基于SAK-C167單片機的智能IC測試儀設計

陳 琦 丁麗娜

（1.哈爾濱光宇電氣自動化公司，黑龍江 哈爾濱 150078；2.濱綏化學院，黑龍江 哈爾濱 152061）

基于SAK-C167單片機的智能IC測試儀設計

陳 琦1丁麗娜2

（1.哈爾濱光宇電氣自動化公司，黑龍江 哈爾濱 150078；2.濱綏化學院，黑龍江 哈爾濱 152061）

針對一些IC芯片類電子元件進行檢驗困難的問題，如RAM、ROM、FLASH或單片機等芯片，設計了智能IC檢測儀器，此測試儀基于C167單片機，通過IO擴展接口和被測芯片測試板連接，對被測芯片進行功能性驗證，并通過液晶顯示出結果，也可以由CAN接口將結果傳遞給其他設備或上位機。經實際驗證，此測試儀具有簡單、可靠的特點，降低了IC測試的復雜性和測試成本。

C167；測試儀；單片機；IC測試

在對IC芯片（集成電路Integrated Circuit）類電子元件進行檢驗時，比如電子工廠要對新采購的RAM、ROM、FLASH或單片機等芯片進行進貨檢驗，但由于這些芯片結構復雜、引腳數量多，且多為貼片元件，通常難以測量其是否損壞，專用檢測設備成本高，使用方法復雜。一般采購方只能通過外觀檢查粗略判斷，或邊使用邊檢驗，一旦在使用中出現問題，查找原因困難，且芯片已經焊接在線路板上，更換芯片也比較困難。針對這種無法測試或缺少有效方法測試的問題，此“智能IC測試儀”自動完成對芯片檢測，將檢測結果反饋給測試人員，以提高檢驗水平，保證進貨質量。

1 智能IC測試儀原理

智能IC測試儀主要由測試儀主控板、擴展板、上位機操作軟件等組成。系統原理如圖1所示。

圖1

主控箱主要完成數據采集、數據濾波、鍵盤管理、數據顯示、參數存儲及串行通訊等功能，是測試儀的數字化核心。具體過程為先將被測IC擴展板插入擴展口，將被測IC芯片放入芯片夾具，通過3×3按鍵和128×64液晶顯示選擇對應芯片的測試目錄，按提示時間等待測試結束，直接在液晶屏上查看測試結果或在通過串行連接的上位機上通過軟件查看。

擴展板則是針對每種類型IC有對應的擴展板，上有對應芯片封裝的測試座，可以輕易拿出或放入被測芯片，擴展板通過擴展接口和主控板連接。由于IC種類繁多的，以下主要針對應用范圍廣的幾類IC的擴展板進行說明，如果測試單片機類IC芯片須針對此芯片做對應測試程序，并將對應測試程序傳入待測芯片，主要進行IO測試。如果是存儲類IC芯片，測試儀可通過擴展口對被測芯片進行讀寫或擦除測試，其原理為通過通用IO模擬被測芯片操作的時序進行讀或寫。對于存儲芯片，為了測試到每一位是否有損壞，可以先往被測芯片所有存儲地址上寫入數據，再讀出看是否正確；接著整體擦除再讀出看是否正確。經過這樣的步驟就可以判定被測存儲芯片是否正常。注意對于掉電保持數據類的存儲芯片還需要斷電后，查看數據是否丟失。對于模數轉換器類IC，可將通用IO模擬出AD芯片所需的時序，用可調電阻器輸入電壓等。

2 智能IC測試儀硬件設計

智能IC測試儀的硬件電路采用了模塊化設計思想。其通用性非常突出，系統主要由四個模塊組成：

2.1 控制和數據處理模塊

此模塊主要完成主測試程序、數據采集、數據濾波、鍵盤管理、數據顯示、參數存儲及串行通訊、CAN通訊等，是測試儀的數字化核心。主控模塊采用英飛凌的SAK-C167單片機設計，此單片機為工業級，采用C166內核可工作在20MHz時鐘下，四級流水線結構；達16M字節線性數據和指令地址空間；8位或16位外部數據總線，可選復用或非復用外部地址/數據總線；1024字節片內特殊功能寄存器區；16個優先級的可編程中斷，56個中斷源；16通道10位的A/D轉換器，轉換時間9.7μs；兩個16通道的捕獲比較單元，4通道PWM單元；兩個多功能通用定時單元，有5個16位定制器；兩個串行通道，兩個片內CAN接口；可編程看門狗定時器；通用IO達111個，部分管腳帶有輸入閾值和滯后可選功能；溫度范圍-40°C到125°C，其特別適合工業應用，性能十分出色。

圖2

主控芯片外擴兩片AMD公司的128K字節flash（AM29F010），及2片宇慶公司的128K字節靜態RAM（UT621024SC），程序存放在flash中，保證了程序代碼過大時，存儲空間的足夠大，程序運行速度不受影響。外擴存儲芯片直接掛在C167總線上，其原理圖2。

