基于單片機的74系列數字芯片檢測器的設計

翟麗杰

（渭南師范學院 物理與電氣工程學院，陜西 渭南　714099）

基于單片機的74系列數字芯片檢測器的設計

翟麗杰

（渭南師范學院 物理與電氣工程學院，陜西 渭南714099）

為了快速識別未知芯片的類型，設計了以MCS-51單片機為核心，可以完成對74LS00、74LS02、74LS08、74LS14、74LS74、74LS86等14腳芯片的型號檢測的數字芯片檢測器。該芯片檢測器利用手動按鍵進行控制操作，液晶顯示屏顯示檢測結果。測試結果表明，該設計能夠準確地檢測出芯片的型號和功能完整性，操作簡易，測試速度快，結果直觀，準確率高，成本低。

集成電路測試；74系列（14腳）芯片；MCS-51單片機；芯片識別

隨著電子行業的蓬勃發展數字集成芯片的應用越來越多，近幾年高校電子類專業的學生在實驗中對于中小規模的數字集成芯片需求量越來越大［1］。這些數字芯片被反復使用過程中因為學生的不規范操作，往往會出現各種各樣的問題，給實驗的完成帶來了許多不確定性的失敗因素。因此，在實驗教學中為了節省檢測數字芯片的時間，提高教學效率，設計和開發物美價廉可以快速甄別數字芯片的型號和功能完整性的數字芯片檢測設備，對于提高實驗教學效果和培養學生動手能力都具有重要意義［2］。

因此文中設計了簡易便攜的針對74系列的數字芯片檢測器。該數字芯片檢測器設以MCS-51單片機為核心，可以完成對74LS00、74LS02、74LS08、74LS14、等14腳芯片的型號檢測的數字芯片檢測器。該芯片檢測器利用手動按鍵進行控制操作，液晶顯示屏顯示檢測結果。

1　數字芯片檢測器的總體系統方案設計

針對常用的14腳74集成數字芯片，該數字芯片檢測器是以51單片機為核心，建立一個可升級的微型數據庫，通過外部電路與液晶顯示屏連接實現結果的顯示。該系統可以脫機工作，便攜性強。在擴展檢測的芯片時對數據庫升級即可。圖1為數字芯片檢測器設計框圖。

圖1　數字芯片檢測器的設計框圖

2　數字芯片檢測器的硬件設計

由前面介紹的系統總體方案的設計，硬件設計中最主要的是51單片機最小系統模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊，這里分別進行介紹。

2.1單片機模塊設計

數字芯片檢測器在設計時只需要一個單片機最小系統就可以滿足硬件中的控制和存儲的需求，不用外接存儲器或者I/O接口。單片機最小系統最主要部分是MCS-51單片機，它包含有時鐘電路和復位電路，且單片機的時鐘電路和復位電路主要體現在按鍵控制模塊中［3］，正常工作時外部只需電源供電即可，單片機最小系統自身含有用戶的程序存儲器，用戶程序可以寫入到內部只讀程序存儲器中［4］，微型數據庫的存儲量過大時只需增加存儲模塊即可。

2.2液晶顯示屏模塊設計

數字芯片檢測器設計中應用的是標準的16個引腳接口的1602字符型液晶顯示模塊，相對于其它的液晶顯示屏來說，LCD1602用 5 V電壓來驅動，盡管不能顯示漢字，但是它可以顯示兩行，每行16個字符，它本身內部含有128個字符的ASCII字符集字庫，并且價格便宜，外形比較輕巧，更適用于重復使用［5］。

每當更換不同芯片進行檢測時必須對液晶顯示屏進行初始化，否則液晶顯示屏將無法正常顯示，液晶顯示屏的初始化可以通過單片機的復位電路來實現，該過程包含清屏、功能重新設置、開關顯示設置、輸入方式設置等四步。

2.3按鍵電路模塊設計

按鍵輸入電路圖如圖2所示。按鍵電路在設計時，通過把S1、S2、S3分別與單片機的P3.5、P3.6、P3.7的端口相連，單片機根據輸出電壓的的變化來控制按鍵的斷開或者閉合，從而達到手動控制數字芯片檢測器的目的。S1可以對微型數據庫中的不同程序進行篩選，選擇出需要測試的芯片型號，插入數字芯片后，按下S2鍵后數字芯片檢測器開始運行，S3可以對液晶顯示屏清屏以實現程序之間的轉換。

圖2　按鍵控制電路

3　數字芯片檢測器的軟件設計

數字芯片檢測器的主體部分C51單片機，在它工作時需要實現存儲和控制的雙重目的，因此在軟件設計時必須使軟件系統模塊化［6］。數字芯片檢測器的軟件系統可以分為：初始化程序模塊、按鍵控制程序模塊、被檢測數字芯片的檢測程序模塊、LCD顯示程序模塊。

