數(shù)字集成電路的測(cè)試儀器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著數(shù)字集成電路日益廣泛的應(yīng)用，其相關(guān)的測(cè)試技術(shù)也顯得愈發(fā)重要。為了保證數(shù)字集成電路的功能和性能參數(shù)符合技術(shù)要求，在集成電路的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、產(chǎn)品檢驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等方面都需要對(duì)集成電路進(jìn)行測(cè)試。而測(cè)試設(shè)備是必不可少的工具，因此研究它們的測(cè)試技術(shù)和開發(fā)測(cè)試設(shè)備具有重要的意義。</p><p>　　本文所設(shè)

2、計(jì)的集成電路測(cè)試儀采用MCS-51單片機(jī)為核心，構(gòu)建數(shù)字集成電路的測(cè)試儀器，該儀器能夠通過(guò)單片機(jī)程序?qū)?shù)字集成芯片插座進(jìn)行控制和測(cè)試，可以完成對(duì)TTL74/54、CMOS4000/4500系列芯片的測(cè)試。測(cè)試儀使用了串口通信方式的LCD漢字液晶顯示器，以便節(jié)省出更多的單片機(jī)接口供測(cè)試更多管腳的集成電路。針對(duì)不同型號(hào)的集成電路Vcc和GND位置不同，在電路中使用了P溝道CMOS管來(lái)作為Vcc切換開關(guān)。測(cè)試儀設(shè)計(jì)了總線標(biāo)準(zhǔn)接口RS-232，

3、能夠?qū)崿F(xiàn)與PC機(jī)的聯(lián)機(jī)。通過(guò)對(duì)大量的TTL、CMOS集成電路的分析，建立了測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)編寫測(cè)試程序，最終以速度快、準(zhǔn)確率高的測(cè)試結(jié)果實(shí)現(xiàn)了測(cè)試TTL74/54、CMOS4000/4500系列芯片的任務(wù)。 </p><p>　　論文第一章闡述此次設(shè)計(jì)的背景及意義、國(guó)內(nèi)外數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)狀、本文要解決的主要問(wèn)題。第二章對(duì)系統(tǒng)總體方案進(jìn)行描述。第三章詳細(xì)說(shuō)明整個(gè)硬件系統(tǒng)的構(gòu)成。第四章主要說(shuō)明軟件測(cè)試的實(shí)現(xiàn)。第五章

4、敘述測(cè)試結(jié)果。</p><p>　　通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)電路和程序進(jìn)行測(cè)試和試運(yùn)行，結(jié)果證明達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。以MCS-51單片機(jī)為核心的數(shù)字集成電路測(cè)試儀，硬件電路簡(jiǎn)單可靠，軟件測(cè)試精確快速。并且具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字集成電路；功能測(cè)試；MCS-51單片機(jī)；LCD</p><p><b>　　Abstract</b

5、></p><p>　　With the increasingly widespread application of digital integrated circuits, the related testing technology becomes increasingly important. To ensure the functions of digital integrated circuit

6、s and performance parameters meet the technical requirements, in integrated circuit design verification, product testing and on-site maintenance and other aspects need to test integrated circuits. The test equipment is e

7、ssential to tools, test technology research and development of their test equipment is </p><p>　　This integrated circuit tester designed by MCS-51 microcontroller core, build digital integrated circuit testi

8、ng equipment, the equipment is able to process the digital single chip control IC sockets and test, to be completed on TTL74/54, CMOS4000/4500 series of chip testing. Tester uses serial communication method character liq

9、uid crystal display LCD to save more of the MCU interface pins of the integrated circuit for testing more. Different types of IC GND and VCC different positions, the circ</p><p>　　The first chapter described

10、 the background and significance of this design, digital circuit test system at home and abroad, this paper to solve the main problem. The second chapter describes the overall programs of the system. The third chapter de

11、tails the composition of the entire hardware system. Fourth chapter explains the implementation of software testing. Chapter V describes the test results.。</p><p>　　Through the experimental circuit and proce

12、dures for testing and trial operation, the results prove to the design requirements. With MCS-51 microcontroller as the core digital IC tester, the hardware circuit is simple and reliable, precise and rapid software test

13、ing. And small size, light weight and low cost. </p><p>　　KEY WORDS: Digital IC； Functional test；MCS-51； single-chip microcomputer；LCD</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

