集成電路芯片測(cè)試儀設(shè)計(jì)

湖南文理學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南常德 415000

一、引言

在產(chǎn)品研發(fā)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，常常需要檢測(cè)邏輯芯片的功能以及芯片是否正常[1-2]。傳統(tǒng)依靠人工檢測(cè)的方式直接影響芯片的有效回收利用，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)電路的功能能否正確，因此設(shè)計(jì)一個(gè)集成電路芯片測(cè)試儀來(lái)顯示其型號(hào)具有非常重要的實(shí)際意義。集成電路芯片較多，難以進(jìn)行統(tǒng)一處理和檢測(cè)[3]，所以給芯片測(cè)試儀的實(shí)現(xiàn)造成了很大的阻擾，本文采用編碼檢測(cè)方式來(lái)解決這一問(wèn)題。

本文設(shè)計(jì)了一種集成電路芯片測(cè)試儀，采用編碼檢測(cè)，即每個(gè)芯片都有不同的編碼，因此只要能檢測(cè)到這些編碼就可以識(shí)別芯片；該測(cè)試儀一共可以測(cè)試41種不同的集成電路芯片。

系統(tǒng)主要包括兩部分功能：第一能夠自動(dòng)地對(duì)指定的74LS系列10種組合邏輯芯片進(jìn)行功能測(cè)試，確定其功能正確性，測(cè)試速度為10k測(cè)試向量/ s，確定上述74系列的組合邏輯芯片的型號(hào)，顯示上述芯片的邏輯符號(hào)和邏輯表達(dá)式；第二能夠自動(dòng)識(shí)別指定74LS74、74LS109、74LS160、74LS245、CD 系 列、LM系列、NE系列等芯片進(jìn)行邏輯功能測(cè)試，確定其功能正確性，進(jìn)一步提高測(cè)試速度，可以確定上述74系列時(shí)序邏輯芯片的型號(hào)，增加了通過(guò)SI4463無(wú)線串口模塊將識(shí)別的芯片型號(hào)發(fā)送到上位機(jī)串口助手顯示。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

本文設(shè)計(jì)的集成電路芯片測(cè)試儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由主控制平臺(tái)（STC90C516RD+）、芯片接口（20P鎖緊座）、顯示器件（12864液晶）、無(wú)線通信模塊（SI4463模塊）、上位機(jī)（PC串口助手）、電源接口（DC插座）等組成。

儀器在檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)STC90C51RD+的P0.0～0.7、P2.0～2.7、P3.6～3.7 這 18 個(gè) I/O 口按順序接上DIP20封裝的1～9、19～11號(hào)引腳，每次電平輸出5組18位的0 1碼給集成芯片，然后再將18位引腳的電平狀態(tài)讀回來(lái)再分別與存在內(nèi)存中的每個(gè)芯片的輸出編碼對(duì)比，如果那一組編碼5次都百分之百的對(duì)應(yīng)上說(shuō)明就是對(duì)應(yīng)的型號(hào)芯片的編碼，然后再將型號(hào)顯示到12864上面，最后顯示相應(yīng)的邏輯圖、狀態(tài)、邏輯符號(hào)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。

本系統(tǒng)的目的是要完成41種芯片的好壞、型號(hào)、邏輯、邏輯符號(hào)等測(cè)試。由于芯片數(shù)目較多，引腳不太統(tǒng)一，所以系統(tǒng)在軟件算法上進(jìn)行了優(yōu)化處理，每次統(tǒng)一檢測(cè)20腳鎖緊座的除了電源和地的其中18個(gè)引腳的電平，每一次單片機(jī)將輸出18位高低電平，然后單片機(jī)再將18位電平讀回來(lái)，一共需要輸出5次才完成一次一個(gè)芯片的周期的檢測(cè)，需要5個(gè)編碼的原因是芯片數(shù)較多，編碼次數(shù)太少就會(huì)引起重復(fù)導(dǎo)致無(wú)法分辨功能可能相似的芯片。

三、硬件設(shè)計(jì)與原理

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括單片機(jī)模塊、芯片檢測(cè)模塊、顯示模塊、無(wú)線串口、電源接口模塊、電源指示燈、電源開(kāi)關(guān)濾波電容、電源插針。單片機(jī)模塊主要用來(lái)處理芯片檢測(cè)模塊采集來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)與編碼表比較判斷出芯片的好壞與型號(hào)；芯片檢測(cè)模塊用于方便的插取芯片，從而獲取被測(cè)芯片的電平信號(hào)；顯示模塊用于顯示被測(cè)芯片的好壞、芯片型號(hào)、邏輯符號(hào)、邏輯表達(dá)式和部分芯片的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；電源開(kāi)關(guān)采用3腳PCB按鍵開(kāi)關(guān)用于儀器的啟動(dòng)和關(guān)閉。

