一种常用数字电路芯片功能检测系统
刘 艳， 高 茜， 张 斌， 景 昊， 唐海贤
【摘 要】开发了一种芯片功能检测系统，该系统基于实践教学中的与非门、反相器、数据选择器、计数器、译码器、显示译码器等常用芯片进行设计，由上位机和硬件电路两部分组成。上位机用以实现对芯片功能表或真值表的输入、管理及发送；硬件电路负责接收功能表或真值表信号并完成芯片的检测，得出芯片是否损坏或功能是否正常的结果，并显示或报警。本系统可以降低数字电路实践中检测芯片的难度和复杂度，并提高准确度，为实验结果的正确性奠定了基础。
【期刊名称】实验室研究与探索 【年(卷),期】2017(036)005 【总页数】4
【关键词】数字电路； 芯片检测； 实践教学 【文献来源】
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_research-exploration-
laboratory_thesis/0201212949925.html
0 引 言
伴随数字电子技术的发展与壮大使得全球信息化进程得到发展[1]。“数字电子技术”课程是高等学校电气类、电子信息类、自动化、机电类和计算机类专业的重要必修基础课程，课程的显著特点之一是它的实践性。文献[2-4]中注重将理论与实践相结合，证实了数字电子技术在实践中的重要性；文献[5-6]中强调了仿真软件在数字电子技术学习过程中的重要性。
在实践教学过程中，所使用芯片的完好性是达到实验效果的前提。最常用的芯
片检测方式是手工检测，即通过手工连线、搭建电路，根据芯片的功能表或真值表给相应引脚提供输入电平，观察对应功能引脚的电平输出，判断芯片是否完好。这种方法效率不高，需要连接复杂的线路，不断地切换输入开关，检测结果可靠性不高。因此，设计一种电路简单、操作方便、结果可靠的芯片检测装置或系统，能提高数字电路实践课程中的教学和学习效率，方便教师和学生将时间和精力投入到更深层次的实验教学和学习中。文献[7-8]中对自动检测芯片装置利用单片机做过研究，完成一套针对74系列芯片的检测装置，但针对的芯片范围较小。
本文针对传统手工检测芯片的不足，在数字电路实践教学中，针对与非门、反相器、数据选择器、计数器、译码器、显示译码器等常用芯片，设计了一种基于数字电路实验的常用芯片检测系统，以检测数字电路实验中大多数芯片的功能是否正常，保证数字电路实践教学的顺利进行。
1 系统整体设计
系统针对常用数字电路芯片设计，测试硬件应满足不同引脚个数和排列，而且能根据芯片不同提供不同功能表或真值表。分析前述常用芯片特点可知，其工作电压大多为5 V，引脚数大多为14或16，且对于14引脚的芯片，第14号引脚为VCC，第7号引脚为GND；对于16引脚芯片，第16号引脚为VCC，第8号引脚为GND[9-11]。针对这些共同点，系统的硬件电路为包括16引脚的芯片插座以及控制、显示芯片检测结果部分；灵活输入功能表或真值表的功能由上位机提供，包括待检测芯片各种信息，如芯片引脚数量、各引脚的功能以及芯片的真值表等。上位机和硬件系统通过串口连接：上位机通过RXD线将待检测芯片的相关信息发送至硬件电路，硬件电路便可根据接收到的数据对芯
片极性自动检测，显示芯片检测结果并通过TXD线将检测结果发送至上位机，上位机亦可显示芯片检测结果。
常用芯片损坏通常有两种表现形式：① 芯片的VCC和GND引脚短路(即连通)，芯片硬件损坏；② 芯片的输入输出电平与真值表不符，功能紊乱。为了保证硬件电路不受被检测芯片的影响，能够独立工作，必须对VCC和GND引脚连通的情况进行单独检测。硬件电路结构示意图见图1。图中外围电路主要由LED、蜂鸣器、拨码开关、芯片插座、继电器以及串口模块组成。LED和蜂鸣器用于显示芯片检测结果，若芯片正常，LED亮，否则，蜂鸣器响；拨码开关用于选择本芯片检测系统的工作模式；芯片插座用于插接待检测芯片；两个继电器用于切换14引脚芯片和16引脚芯片的检测以及配合检测芯片的VCC、GND是否连通；串口模块用于程序的下载，接收上位机发送的待检测芯片的真值表以及发送芯片检测结果至上位机[12-13]。
芯片检测系统的上位机需要加载真值表，将真值表发送至硬件电路以及等待硬件电路回复芯片检测结果并显示，其工作流程见图2所示。
2 上位机设计
上位机部分可以实现对芯片功能表或真值表的输入、管理和发送，具体有：功能表或真值表的加载与保存，将功能表或真值表发送至硬件电路。功能表或真值表的加载有两种方式:① 手动输入真值表；② 从文件中导入真值表。手动输入真值表时，首先要对其相关参数进行设定，包括串行通信相关参数[14]和待检测芯片相关参数。待检测芯片相关参数主要为芯片的引脚数以及每个引脚的功能，包括输入、输出、接地和时钟，分别用I、O、GND和CLK表示。参数设置完成后，即可在上位机界面右侧表格中输入该芯片的真值表，如图3(a)所
一种常用数字电路芯片功能检测系统
