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2.6 用Proteus 软件测试数字集成电路的方法
假设我们现在要使用一个陌生的数字集成电路芯片，在采用传统的测试数字集成电路功能的方法时要分以下步骤：
（1）使用集成电路前，要了解该集成电路的功能、内部结构、电特性、外形封装及功能表或真值表等（必要时要从网上下载详细介绍该芯片性能的“PDF”文件），使用时各项电性能参数不得超出该集成电路所允许的最大使用范围。
（2）购买该数字集成电路芯片，画出测试该数字集成电路基本特性的电路原理图，在面包板上或印制电路板上照图搭出实际电路，加上直流电源，还需要万用表、示波器和信号发生器等测试仪器的配合，才能完成对该数字集成电路芯片的性能测试。
（3）把该数字集成电路芯片用到开发的系统中。
若采用Proteus 软件来测试数字集成电路，上述第（2）步就可以简化。具体如下：无须一开始就购买数字集成电路芯片，只需在计算机上的Proteus 软件环境下，画出测试该数字集成电路基本特性的电路原理图，再通过单击鼠标来设定数字集成电路高低电平的输入，立即就可显示该数字集成电路应有的输出。这种方法调试还有一大优点，无须实际的万用表、示波器和信号发生器等测试仪器的配合，用同样在计算机上的虚拟示波器、虚拟信号发生器和虚拟电流电压表就可以了。这种调试方法方便、迅速，虽属“纸上谈兵”，但调试效果却并不比用“真刀真枪”调试的差。以下举几个例子说明测试数字集成电路功能的步骤和方法。
基础知识
查数字集成电路手册，可知CD4068是CMOS 4000系列集成电路中8输入与非/与门电路，其逻辑表达式为
CD4068的引脚排列如图2-30所示。用Proteus画出的CD4068 芯片功能测试图如图2-31所示。
在画图2-31时，首先要做的是把CD4068 芯片从元件库中选择出来。方法是：单击对象选择器窗口上方的“P”按钮，弹出“Pick Devices”对话框。在对话框“类别”栏下，单击“CMOS 4000 series”项，会显示出CMOS 4000系列的芯片列表，从列表中找到“4068”项后，双击一下，“4068”芯片就被选到对象选择器中了，如图2-32所示。
图2-30 CD4068引脚排列图
图2-31 CD4068 芯片功能测试图
图2-32 把CD4068 芯片选入对象选择器
接下来，是把图中需要的“逻辑状态”调试元件“
”或“
”和“逻辑探针”调试元件“
”选到对象选择器中。方法是：单击对象选择器窗口上方的“P”按钮，弹出“Pick Devices”对话框。在对话框“类别”栏下，单击一下“Debugging Tools”项，会显示出调试工具列表，从列表中找到“LOGICPROBE[BIG]”项后，双击一下，“LOGICPROBE[BIG]”就被选到对象选择器中了，如图2-33所示。用同样的方法，也可以把“LOGICSTATE”选到对象选择器中。此外，在图2-33中的“关键字”文本框中输入“LOGIC”，在结果栏也可以找到“LOGICPROBE[BIG]”和“LOGICSTATE”这两个调试工具。
图2-33 把LOGICPROBE[BIG]选入对象选择器
把图中要用的元件选到对象选择器后，用前面已介绍过的方法，将这些元件一一搬到图形编辑区的适当位置，放置时要用移动、以各种方式旋转和删除等命令调整好元件的姿态。最后，用线把这些元件连接起来，CD4068 芯片功能测试图就画成了，如图2-31所示。
功能测试
CD4068 芯片功能测试就是检测8输入与非门电路的输入和输出关系。首先，我们给如图2-34所示的8个输入端加不同的电平，只要在“逻辑探针”调试元件上单击一下，“逻辑探针”就会由红（1，代表高电位）变蓝（0，代表低电位）或由蓝变红，然后单击Proteus图屏幕左下角的运行键，系统开始运行，出现如图2-35所示的 CD4068 芯片功能测试结果图 1。从图中可见，CD4068 芯片的输出为高电位“1”。再给CD4068 芯片的8个输入端送不同的电平，发现输出不变，仍为高电位“1”。
图2-34 CD4068 芯片功能测试图及仿真按钮
只有给CD4068 芯片的8个输入端全送高电平时，输出才为低电位“0”，如图2-36所示。
图2-35 CD4068 芯片功能测试结果图（1）
图2-36 CD4068 芯片功能测试结果图（2）
总结