2.2 液晶顯示模塊與擴展模塊

顯示部分主要是把測試后的數據或結果進行動態顯示。選用了一款工業級128×64點陣液晶，其具有驅動元件少，性能可靠，高低溫范圍廣等優點。使用其顯示4行16×16漢字。由于使用漢字較少，所以沒有采用全漢字庫，而是直接加入自己所需的漢字字庫。這樣節省了很多存儲空間。測試儀擴展模塊主要由專用芯片測試夾具，測試外圍電路，運行指示燈等組成，通過擴展接口與測試儀連接，當測試時，需將被測芯片按正確方向放入對應的擴展板。對測量不同的IC，可以制作不同擴展模塊和主模塊相連接，用主控板上引出的通用IO和擴展模塊上被測IC連接，根據被測IC功能，用通用IO模擬出驅動時序，對其進行讀寫測試。由于擴展模塊種類繁多，以下以測試常用EEPROM芯片的擴展模塊原理圖為例，如93Cxx系列和24Cxx系列測試原理圖，P4為芯片夾具，可以適合so-8封裝，以上兩種類型IC可以分別測試。分別用IO模擬出IIC接口以及SPI接口讀寫時序，實現串行EEPROM的讀寫操作。

2.3 通訊模塊

智能IC測試儀采用隔離CAN接口與上位機或其他設備通訊，CAN通訊采用NXP公司生產的PCA82C250控制器接口芯片。其應用范圍廣，完全符合ISO11898標準，抗干擾強；有斜率控制，可降低射頻干擾（RFI）；差分接收，抗寬范圍的共模干擾及抗電磁干擾（EMI）；熱保護功能，低電流待機模式；未上電的節點對總線無影響等優點。原理圖如圖3，為保證速度采用了6N137高速光隔。

圖3

3 智能IC測試儀系統軟件設計

軟件部分是該測試儀的重要組成部分，也是實現設計功能的重要一環。根據系統的要求，軟件編程的任務包括：單片機測試部分、RAM芯片測試部分、ROM芯片測試部分、EEPROM芯片測試部分、AD芯片測試部分，數據顯示部分、鍵盤管理部分、RS232串行通訊部分、CAN通訊部分等。

3.1 系統子程序測試算法設計

對于單片機類芯片，測試方法為先進行下載測試，然后把所有IO分成兩組，一組設為輸入，一組設為輸出，分別互相短接（注意控制電流不要過大，可串接電阻），判斷輸入IO口得道的狀態是否和輸出IO設置的狀態相符，入不相符則可判定此對IO不正常。把兩組IO端口分別反向配置，既輸入變輸出，輸出變輸入，同上測量，即可簡單的斷定出損壞或接觸不良的IO對應的引腳。

對于存儲類芯片，只需向其對應地址寫入0xAA，然后讀出此地之數據看是否和寫入相符，第二次再寫入0x55，如上方法讀出對照，也可再寫入0x00測試。這樣既可把所有存儲位置都測試到。注意flash芯片再寫數據前要先擦除數據。

對于AD芯片可將芯片輸入端分別接入電源正和地或可調電阻器，將輸出的數字量處理后，用液晶或上位機軟件顯示數值，即可判定芯片是否正常。

3.2 按鍵功能和人機界面

測試儀按鍵采用3×3按鍵組，按鍵的功能主要是選擇要測試的項目和開始測試。其中上下鍵，用于選擇菜單；退出鍵，用于退出當前狀態；確認鍵，用于進入所選菜單或開始測試；復位鍵，用于系統復位功能。系統人機界面設計力求簡潔，方便查看，部分顯示功能如圖4所示：

圖4

4 結論

現智能IC測試儀對以下（不限于）芯片進行了智能檢測，SAK-C167（MQFP-144）、IS2416（SOP-32）、AM29F010B（PLCC-32）、AT24C16（SO-8）、AT24C64（SO-8）、AT24C256（SO-8）、FM93C46（SO-8）、AD7812（SO-16）、AD7865（QFP-44）等。

經過實際使用智能IC測試儀，能準確快速測量待檢驗芯片，效果較好。其解決了通常不能檢驗或成本過高的檢驗IC芯片類的問題，提高了檢測效率，也使質檢部門容易把好進貨質量關，從而提高了產品質量。

[1]王珩.ASIC的可測性設計.計算機與數字工程[J].1996（24）.

[2]沉吉順.常用集成電路的建議測試方法[J].電子與自動化，1996.

[3]柯璇.試析新型IC智能測試儀的原理、結構及其使用方法[J].高等函授學報，2003，8，43.

TP368.12

A

1671-0037（2014）10-78-2

綏化學院杰出青年基金項目，項目編號：SJ13005。

陳琦（1982-），男，工程師，本科，研究方向：繼電保護和電力電子產品開發。

丁麗娜（1982-），女，工程師，博士，研究方向：單片機及嵌入式教學。