14、;b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　目 錄3</b></p><p>　　第 1 章緒論5</p><p>　　1.1 課題的研究背景及意義5</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)

15、狀6</p><p>　　1.3 本設(shè)計(jì)所要解決的主要問(wèn)題7</p><p>　　第 2 章 測(cè)試儀的總體方案8</p><p>　　2.1 測(cè)試儀的方案選擇8</p><p>　　2.1.1 電壓測(cè)量法8</p><p>　　2.1.2 在線直流電阻普測(cè)法8</p><p>　　2

16、.1.3 電流流向跟蹤電壓測(cè)量法8</p><p>　　2.1.4 在線直流電阻測(cè)量對(duì)比法8</p><p>　　2.1.5 非在線數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)對(duì)比法8</p><p>　　2.2 硬件組成9</p><p>　　2.3 軟件任務(wù)9</p><p>　　2.4 總體方案構(gòu)成9</p><

17、;p>　　第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1.1 單片機(jī)MCS-5111</p><p>　　3.1.2 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1.4 手動(dòng)按鈕復(fù)位15&

18、lt;/p><p>　　3.2 鍵盤電路的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3 PC機(jī)與單片機(jī)串行通信通道的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)與PC串行通信的實(shí)現(xiàn)18</p><p>　　3.3.2 TTL/RS-232電平轉(zhuǎn)換及其接口電路19</p><p>　　3.4 20管腳測(cè)試芯片插座電路2

19、0</p><p>　　第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1 方案選擇21</p><p>　　4.2 軟件主程序流程圖21</p><p>　　4.3 LCD1602液晶顯示電路和鍵盤電路的軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.4 測(cè)試模塊的軟件設(shè)計(jì)25</p><p

20、>　　第5 章系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果26</p><p><b>　　結(jié) 論27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　附錄130</b></p><p>　　附錄2實(shí)物軟件設(shè)計(jì)34</p><

21、p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　課題的研究背景及意義</p><p>　　集成電路是二十世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的新型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，也是二十一世紀(jì)全面進(jìn)入信息化社會(huì)的必要前提和基礎(chǔ)。自1958年德克薩斯儀器公司制造出第一款集成電路以來(lái)，集成電路產(chǎn)業(yè)一直保

22、持著驚人的發(fā)展速度，在數(shù)字化，信息化時(shí)代的今天，數(shù)字集成電路的發(fā)展以及應(yīng)用顯得尤為引人注目。從電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路，發(fā)展到當(dāng)今市場(chǎng)主流的專用集成電路，乃至現(xiàn)處于飛速發(fā)展階段的系統(tǒng)及芯片，數(shù)字集成電路始終沿著速度更快、集成度更高、規(guī)模更大的方向不斷發(fā)展。到目前為止，集成電路仍然基本上遵循著摩爾定律發(fā)展，即集成度幾乎每18個(gè)月增長(zhǎng)一倍。</p><p>　　隨著集成規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，集成

23、電路的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，無(wú)論是在軍事方面的高科技應(yīng)用，還是在人們?nèi)粘Ｉ罘矫娴钠胀☉?yīng)用，數(shù)字集成電路都發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此，數(shù)字集成電路的可靠性顯得越來(lái)越重要。為了保證數(shù)字集成電路的功能和性能參數(shù)符合技術(shù)要求，發(fā)揮其在整個(gè)電路系統(tǒng)中的重要作用，在集成電路的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、產(chǎn)品檢驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等方面都需要對(duì)集成電路進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試技術(shù)已經(jīng)成為謀求集成電路生存與發(fā)展的一門支撐技術(shù)。</p><p>　　集成電路是換代節(jié)

24、奏快、技術(shù)含量高的產(chǎn)品。從當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)格局來(lái)看，集成電路企業(yè)之間在知識(shí)產(chǎn)權(quán)主導(dǎo)權(quán)上斗爭(zhēng)激烈，重要集成電路產(chǎn)品全球產(chǎn)業(yè)組織呈現(xiàn)出跨國(guó)公司(準(zhǔn))寡頭壟斷的特征，集成電路跨國(guó)公司銷售、制造、研發(fā)布局朝全球化方向發(fā)展。</p><p>　　無(wú)論是元件還是電路和系統(tǒng)，由于制造工藝的限制、使用壽命以及工作條件等影響，故障的產(chǎn)生是不可避免的，所以數(shù)字集成電路的測(cè)試便成為亟需解決的問(wèn)題。尤其是在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生要熟悉并掌握某些型