根据对8输入与非门电路CD4068 芯片功能的测试，确定：CD4068的8个输入端只要有一个输入低电平，输出就为高电平。只有所有8个输入端都输入高电平，输出端才能输出低电平“0”。
【注意】 CD4068的Proteus图上只有8输入与非门Y，而没有8输入与门W，实际的CD4068芯片上Y和W是都有的。
基础知识
CD4066是CMOS 4000系列集成电路中一种四双向模拟开关，其内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制3个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时，开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成开路。CD4066的引脚排列如图2-37所示。图中1I/O、2I/O、3I/O、4I/O为4个输入端，1O/I、2O/I、3O/I、4O/I依次为4个对应输出端，1CTL、2CTL、3CTL、4CTL依次为4个控制端。
用Proteus画出的CD4066 芯片功能测试图如图2-38所示。图中芯片的引脚名称与图2-37中所示CD4066引脚名称不同，这里X为输入端，Y为输出端，C为控制端。图中U2：A、U2：B、U2：C、U2：D就是4个电子模拟开关。CD4066的4个X脚和4个控制端C都和“逻辑状态”调试元件“
”或“
”连接，CD4066的4个Y脚通过限流电阻分别和4个发光二极管负极连接。4个发光二极管正极和正电源连接。当Y端输出低电位时，与之连接的发光二极管就会点亮。
图2-37 CD4066引脚排列图
图2-38 CD4066 芯片功能测试图
功能测试
首先，我们给CD4066 芯片的4个输入端送“0101”，给 4个控制端送“0000”，然后单击Proteus图屏幕左下角的运行键，系统开始运行，出现如图2-39所示的 CD4066芯片功能测试结果图 1。从图中可见，CD4066 芯片的输出Y上的发光二极管没有变化，仍不亮。这表明，当CD4066 芯片的4个控制端为低电位“0”时，4个模拟开关都不导通。
其次，我们仍给CD4066 芯片的4个输入端送“0101”，给 4个控制端送“1111”，将出现如图2-40所示的CD4066芯片功能测试结果图2。从图中可见，CD4066 芯片的输出Y上的发光二极管呈“0101”状态（亮为0，不亮为1）。这表明，当CD4066 芯片的4个控制端均为高电位“1”时，4个模拟开关都导通，并把输入的状态“0101”直接传到输出上，使输出和输入状态相同。
图2-39 CD4066 芯片功能测试结果图（1）
图2-40 CD4066 芯片功能测试结果图（2）
总结
根据对四双向模拟开关CD4066 芯片功能的测试，确定：当CD4066的四双向模拟开关中某一控制端为低电位时，对应的双向模拟开关不导通；当CD4066的某一控制端为高电位时，对应的双向模拟开关导通。
【注意】 凡属CMOS 4000系列的集成电路器件，因为输出的高、低电平电流很小（都小于1mA，见前面介绍过的四电流参数表），在实际使用中不能直接驱动发光二极管显示。测试时除了本例介绍的Proteus软件方法—既可以驱动发光二极管，也可以接“逻辑探针”调试元件外，只能用万用表或示波器测量输出端电位的高低。
基础知识
74LS190是一种4位十进制同步可逆计数器，所谓“可逆”是指既能做加法计数，又能做减法计数。74LS190做加法计数时的状态转换图为：
从状态转换图可以看出，每一计数脉冲使计数器输出加1，加到最大值1001（十进制的“9”）后，再从0000开始，如此重复。74LS190做减法计数时的状态转换图为：
从状态转换图可以看出，每一计数脉冲使计数器输出减1，减到最小值0000后，再从1001（十进制的“9”）开始减，如此重复。比较两图，发现两者除箭头方向相反外，其余都相同。
图2-41所示是74LS190 计数器引脚排列图。其中，LD是异步预置数控制端；D3、D2、D1、D0是预置数输入端；EN是使能端，低电平有效；D/
是加/减控制端，为0时做加法计数，为1时做减法计数；MAX/MIN是最大/最小控制端；RCO是进位/借位输出端。表2-5所示是74LS190 计数器功能表。图2-42所示是用Proteus软件画的74LS190芯片功能测试图。画此图的详细过程已在2.3节介绍过，这里不再重复。
图2-41 74LS190计数器引脚排列图
