基于閾值法的數字集成電路測試儀的研制

于寶堃，石晟屹，馬望男，李寅博，劉曼迪，吳丹

摘要：研制了一種基于閾值法的數字集成電路測試儀，用于檢測74LS10、74LS138等74LS系列芯片的性能。該測試儀采用兩片STM8型微控制器作為核心單元，通過測試向量集來判斷芯片的性能，測試結果輸出到LCD顯示屏中。實際測試結果表明：該測試儀操作靈活，測試速度快，能準確檢測芯片的狀態，滿足芯片診斷的需求。

關鍵詞：閾值法;STM8;74LS系列芯片

中圖分類號：TN46? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0141-02

Development of Digital Integrated Circuit Tester Based on Threshold Method

YU Bao-kun， SHI Sheng-yi， MA Wang-nan， LI Yin-bo， LIU Man-di， WU Dan

（College of Electronic Information and Automation， Tianjin University of Science & Technology， Tianjin 300457， China）

Abstract： A digital integrated circuit tester based on threshold method was developed to detect performance of 74LS series chips such as 74LS10 and 74LS138. The tester used two stm8 micro-controllers as the core of system， with a set of test vectors to determine performance of chips. The test result was exported to the LCD display. The actual test results showed that the tester has features of flexible operation， fast testing speed， which can accurately detect the status of the chip and meet the needs of chip diagnostic.

Key words： Threshold Method; STM8; 74LS Series Chips

1 引言

74LS系列芯片是電子工程領域中重要的元器件，也是電類專業的必修環節。雖然74LS系列芯片屬于中小規模集成電路，但種類較多，如果采用手工方式對芯片的性能進行檢測，將會增加故障排查的時間，極大地降低工作效率，因此，開發一款成本低、測試速度快、準確率高的數字集成電路測試儀具有非常重要的實際意義。針對74LS系列芯片測試效率低這一問題，已有多個方案被提出。翟麗杰[1]設計了一款以MCS-51單片機為核心的數字芯片檢測器，可以測試由14個引腳組成的74LS系列芯片。任玲芝[2]等人開發的數字邏輯芯片測試儀將引腳數為16的74LS芯片納入測試范圍。

為了進一步提高74LS系列芯片的測試準確率，本文以閾值法為基礎，對芯片的實際工作狀態進行了模擬，研制了一款用于檢測74LS系列芯片的數字集成電路測試儀。

2 閾值法簡述

數字集成電路主要使用功能測試法[3]驗證芯片的性能，這種方法主要測試芯片是否具備產品說明書中所敘述的邏輯功能。在實際應用中，驅動能力已明顯下降的74LS芯片雖然邏輯功能正常，但其無法向外界提供足額的扇出電流，而功能測試法卻無法檢測出這一狀況。為了提高測試儀的診斷準確率，系統將圖像學中常使用的閾值法[4]引入到74LS芯片的測試中。在圖像學中，利用閾值，即臨界值，對像素點進行分類，大于閾值的像素點被歸為黑色灰度級，否則為白色灰度級。74LS芯片主要由TTL所組成，其電平標準為輸出電壓小于0.5V為低電平，輸出電壓大于2.7V為高電平;輸入電壓低于0.8V時為低電平，輸入電壓高于2.0V時為高電平，與閾值法的基本思想相一致，因此，系統采用閾值法對74LS芯片的性能進行檢測。在實際測試中，為了保障系統能夠測量芯片的驅動能力，需要在被測芯片的引腳端增加330歐姆的電阻，以模擬芯片工作在重負載情境中。

3 系統的硬件組成

系統的總體框架如圖1所示，主要包括主/從微控制器、按鍵單元、LCD顯示模塊等五個主要功能單元。為了降低芯片測試的運算復雜度，提高其運算效率，系統采用兩片微控制器作為核心單元，分別是主微控制器和從微控制器，二者通過串口進行通信。主微控制器接收來自按鍵的指令，對LCD屏的顯示進行控制。從微控制器接收到主微控制器發送的被測芯片型號后，開始對芯片性能進行測試，并將測試結果通過主微控制器顯示到LCD屏中。

3.1 微控制器

雖然74LS系列芯片功能相對簡單，但引腳數較多，需要微控制器具備充足的外部端口與其相連。另一方面，由于系統采用兩片微控制器作為核心單元，在滿足系統需求的基礎上，應選擇引腳數較少的型號，以避免端口資源的閑置，同時，可以減小微控制器的覆蓋面積。因此，系統采用ST公司設計的STM8S207CB作為主/從微控制器。

STM8S207CB具有48個引腳，可配置GPIO數為38，滿足系統的設計要求，并為系統擴展其他功能提供了保障。STM8S207CB內部為哈佛結構[5][6]，具有128K字節的FLASH存儲器，6K字節的RAM，能夠存儲系統所需的測試向量集。為了減少系統所用外設的數量， STM8S207CB采用其內部的16MHz高速RC振蕩器作為時鐘源，從而縮小了系統的體積。在16MHz這一時鐘頻率下，系統可以具備較快的測試速度。