25、號(hào)集成電路芯片的邏輯功能及使用方法，就必須要反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)以后，芯片肯定會(huì)由于各種原因而產(chǎn)生故障，若是更換新的芯片，會(huì)過(guò)于浪費(fèi)，因此這勢(shì)必會(huì)成為教學(xué)過(guò)程中的障礙。本論文將設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易測(cè)試集成電路芯片的儀器，根據(jù)其邏輯功能的真值表，測(cè)試其功能，判斷其是否能正常工作，據(jù)此還可進(jìn)行對(duì)已損壞芯片進(jìn)行維修。這不僅能解決集成電路芯片教學(xué)過(guò)程中的有關(guān)問(wèn)題，節(jié)約成本，更能在測(cè)試過(guò)程中使學(xué)生更加深刻了解集成電路相關(guān)知識(shí)。</p>

26、;<p>　　國(guó)內(nèi)外數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)狀</p><p>　　目前有兩種集成電路測(cè)試系統(tǒng)，一種是整板測(cè)試，稱板級(jí)測(cè)試系統(tǒng)；另一種是對(duì)單個(gè)芯片測(cè)試稱芯片級(jí)測(cè)試系統(tǒng)。</p><p>　　電路板的測(cè)試可分為帶微處理器的電路板的測(cè)試和不帶微處理器的電路板的測(cè)試，即CPU板和普通電路板的測(cè)試。芯片級(jí)測(cè)試又分在線測(cè)試和離線測(cè)試。所謂在線測(cè)試是指對(duì)焊接在電路板上的各種芯片做邏輯測(cè)試和故障

27、診斷；而離線測(cè)試是對(duì)脫離電路板的芯片進(jìn)行測(cè)試和故障判斷。</p><p>　　在單個(gè)芯片測(cè)試系統(tǒng)中，有專門用來(lái)測(cè)試芯片的儀器，此類儀器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，技術(shù)含量高，操作也要求比較專業(yè)。另一種測(cè)試系統(tǒng)是在使用過(guò)程中將測(cè)試芯片作為輔助功能的。目前國(guó)內(nèi)有一款儀器就屬于這種類型，它是南京西爾特公司生產(chǎn)的型號(hào)為SUPERPRO/3000U的通用編程器，如圖1.1所示。編程器是一個(gè)把可編程的集成電路寫上數(shù)據(jù)的工具,編程器主要用于

28、單片機(jī)（含嵌入式）/存儲(chǔ)器(含BIOS)之類的芯片的編程（或稱刷寫）。</p><p>　　圖1.1 SUPERPRO/3000U的通用編程器</p><p>　　基本配置48腳萬(wàn)能驅(qū)動(dòng)電路。所選購(gòu)的適配器都是通用的（插在DIP48鎖緊座上）,即支持同封裝所有類型器件,48腳及以下DIP器件無(wú)需適配器直接支持。在主機(jī)上以PEP3000驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展器替換標(biāo)準(zhǔn)DIP48驅(qū)動(dòng)模塊后萬(wàn)能驅(qū)動(dòng)電路路數(shù)達(dá)

29、到100,則直至100腳的器件均可使用通用適配器（有些器件也可選用專用適配器,直接插在DIP48插座上,則無(wú)需換裝PEP3000）。通用適配器保證快速新器件支持。I/O電平由DAC控制,直接支持低達(dá)1.5V的低壓器件。</p><p>　　更先進(jìn)的波形驅(qū)動(dòng)電路極大抑制工作噪聲,配合IC廠家認(rèn)證的算法,無(wú)論是低電壓器件、二手器件還是低品質(zhì)器件均能保證極高的編程良品率。編程結(jié)果可選擇高低雙電壓校驗(yàn),保證結(jié)果持久穩(wěn)固。

30、</p><p>　　在其編寫程序的主要功能的基礎(chǔ)上，還可測(cè)試SRAM、標(biāo)準(zhǔn)TTL/COMS電路,并能自動(dòng)判斷型號(hào)。通過(guò)向被測(cè)芯片發(fā)送信號(hào)檢驗(yàn)其輸出電平，再根據(jù)事先存入資源庫(kù)的芯片邏輯功能真值表來(lái)判斷其型號(hào)。</p><p>　　在圖形顯示器件接觸不良的時(shí)候，可以形象的看到器件每一個(gè)管腳的接觸狀況。特別是器件有一些管腳處于接觸良好與接觸不良之間的狀態(tài)，如果不用連續(xù)的圖形顯示，例如僅僅一次的

