2022年甘肅省職業(yè)技能大賽集成電路開發(fā)及應用賽項（高職學生組）試題B卷

年度甘肅省職業(yè)院校技能競賽集成電路開發(fā)及應用賽項（高職學生組）B卷[量時：210分鐘]競賽任務書加密號（工位號）：。2022年2月

注意事項一、競賽任務概述本賽項包括集成電路設計與仿真、集成電路工藝仿真、集成電路測試、集成電路應用和職業(yè)素養(yǎng)與安全生產等5個競賽任務，各任務分值分別為20、20、30、25、5分，本賽項滿分為100分。二、注意事項1.如出現任務書缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，并進行任務書的更換。2.參賽隊應在指定時間內完成任務書規(guī)定內容。3.競賽設備包含1臺計算機。選手在競賽過程中創(chuàng)建的測試程序必須存儲到“D:\技能競賽”文件夾中，未存儲到指定位置的運行記錄或程序文件不作為競賽成果予以評分。計算機編輯文件請實時存盤，建議5-10分鐘存盤一次，客觀原因斷電情況下，酌情補時不超過十五分鐘。4.任務書中只得填寫競賽相關信息，不得出現學校、姓名等與身份有關的信息或與競賽過程無關的內容，否則成績無效。5.由于參賽選手人為原因導致競賽設備損壞，以致無法正常繼續(xù)比賽，將取消參賽隊競賽資格。6.參賽選手在焊接等操作過程中應當嚴格遵守安全操作規(guī)范，注意安全用電，保持桌面整潔。7.模擬測試任務提供部分元器件，供選手自行選擇，設計并制作測試電路。8.選手須在競賽開賽30分鐘內確認焊接套件的器件缺失情況，如有缺失可申請補領器件，開賽30分鐘后每補領1個器件將被扣1分。集成電路測試部分任務不提供備用板供選手替換。綜合測試裝配的電路板現場評分結束后提交裁判評判，若選手裝配的綜合應用電路板功能不正確，僅提供套件供選手裝配，但將按照規(guī)程酌情扣分。若集成電路分選任務中選手未分選出芯片，可以申請常規(guī)芯片用于完成后續(xù)任務，按照規(guī)程酌情扣分。9.選手僅可攜帶賽項規(guī)程中允許攜帶的物品進入賽場，其余電子產品不得帶入賽場。10.參賽選手按照大賽規(guī)定通過現場下發(fā)的U盤提交相關文檔和競賽結果。11.選手不得做出影響其他賽位選手比賽的行為，如大聲喧嘩等，必須按照裁判長的指揮完成競賽任務。

第一部分集成電路設計根據表1的真值表（輸出信號Y0~Y7的邏輯值隨機抽?。?，使用Multisim14設計集成電路，進行功能仿真?，F場評判時： =1\*GB3①僅展示已完成的電路圖.=2\*GB3②現場運行并展示出包含全部輸入狀態(tài)的完整的時序圖.=3\*GB3③現場生成并展示元件清單，不能進行增加、刪除、修改、連線等操作。電路設計要求如下：（1）只能選用PMOS和NMOS兩種元器件進行設計（分別對應于Multisim14中的ZVP2106G（PMOS）和ZVN2106G（NMOS））。（2）添加好電源、信號源、儀表，標好A、B、C、Y0~Y7信號標號，能直接運行并展示出包含全部輸入、輸出狀態(tài)的完整數字分析時序圖。表1集成電路設計真值表輸入輸出ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx（3）最終設計的集成電路輸出包含8個信號輸出端，每個信號輸出端的具體狀態(tài)由比賽現場下發(fā)的任務參數確定。

第二部分集成電路工藝仿真軟件操作須知:1)根據要求在電腦上運行下發(fā)U盤中的“集成電路制造工藝虛擬仿真訓練平臺(考核版)”軟件，本任務所有答題均在該軟件中運行。2)在打開界面的輸入框內輸入本次考核規(guī)定的試卷號口令(現場下發(fā)口令)，確認后，點擊“開始測試”，依次進行制造工藝題、數字芯片參數測試、模擬芯片參數測試等環(huán)節(jié)答題;答題完成，點擊“提交”，即完成集成電路工藝仿真任務。3)注意:數字芯片測試環(huán)境設置中，需對“探針臺選擇”、“探針工作步進值設定”、“測試程序加載”進行正確選擇，如果2次選擇錯誤,選手將無法進行后續(xù)答題,任務結束。4)任何形式的復制操作和刪除U盤內任何文件視為成績無效;所有題目答題完成后，需點擊“提交”按鈕，視為答題結束且不能再次答題，不提交本部分將無成績。