院系：信息院
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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U IL+0.7 V=0.9V上。此时T2，T5截止，T3，T4导通，输出为高电平U OH。当A，B同时接高电平U IH时，T2，T5导通，T3，T4截止，T l的基级电位箝位在2.1 V，输出为低电平U OL。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。
图1.9a.2 数字集成电路的脚码及型号
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，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)
①②③④⑤
说明：①C：中国；②T：TTL集成电路：③74：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；④C：商用级(工作温度O～70℃)，M：-55"～125℃(只出现在54系列)；⑤J：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：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”)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4．75～5．25 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。
(3)闲置输入端处理：
①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。
②根据对输入闲置端的状态要求，可以在V CC与闲置端之间串入一个l～10 kΩ电阻或直接接V CC，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"。
③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 Ω(关门电阻)时，输入端相当于接逻辑“0"：当R≤4.7kΩ(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。