31、數(shù)字顯示，是不能很好地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的，UP-48遇到這種情況，與管腳相應(yīng)的圖形會(huì)不斷閃爍，并提示“接觸不良”字樣。同時(shí)通用編程器特有的管腳接觸不良檢測(cè)功能，有效防止了因?yàn)槠骷欧?、部分管腳短路、接觸不良等原因所造成的損失。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所要解決的主要問(wèn)題</p><p>　　本測(cè)試儀屬于芯片級(jí)數(shù)字集成電路邏輯功能測(cè)試系統(tǒng)，主要采用功能驗(yàn)證測(cè)試法產(chǎn)生測(cè)試矢量，離線完成20腳以下TT

32、L74/54，COMS4000/4500等系列芯片的測(cè)試。為此，在本文中要解決的問(wèn)題主要有：</p><p>　　(1) 測(cè)試自動(dòng)化，20腳測(cè)試插座固定，測(cè)試范圍不受被測(cè)器件的輸入、輸出、電源和地的位置的限制；</p><p>　　(2) 能測(cè)試TTL74系列的門電路，譯碼器等器件； </p><p>　　(3) 整機(jī)電源電壓為+5V，供電方式為直流穩(wěn)壓電源；<

33、;/p><p>　　(4) 可脫機(jī)工作，攜帶方便，輕巧美觀。</p><p>　　集成電路(IC)被生產(chǎn)出來(lái)以后要進(jìn)行測(cè)試。IC測(cè)試貫穿在IC設(shè)計(jì)、制造、封裝及應(yīng)用的全過(guò)程,被認(rèn)為是IC產(chǎn)業(yè)的4個(gè)分支(設(shè)計(jì)、制造、封裝與測(cè)試)中一個(gè)極為重要的組成部分,它已經(jīng)成為IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個(gè)瓶頸。有人預(yù)計(jì),到2012年,可能會(huì)有多達(dá)48%的好芯片不能通過(guò)測(cè)試,IC測(cè)試所需的費(fèi)用將在IC設(shè)計(jì)、制造、封裝和

34、測(cè)試的總費(fèi)用中占80%～90%的比例。 工業(yè)界常采用電壓測(cè)試和穩(wěn)態(tài)電流(I_(DDQ))測(cè)試來(lái)測(cè)試數(shù)字CMOS IC。</p><p>　　綜上所述，我們將從測(cè)試系統(tǒng)工作原理出發(fā)，借鑒一些成熟的經(jīng)驗(yàn)，查閱了大量的資料，經(jīng)過(guò)分析比較，確立了總體方案和構(gòu)建硬件系統(tǒng)；通過(guò)對(duì)TTL、集成電路的統(tǒng)計(jì)和分析，利用功能驗(yàn)證測(cè)試算法建立了測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)，編制了測(cè)試程序，最終完成整個(gè)儀器的設(shè)計(jì)。</p><p>

35、;<b>　　測(cè)試儀的總體方案</b></p><p><b>　　測(cè)試儀的方案選擇</b></p><p>　　目前所用的測(cè)試集成電路芯片的方法有很多，常用的簡(jiǎn)易測(cè)試方法有以下幾種：</p><p><b>　　電壓測(cè)量法</b></p><p>　　主要是測(cè)出各引腳對(duì)地的直

36、流工作電壓值；然后與標(biāo)稱值相比較，依此來(lái)判斷集成電路的好壞。用電壓測(cè)量法來(lái)判斷集成電路的好壞是檢修中最常采用的方法之一，但要注意區(qū)別非故障性的電壓誤差。</p><p><b>　　在線直流電阻普測(cè)法</b></p><p>　　這一方法是在發(fā)現(xiàn)引腳電壓異常后，通過(guò)測(cè)試集成電路的外圍元器件好壞來(lái)判定集成電路是否損壞.。由于是斷電情況下測(cè)定阻值，所以比較安全，并可以在沒(méi)