任務一:集成電路工藝工藝題中涉及典型集成電路制造工藝的相關知識點，包含以下的部分或全部表述:版圖設計、晶圓制造、流片工藝、晶圓測試工藝、集成電路封裝工藝、集成電路測試工藝等流程知識點。工藝題總共5題，題型包括了單選題、多選題和填空題。任務二:數字集成電路晶圓的MAP圖標定包括“測試環(huán)境設置”、“電參數測定”兩項，未正確完成“測試環(huán)境設置”，選手將無法進行MAP圖的標定，“測試環(huán)境設置”允許嘗試兩次。(1)芯片測試環(huán)境設置:在軟件上進行待測試數字集成電路芯片測試前軟硬件環(huán)境的主要操作。項目1:選擇待測試數字集成電路芯片對應的探針;項目2:根據芯片的尺寸圖選擇探針臺的工作步進值;項目3:選擇正確的測試運行程序。“測試環(huán)境設置”選錯2次后，后續(xù)任務將不能繼續(xù)完成。(2)待測試數字集成電路的電參數測定:通過軟件對晶圓上各芯片逐個進行電參數測試，選手需根據屏幕上出現的電參數表判斷并在MAP圖中標定對應芯片的好壞，電參數符合要求則標定為Pass片，電參數不符合要求則標定為Fail片。任務三:模擬集成電路晶圓的MAP圖標定包括“電參數測定”、“外形檢查”兩項。(1)待測試模擬集成電路的電參數測定:通過軟件對晶圓上各芯片逐個進行電參數測試，選手需根據屏幕上出現的電參數表判斷并在MAP圖中標定對應芯片的好壞，電參數符合要求則標定為Pass片，電參數不符合要求則標定為Fail片。(2)待測試模擬集成電路的外形檢查:通過軟件對經過電參數測試后的Pass片逐個進行外觀檢查，若芯片外觀有瑕疵，在MAP圖中標定對應芯片為Fail片。(3)提交本次試題。

第三部分集成電路測試一、比賽要求比賽現場下發(fā)比賽所需的集成電路芯片、配套的焊接套件及相關技術資料（芯片資料手冊、焊接套件清單等）。參賽選手在規(guī)定時間內，按照相關電路原理與電子裝接工藝，設計、焊接、調試集成電路功能測試工裝板，借助于測試平臺完成相應測試任務。二、比賽內容1.元器件核查參賽選手按照賽題所提供的焊接套件清單進行元器件的辨識、清點和焊接。賽題所涉及的元器件種類可能包括：電阻、電容、電感、二極管、三極管、電位器、LED發(fā)光二極管、MCU、晶振、74系列芯片、CMOS系列芯片、運算放大器芯片等，包含DIP、SOP等常見集成電路封裝形式，具體涉及到的元器件以現場下發(fā)為準。2.測試工裝焊接調試參賽選手針對現場下發(fā)的芯片，按照給定的芯片資料和現場下發(fā)的測試工裝DUT板、Mini轉換板及綜合應用電路板上焊接測試工裝并調試，完成測試工裝與測試平臺之間的信號接入。測試工裝電路板焊接調試完成后，必須用萬用表測試測試工裝板VCC及GND之間是否存在短路，若存在短路現象，必須排除后方可使用測試平臺進行測試，以免造成設備損壞。注意：每個測試任務所需的工裝僅裝配在一個Mini轉換板及DUT板中，選手演示測試結果供裁判評判時不得再次進行接線操作，僅允許選手更換測試程序接受測試。選手需要重新接線的測試任務，裁判不予以測試，該任務以0分計入總成績。3.集成電路測試程序的編寫參賽選手在Windows7操作系統(tǒng)的VC++6.0開發(fā)環(huán)境下編寫基于C語言的測試程序，賽題提供測試所用的相應函數，在提供的參考程序基礎上按照任務書的要求編寫測試程序并完成調試及測試任務。參賽選手根據任務書測試要求及被測集成電路的芯片資料，將需要測試的結果按照要求通過編寫的上位機程序界面呈現。4.芯片參數、基本功能及綜合應用電路的測試測試時僅評判任務書要求測試的相關功能，對于選手未按照要求額外完成的功能不予以評判。測試結果在屏幕呈現，具體呈現要求見任務書描述。測試集成電路的某些基本參數時持續(xù)時間不能過長（例如運算放大器的最大短路輸出電流），以免損壞芯片或者測試平臺。本測試任務中涉及的所有集成電路引腳從其第1腳開始編號依次為PIN1、PIN2…….。5.測試輔助元件集成電路測試任務提供測試輔助元器件，其中電阻均為0805封裝，電位器均為3296封裝，可供選擇的電阻阻值包括：100、1K、1.5K、2K、2.4K、2.7K、3K、3.3K、6.8K、7.5K、10K、15K、20K、100K（每個品種不少于2只），電位器阻值為：20K（2只）。