚旋轉(zhuǎn)雄電位類器RW，使Vi逐漸古增大境，同樸時(shí)讀秒出Vl和V2值，沉其中Vl值為岔輸入哈電壓基，V2為輸椒出電沾壓。將V1和V2記入表2中，喉并繪模出V1奮-V悠2的曲白線，即議電壓逐傳輸怕特性呈曲線謎。（5）平濱均傳聾輸延沃遲時(shí)薄間tp平d的測其試。從示協(xié)波器妖中讀餅出振鼓蕩周賊期T，用鹽公式好算出tp堤d，記暑入表1中。實(shí)驗(yàn)攏一小規(guī)陪模集挽成芯批片電紋氣特吹性測