從內(nèi)存大小，處理速度方面考慮，本文采用STC90C516RD+系列單片機(jī)[4-6]，STC90C516RD+是宏晶科技推出的新一代超高速低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，時(shí)鐘頻率在12MHz以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接地。

顯示模塊采用液晶12864，本設(shè)計(jì)將該液晶設(shè)置為串行直接訪問(wèn)方式，用P1.0、P1.1/P1.2 分別控制液晶的串行片選口、串行數(shù)據(jù)口、串行時(shí)鐘口，串行同步時(shí)鐘信號(hào)。

無(wú)線傳輸模塊[7]HC-12用于代替半雙工通信時(shí)的物理連線左邊的設(shè)備向模塊發(fā)送串口數(shù)據(jù)，左邊模塊的RXD端口收到串口數(shù)據(jù)后，自動(dòng)將數(shù)據(jù)以無(wú)線電波的方式發(fā)送到空中。右邊的模塊能自動(dòng)接收到，并從TXD還原最初左邊設(shè)備所發(fā)的串口數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)單片機(jī)采用方式2時(shí)為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。

四、軟件設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的單片機(jī)軟件流程圖如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位后，先對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、中斷處理、串口配置、12864顯示器等進(jìn)行初始化。初始化完成后，12864顯示歡迎界面，然后系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)芯片的18個(gè)引腳掃描與芯片內(nèi)存里面的芯片編碼進(jìn)行對(duì)比，如果沒(méi)有檢測(cè)到芯片則顯示“未檢測(cè)到芯片！請(qǐng)插入芯片！”，如果插入了芯片并且芯片正常就會(huì)顯示型號(hào)、邏輯、狀態(tài)、邏輯符，如果是有狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的芯片還會(huì)顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。如果檢測(cè)不到芯片或者芯片已經(jīng)壞掉就會(huì)顯示“芯片可能已壞！請(qǐng)檢查是否插對(duì)！”。同時(shí)將結(jié)果通過(guò)無(wú)線發(fā)送到電腦上位機(jī)顯示。如果關(guān)掉電源將結(jié)束測(cè)試。

2、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的上位機(jī)開(kāi)發(fā)采用的是C++語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)環(huán)境是win7環(huán)境下的Visual Studio2013編譯軟件[8-9]。系統(tǒng)的上位機(jī)軟件流程圖如圖3所示，首先要將PC接收端插在電腦上，然后選擇COM口，再打開(kāi)串口。然后在單片機(jī)系統(tǒng)上插上發(fā)送模塊，如果單片機(jī)檢測(cè)到相應(yīng)數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)無(wú)線發(fā)送模塊往上發(fā)送數(shù)據(jù)，PC接收端將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件顯示出來(lái)。如果關(guān)閉軟件就結(jié)束上位機(jī)程序。

五、系統(tǒng)測(cè)試

本文分以下幾種情況進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試。

（1）插入正常芯片，如圖4所示，圖5顯示出了該檢測(cè)芯片的類型，可知檢測(cè)正確；

（2）插入有狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的芯片，如圖6所示，圖7給出了上位機(jī)上檢測(cè)的數(shù)據(jù)；

（3）插入已壞的芯片，如圖8所示，圖9給出了上位機(jī)上檢測(cè)的信息，可知該芯片已損壞。

六、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并制作了一種集成電路芯片測(cè)試儀，以STC90C516RD+單片機(jī)為控制核心，通過(guò)檢測(cè)每個(gè)芯片的引腳電平的變化就能實(shí)現(xiàn)芯片型號(hào)的檢測(cè)，好壞的判斷。本系統(tǒng)可以檢測(cè)的芯片引腳數(shù)有8腳、14腳、16腳、20腳的芯片，具體可測(cè)試的集成電路芯片有74系列芯片、CD系列芯片，以及LM系列和UA741組合邏輯芯片進(jìn)行功能測(cè)試，不僅僅可以測(cè)試型號(hào)和好壞，還可以顯示邏輯功能、邏輯符號(hào)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、發(fā)送信息到上位機(jī)顯示。在實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上本系統(tǒng)具有界面友好、供電方便，體積較小等優(yōu)點(diǎn)。