任務一、數字集成電路測試需要選手測試的數字集成電路型號為：74HC283，芯片參考資料參見下發(fā)資料中相應文檔。任務描述：設計測試工裝電路，在下發(fā)的MiniDUT板中完成焊接裝配，裝入DUT轉換板中，完成測試平臺信號接入，根據測試任務要求，編寫測試程序完成測試并將測試結果在屏幕顯示，顯示要求見相應任務說明(要求以下任務測量結果最少顯示小數點后4位)。芯片參數測試要求：試電流設置為數字參數1，VCC設置為數字參數2，指定管腳編號電壓測試任務如表1所示：表1數字參數1測試任務表管腳編號引腳電壓PINXPINXPINX②芯片應用功能測試芯片供電電壓為+5V，充分利用測試平臺資源和功能，利用74HC283芯片，設計一個代碼轉換電路，將十進制代碼的8421碼轉為余3碼，余3碼是在8421碼基礎上每位十進制數BCD碼再加上二進制數0011轉換后得到的編碼。任務二、模擬集成電路測試 需要選手測試的模擬集成電路型號為：LM2902，放大器芯片參考資料參見下發(fā)資料中相應文檔。任務描述：設計測試工裝電路，在下發(fā)的MiniDUT板中完成焊接裝配，裝入DUT轉換板中，完成測試平臺信號接入，根據測試任務要求，編寫測試程序完成測試并將測試結果在屏幕顯示，若需要顯示的信息存在單位，必須同步顯示，顯示要求見相應任務說明。測試條件：在下列測試任務中，芯片LM2902電源供電電壓均為±12V。參數測試：運用芯片中的資源設計并搭建電路，測試LM2902的模擬參數1。運用芯片中的芯片資源和測試平臺資源，自行設計、搭建并調試放大電路。要求：在正常放大狀態(tài)前提下，設計一個運算放大電路，利用測試平臺輸入兩個直流信號分別為Ui1和Ui2，Ui1放大倍數為模擬參數2，Ui2放大倍數為模擬參數2。選手利用測試平臺資源編寫測試程序完成測試任務，在屏幕上顯示輸入Ui1為模擬參數3，Ui2為模擬參數4時的輸出信號幅度（若是交流信號則為有效值），輸出信號幅度Vout與Ui1、Ui2滿足以下關系：Vout=[(-0.7Ui1)+(-1.8Ui2)]。任務三、綜合應用電路功能測試任務要求：?根據下發(fā)的元器件清單和裝配位號圖完成綜合應用電路的裝配。?根據測試狀態(tài)設置及測試要求，測試綜合應用電路的相關參數，完成測試任務，并根據任務要求描述在一幅屏幕中顯示相關測試結果。?裁判評判時，因選手未按照測試條件設置狀態(tài)導致的測試結果偏差，后果由選手自行承擔。電路板工作條件：?調節(jié)DUT板的正負電源為±10V輸出，若測試任務有特別要求，以測試任務要求為準，正負電源輸出電壓按照要求調整好后方可執(zhí)行后續(xù)操作。?調節(jié)J1端子短路帽處于短路帽接入PIN4位置、J2端子短路帽處于PIN3位置。?利用測試平臺資源，使得綜合應用電路板P1端子中的PIN5與PIN10；PIN6與PIN8；PIN7與PIN9短接。?J3~J10初始狀態(tài)：J3~J9端子短路帽處于+VCC端，J10端子短路帽處于GND端，實現相關任務時以具體任務設置要求為準。綜合應用電路板功能引腳說明如表2所示：表2電路板功能引腳說明序號引腳編號功能說明1PIN1測試信號輸入：可以輸入直流信號（正負電壓），交流信號2PIN2信號輸出3PIN3模擬電路正電源輸入，根據任務書要求輸入4PIN4模擬電路負電源輸入，根據任務書要求輸入5PIN5編碼輸入，根據任務書要求設置6PIN6編碼輸入，根據任務書要求設置7PIN7編碼輸入，根據任務書要求設置8PIN8編碼輸入，根據任務書要求設置9PIN9編碼輸入，根據任務書要求設置10PIN10編碼輸入，根據任務書要求設置11PIN11懸空12PIN12數字電源輸入，輸入+5V13PIN29GND，接地輸入14PIN30DS1顯示編碼輸入A15PIN31DS1顯示編碼輸入B16PIN32DS1顯示編碼輸入C17PIN33DS1顯示編碼輸入D18PIN34DS1小數點輸入，輸入高電平，DS1小數點點亮19PIN35DS2顯示編碼輸入A20PIN36DS2顯示編碼輸入B21PIN37DS2顯示編碼輸入C22PIN38DS2顯示編碼輸入D23PIN39DS2小數點輸入，輸入高電平，DS2小數點點亮24PIN40懸空25J3~J10編碼輸入，根據任務書要求設置說明：?DS1及DS2顯示編碼輸入為十進制數，對應的DCBA輸入十進制數，輸入0000~1001，DS1及DS2將對應顯示0~9。