图2-42 74LS190芯片功能测试图
表2-5 74LS190计数器功能表
由表2-5可以看出，74LS190计数器有异步置数、数据保持、加法和减法计数3大功能。
异步置数：当LD=0时，不管其他输入端的状态如何，不论有无时钟脉冲（CP），并行输入端的数据d3d2d1d0都被置入计数器的输出端，即Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0。由于这个操作不受CP控制，所以称为异步置数。该计数器无清零端，需清零时可用预置数的方法实现—预置0。
保持：当LD=1，且EN=1时，计数器保持原来的状态不变。
计数：当LD=1，且EN=0时，在CP端输入计数脉冲，计数器进行十进制计数。当D/
=0时做加法计数；当D/
=1时做减法计数。
另外，该电路还有最大/最小控制端（MAX/MIN）和进位/借位输出端（RCO）。它们的作用是：当加法计数计到最大值1001时，MAX/MIN端输出1，如果CP=0，则RCO=0，发一个进位信号；当减法计数计到最小值0000时，MAX/MIN端也输出1，如果此时CP=0，则RCO=0，发一个借位信号。
功能测试
在图2-42中，74LS190的PL、D/
、E、CLK和D3、D2、D1、D0接“逻辑状态”调试元件（其中PL、E、CLK相当于图2-41中74LS190的LD、EN、CP），Q3、Q2、Q1、Q0输出通过各自的限流电阻接发光二极管。发光二极管的负端接限流电阻，正端接正电源。当输出端为低电位时，发光二极管负极接低电位，发光二极管亮。当输出端为高电位时，发光二极管不亮。
首先，给D3D2D1D0送“0101”，给PL、D/
、E、CLK送“1001”，单击Proteus图屏幕左下角的运行键，系统开始运行，使PL由“1”变“0”，出现如图2-43所示的74LS190芯片功能测试结果图1。从图中可见，此时，输出Q3和Q1上接的发光二极管亮，其余发光二极管则不亮。这和预置数输入端的“0101”都是一致的。这表明当PL=0时，不管其他输入端的状态如何，并行输入端的数据“0101”都被置入计数器的输出端，即Q3Q2Q1Q0= 0101。
图2-43 74LS190芯片功能测试结果图（1）
其次，在图2-43的基础上，使CLK由“1”变“0”，再由“0”变“1”，每这么操作一次相当于输入一个脉冲，将出现如图2-44所示的74LS190芯片功能测试结果图2。从图中可见，此时，输出Q2和Q1上接的发光二极管亮，其余发光二极管不亮，灯所代表的数字是“9”（灯亮是0，灯灭是1）。原预置数是“0101”，相当于十进制的“5”，现在是“9”，表明刚才输入4个脉冲到CLK脚。假如现在再给CLK送一个脉冲，你会发现4个灯全亮了，呈现数字是“0000”。这表明74LS190计数器计到最大值“1001”（十进制的“9”）后，便再从0000开始计数。如果继续给CLK送脉冲，该计数器会重复0～9这一过程。
图2-44 74LS190芯片功能测试结果图（2）
最后，在图2-44的基础上，使D/
由“0”变“1”，表示要用减法计数了，再使CLK由“1”变“0”，由“0”变“1”，每这么操作一次相当于输入一个脉冲，将出现如图2-45所示的74LS190芯片功能测试结果图3。从图中可见，此时，输出Q3上接的发光二极管不亮，其余发光二极管都亮，灯所代表的数字是“8”（灯亮是0，灯灭是1）。上次灯表示的数是“9”，现在是“8”，9-1=8，表明刚才输入1个脉冲信号给CLK脚，使计数器做减1计数了。此时如果继续给CLK送脉冲，该计数器会继续做减1计数，到“0000”后，下一个数是“1001”，重复9～0这一过程。
图2-45 74LS190芯片功能测试结果图（3）
总结
根据对74LS190芯片功能的测试，确定：74LS190有以下3个功能。
异步置数：当LD=0时，不管其他输入端的状态如何，并行输入端的数据d3d2d1d0（只限0～9之间的数）都将被置入计数器的输出端，即Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0。
保持：当LD=1，且EN=1时，计数器保持原来的状态不变。
计数：当LD=1，且EN=0时，在CP端输入计数脉冲，计数器进行十进制（0～9）计数。当D/
=0时做加法计数；当D/
=1时做减法计数。而这两种计数方法，与前面介绍过的各自状态转换图一致。