集成電路老化試驗溫度測控系統的設計

吳瑞芳

摘 ? ?要： 集成電路廣泛應用于航空、航天、通信、工業控制等行業，一些工作嚴苛的工作場所對集成電路的可靠性要求很高，因此需要對每個器件在常溫和額定功率條件下進行常規的老化測試。借助單片機作為下位機實現現場溫度采集，結合LabVIEW的測控技術和智能化功能，可有效實現對溫度的檢測與控制。

關鍵詞： 集成電路老化測試 ? ?LabVIEW ? ?單片機 ? 溫度測控

一、引言

航空航天、軍工、電子、通訊行業等領域對集成電路的工作穩定性要求相當高，生產企業在將集成電路、分列器件投放生產時，必須進行高、低溫老化、測試、篩選及可靠性試驗，以確保集成電路的可靠性。集成電路生產廠家常常要根據不同要求環境的集成電路進行不同測試。主要針對集成的高低溫老化測試而進行設計。所謂老化測試，就是保證被測試的芯片的可靠性，即在一定的時間內進行持續性周期性的測試，使有問題的芯片在這段時間內就失效。

基于以上的因素考慮，既要準確采集集成器件老化程度的溫度數據，又要實現數據的保存并且有效地降低測試成本。可借助單片機作為下位機實現現場溫度采集，利用LabVIEW作為測控系統，實現對溫度的檢測與控制，這樣的上下位配合，實用性高，靈活度高，成本低且穩定可靠。

二、總體設計方案

為了實現溫度檢測系統提出的各項具體功能，將整個系統分解為上位機和下位機兩個部分：上位機為裝有LabVIEW2014軟件的PC機，利用LabVIEW開發環境設計上位機的監控界面，上位機部分完成對硬件的驅動、數據顯示、處理與存儲及人機交互操作界面的生成。通過USB轉RS232串行口與STC89C52單片機通信，讀取溫度傳感器DS18B20的溫度測量數據，從而實現對溫度參數的實時采集。

三、硬件接口電路設計

1.LabView平臺與單片機串口通信硬件接口電路設計

在本設計中，作為下位機的單片機負責數據的采集和通信，而上位機以PC機為操作平臺，接收數據和保存數據，二者之間的核心在于數據通信。單片機與PC機通信是通過單片機的串口和PC機的串口之間的硬件連接實現的。

由于單片機的TTL邏輯電平與RS-232的電氣特性完全不同，RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號功能都做了規定，在TXD和RXD數據線上：邏輯1為-3V～-15V的電壓，邏輯0為3V～15V的電壓。由此可見，RS-232C是用正負電壓表示邏輯狀態，與晶體管-晶體管邏輯集成電路（TTL）以高低電平表示邏輯狀態的規定正好相反。因此，在將PC機和單片機通信之前必須進行電平轉換，本設計采用MAX232電平轉換芯片實現單片機與串行口的電平轉換。

上位機操作以PC機上的LabView虛擬儀器系統作為操作平臺，實現對單片機的數據通信。因為現在大部分電腦都有USB接口，因此我們采用USB總線作為系統的通信方式。為了實現USB與單片機的串口連接，采用Prolific公司生產的PL2303接口轉換器，實現USB信號與RS232信號的轉換。

2.下位機硬件電路設計

下位機數據主要由單片機與DS18B20數字溫度傳感器測得，由單片機組成的小系統對溫度信號進行采集，然后通過USB轉RS-232串口將數據傳送給計算機，在計算機上運行的LabVIEW程序對輸入的數據進行分析處理，將結果由計算機顯示出來，并且保存測量數據。

四、系統軟件設計

1.串口異步通信的數據格式

在串行通信中，常用的兩種基本串行通信方式包括同步通信和異步通信。本設計中，主要采用的異步通信方式，在進行程序設計時為了實現正常的通信，必須對端口號進行選擇，設置合適的波特率、校驗位、數據位及停止位等參數。兩臺通信機的參數必須一致才能實現通信，否則無法實現數據傳輸。

2.上位機LabVIEW程序設計

上位機LabVIEW對單片機的串口通信主要是通過VISA實現的，本機安裝的是VISA5.3，VISA實質上是一個I/O接口軟件庫及其規范的總稱。

I/O接口軟件存在于儀器和儀器驅動程序之間，完成對儀器內部寄存器進行直接存儲數據操作，并且為儀器與儀器驅動程序提供信息傳遞的底層軟件。應用LabVIEW里的visa庫對串口通信進行設置。本設計串口的設置參數為（波特率9600bps 8 位數據，1位停止，1位起始，無校驗），下位機的串口設置與上位機一致。需要注意的是系統從串口讀來的數據被自動轉換為ASCII字符，要得到數據并顯示，還要編寫相應的子程序vi。

3.下位機程序設計

程序是整個系統的靈魂，硬件電路只有通過程序的驅動才能正常工作，因此程序對于系統來說非常重要。程序中出現一個小的錯誤可能使系統無法正常工作。系統軟件設計的主要任務是：串口初始化，接收上位機發過來的下位機啟動指令，控制單片機從溫度傳感器采集溫度數據，通過讀取溫度值程序將采集到的溫度值送入上位機系統中。系統初始化階段，令單片機的定時器T1工作于方式2，用于產生串行通信所需的波特率，然后單片機開始等待PC上位機的指令，當單片機得到啟動指令時，單片機開始采集溫度數據。單片機將采集到的溫度數據儲存在緩沖區中，然后單片機將采集到的數據分為四個字節，送入上位機進行分析。

五、系統調試

LabVIEW程序的調試與其他計算機語言的編寫調試類似，都需要找出語法錯誤，但LabVIEW的圖形化編程方式就相對簡單得多，大大提高編程的效率。如果一個VI程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕將會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執行，這時這個按鈕被稱作錯誤列表，點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個列出的錯誤，選用FIND功能，則出錯的對象或端口會變成高亮。

在LabVIEW的工具條上有一個畫著燈泡的按鈕，這個按鈕叫做“高亮執行”按鈕。點擊這個按鈕或使該按鈕圖標變成高亮形式，再點擊運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，沒有被執行的部分以灰色顯示，執行后的部分以高亮顯示，并顯示數據流線上的數據值，這樣，就可以根據數據的流動狀態跟蹤程序的執行。

六、結語

本設計是一個基于LabVIEW的溫度檢測系統，主要實現單片機與PC機的串口通信，能及時地將溫度數據傳給PC機，并將在上位機界面顯示溫度曲線，直觀地表現溫度變化。本設計的三個設計要點有：

1.串口通信的參數設置，以MAX232電平轉換芯片實現單片機與串行口的電平轉換，采用Prolific公司生產的PL2303接口轉換器，實現USB信號與RS232信號的轉換，與實現單片機與LabView的串口通信。

2.采用LabView軟件的圖形化界面設計出測量儀器，以實現上位機的數據傳輸和處理。

3.硬件方面采用單片機和DS18B20數字溫度傳感器進行現場溫度的處理與傳輸。

參考文獻：

[1]汪敏生，等著.LabVIEW基礎教程.北京：電子工業出版社，2002：12-13.

[2]劉君華，賈惠芹.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程.西安：西安電子科技大學出版社，2001：21-22.

[3]孫煥銘，趙會成，等.51單片機C程序應用實例詳解.北京：北京航空航天大學出版社，2010：1-5.