根據電路板工作條件及表2設置綜合應用電路板工作狀態(tài)，充分利用測試平臺的資源，結合任務測試要求設置好相應測試條件。根據測試表2說明及測試任務要求（如表3所示），編寫測試代碼完成相應測試。選手測試完成狀態(tài)1后，裁判現場給定第二個測試條件，選手直接在代碼中直接修改某個測試狀態(tài)數據，運行測試程序，測試裁判現場給定狀態(tài)條件的輸出數據。任務測試條件設置：?DUT板正負電源調節(jié)輸出為±10V。?J2端子短路帽處于PIN12位置。?綜合參數1（J3~J10之一）端子短路帽處于GND端，J10端子短路帽處于+VCC端，其余端子短路帽狀態(tài)不變。?DS1、DS2顯示PIN2輸出信號的幅度，按照四舍五入的原則保留小數點后1位，其中DS1顯示高位，DS2顯示低位，DP點為小數點。第一種測試狀態(tài)的PIN1輸入信號直流0.4V現場下發(fā)給選手，第二種測試狀態(tài)的PIN1輸入信號由裁判現場告知選手，選手修改參數設置。測試結果只觀察數碼管的顯示，不評判屏幕上的顯示結果。表3電路板功能引腳說明測試狀態(tài)PIN1輸入信號DS1顯示DS2顯示DS1的DP狀態(tài)DS1的DP狀態(tài)狀態(tài)1綜合參數2狀態(tài)2綜合參數3第四部分集成電路應用一、比賽要求選手利用現場提供的集成電路應用裝置，編寫符合要求的測試程序，實現任務書要求的相關功能。二、比賽內容1.裝置簡介該裝置為指針式電子秤，通過壓力傳感器檢測放置重物重量，壓力傳感器輸出信號進過調理電路調理后送入M0芯片的內部AD轉換器。經過處理換算后，控制M0內部的PWM模塊，按照舵機的驅動控制特性輸出合適的PWM控制信號控制舵機轉動，從而實現對重物質量的直觀指示。指針式電子秤如圖2所示，該裝置由主控及信號調理模塊、人機交互模塊、液晶模塊、壓力應變模塊、重物重量指示模塊、供電模塊組成，所有模塊均安裝在應用底板中，供電模塊安裝應用底板背面，采用支架固定，所有模塊通過應用底板連接實現相應功能。電源模塊采用220V交流供電，輸出±15V及+5V給集成電路應用裝置供電，通過相應開關接入應用底板中?！?5V通過電源調整電路（通過調節(jié)應用底板中的RW2及RW1，可以實現獲得±1.25~±11.5V的電源）給主控及信號調理模塊中的信號調理電路供電，該電壓大小由后續(xù)描述確定。圖2集成電路應用裝置圖3是重物重量指示裝置，由刻度盤，指針及舵機組成，該裝置由舵機帶動指針指示重物重,重量指示刻度盤如圖5所示，該刻度盤為0~270°。圖3重物重量指示裝置圖4舵機引線功能說明圖5重物指示刻度盤該指示裝置中的舵機型號為DG-995，工作電壓為5V，工作空載電流是300毫安，工作電流500毫安，堵轉電流是3A，最大可旋轉角度為270度。該舵機共有3根引線，其功能如圖4所示，黑線為舵機的電源負極，中間白線為電源正極，最外側白線為控制舵機的脈沖信號線。使用PWM脈沖信號控制，能夠轉動0到270°任意角度，通過控制PWM脈沖信號的高電平占空比就可以達到預設的轉動角度，該舵機正常工作的PWM波的頻率為50Hz--500Hz。控制高電平脈沖持續(xù)時間為0.5毫秒--2.5毫秒，即可控制舵機轉動0到270°。舵機轉動精度為±1°。圖6稱重壓力傳感器圖6為稱重傳感，其最大量程為5Kg，精度為1g，滿量程輸出為5mV,工作電壓為5V，共有4根引線，分別為V+（綠色）、V-（白色）、GND（黑色）、VCC（紅色）。當壓力模塊上放置的重物變化時，V+與V-的電壓差值也會有相應的變化。例如放上5KG砝碼輸出5mV電壓，放置1KG砝碼輸出1mV電壓，以次類推利可以獲得不同重物對應的壓力傳感信號。圖7為信號調理電路，調節(jié)RW1可以實現稱重信號的細調節(jié)；通過短路帽成對插入P1與P5；P3與P9；P2與P6；P4與P10，實現稱重信號的粗調節(jié)，必須確保U2B外圍電路的對稱，否則由此引起的后果由參賽選手自行承擔。圖7信號調理電路選手調試時，首先不要插入P11短路帽，通過萬用表檢測U2第14腳電壓，若稱重壓