初始化程序主要是P0、P1、P2、P3端口的設置，液晶顯示屏和LED初始化的設置。

數字芯片檢測程序的作用主要有兩方面，首先是給待測數字芯片一個輸入信號，其次是通過數字芯片的引腳，功能，真值表對輸出信號進行分析，與數字芯片的內部邏輯關系對比，最后將判斷結果傳送液晶顯示屏顯示芯片型號，同時通過LED指示燈顯示好壞。

當被檢測的芯片功能正常時，LED燈滅，若被檢測的芯片功能不正常時，LED燈亮，給操作者報警提示。

圖3　系統軟件基本流程框圖

4　數字芯片檢測器的軟件系統仿真測試及測試結果

4.1同種類型的數字芯片的仿真測試

系統設計完成后，用Proteus軟件可以將 74系列中的LS00、LS02、LS14、CH08、CH74、CH86、HCT32D等雙排7腳的數字芯片中任意一種芯片進行仿真測試。仿真步驟如下：

1）按照預想的設計利用Proteus軟件模擬出芯片檢測器的測試過程；

2）以74LS00為例說明，在圖4的左上角選中74LS00，上面的方框內會出現如圖所示的芯片內部結構圖，把它拖入界面進行模擬可得到如圖4的模擬界面；

4）如果數字芯片的任何一個引腳有問題，液晶顯示屏山會顯示出“I don’t know！”，仿真結果如圖6所示。

4.2不同類型的數字芯片的仿真測試

以74LS00、74HC00、74HCT32D等3種數字芯片進行仿真測試，用Protues軟件進行檢測的步驟和同種類型數字芯片的檢測步驟相同，測試結果統計如表1所示。

表1　不同類型芯片的檢測結果統計表

通過Protues軟件的仿真結果分析，數字芯片檢測器的軟件系統可以實現對74系列中不同類型或者同種類型的雙排7腳的數字芯片進行邏輯功能檢測，確定數字芯片的型號，功能是否正常，且操作簡單，測試結果準確率高。

圖4　74LS00模擬界面

圖5　74LS00仿真結果

圖6　芯片的仿真結果

5　結　論

數字芯片檢測器是以MCS-51單片機為核心設計的檢測數字芯片型號和功能正確性的儀器，基本可以實現對74LS系列中的雙排7腳芯片的型號和功能的正確性做出檢測。測試結果表明，該設計操作簡易，測試速度快，結果直觀，準確率高，成本低。

［1］郭玉霞，屈建余.MCS-51單片機原理與應用［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2010.

［2］姜巖峰，張曉波，楊兵.集成電路測試技術基礎［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［3］呂高，霍達.基于STC12C5A60S2單片機的溫度控制系統的研究與實現［J］.電力學報，2015（6）：85.

［4］朱海峰，龔科.基于PIC單片機的集成電路測試系統設計［J］.科技信息（學術版），2008（34）:97-98.

［5］徐速，李勝渝.單片機與PC機的串口通信［J］.重慶工商大學學報（自然版），2005，22（4）：360-363.

［6］吳芳友，牛小燕.基于實驗教學的芯片檢測裝置的開發［J］.杭州電子科技大學，2011，24（5）:1-2.

［7］鄧寶安，呂志剛，杜曉斌，等.基于MCS-51單片機的新型門禁控制器設計［J］.電子設計工程，2013（2）：103-105.

［8］唐敏.基于虛擬仿真軟件的單片機串行通信系統設計［J］.電子設計工程，2015（24）：126-128.

Design of 74 series digital chip detector based on single chip microcomputer

ZHAI Li-jie
（Department of Physics and Electronic Engineering，Weinan Teachers University，Weinan 714099，China）

In order to quickly identify unknown chip type，design a MCS-51 microcontroller as the core，using manual button control operation，LCD display test results of digital chip detector.The chip detector can complete the detection of 14 foot chip such as 74LS02，74LS08，74LS14，74LS00，74LS74，74LS86，etc.The test results show that the design can accurately detect the model and function of the chip，the operation is simple，the test speed is fast，the results are intuitive，the accuracy is high，and the cost is low.

integrated circuit testing；74 series（14 feet）chip；MCS-series microcomputer；chip recognition

TN602

A

1674-6236（2016）14-0149-03

2015-07-07稿件編號：201507063

渭南師范學院特色學科建設項目（14TCXK06）；陜西省軍民融合研究基金項目（15JMR12）

翟麗杰（1984—），女，山東聊城人，碩士研究生，講師。研究方向：高速實時信號處理、基于DSP的信號采集，網絡安全等。