37、有資料和數(shù)據(jù)而且不必要了解其工作原理的情況下，對(duì)集成電路的外圍電路進(jìn)行在線檢查，在相關(guān)的外圍電路中，以快速的方法對(duì)外圍元器件進(jìn)行一次測(cè)量，以確定是否存在較明顯的故障。</p><p>　　電流流向跟蹤電壓測(cè)量法</p><p>　　此方法是根據(jù)集成電路內(nèi)部的外圍元件所構(gòu)成的電路，并參考供電電壓，即主要測(cè)試點(diǎn)的已知電壓進(jìn)行各點(diǎn)電位的計(jì)算或估算，然后對(duì)照所測(cè)電壓電否符合，來(lái)判斷集成塊的好壞，本

38、方法必須具備完整的集成塊內(nèi)部電路圖和外圍電路原理圖。</p><p>　　在線直流電阻測(cè)量對(duì)比法</p><p>　　此方法是利用萬(wàn)用表測(cè)量待查集成電路各引腳對(duì)地正反向直流電阻值與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照來(lái)判斷好壞。這一方法需要積累同一機(jī)型同型號(hào)集成電路的正?？煽繑?shù)據(jù)，以便和待查數(shù)據(jù)相對(duì)比。</p><p>　　非在線數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)對(duì)比法</p><p&

39、gt;　　所謂非在線數(shù)據(jù)是指集成電路未與外圍電路連接時(shí)，所測(cè)得的各引腳對(duì)應(yīng)于地腳的正反向電阻值。非有線數(shù)據(jù)通用性強(qiáng)，可以對(duì)不同機(jī)型、不同電路、集成電路型號(hào)相同的電路作對(duì)比。</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案要實(shí)現(xiàn)對(duì)已知型號(hào)20腳以內(nèi)的TTL系列、CMOS系列雙列直插封裝數(shù)字集成電路邏輯功能的自動(dòng)測(cè)試。然而，上述幾種方法都不能較好達(dá)到要求。因此，本設(shè)計(jì)采用了以單片機(jī)為核心的自動(dòng)測(cè)試方案，能較好地完成測(cè)試任務(wù)。<

40、/p><p>　　隨著數(shù)字集成電路的應(yīng)用日益廣泛,數(shù)字電路產(chǎn)品的種類愈來(lái)愈多，其分類方法若按用途來(lái)分，可分成通用型的集成電路（中小規(guī)模集成電路）產(chǎn)品，微處理（MPU）產(chǎn)品和特定用途的集成電路產(chǎn)品三大類。其中可編程邏輯器件就是特定用途產(chǎn)品的一個(gè)重要分支。按邏輯功能來(lái)分，可以分成組合邏輯電路（也稱組合電路)，如門電路，編譯碼器等；時(shí)序邏輯電路，如觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、寄存器等。按電路結(jié)構(gòu)來(lái)分，可分成TTL型和CMOS型兩大類。

41、</p><p>　　根據(jù)數(shù)字集成電路的種類、功能、適用范圍的不同，我們應(yīng)該選擇相適應(yīng)的測(cè)試方案。</p><p><b>　　硬件組成</b></p><p>　　系統(tǒng)的硬件組成主要有三部分：</p><p>　　第一部分是以單片機(jī)為核心的測(cè)試平臺(tái)。該測(cè)試平臺(tái)主要由中心控制單元單片機(jī)、鍵盤控制電路、IC電源自動(dòng)控制電路

42、、接口電路、LCD顯示電路組成。</p><p>　　第二部分是PC機(jī)與單片機(jī)串行通信通道的建立。通道主要由串行總線接口、電平轉(zhuǎn)換電路組成。</p><p>　　第三部分是20管腳測(cè)試芯片插座。為了使測(cè)試范圍不受被測(cè)器件的輸入、輸出、電源和地的位置的限制，實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化。</p><p><b>　　軟件任務(wù)</b></p>&l

43、t;p>　　該系統(tǒng)軟件要完成的任務(wù)是：</p><p>　　1、測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)集成電路器件手冊(cè)上芯片的真值表建立被測(cè)芯片的測(cè)試碼數(shù)據(jù)集。</p><p>　　2、主要完成對(duì)已知型號(hào)芯片的測(cè)試。當(dāng)有芯片需要測(cè)試時(shí)，通過(guò)測(cè)試電路對(duì)被測(cè)芯片的施加測(cè)試碼信號(hào)，每施加一組測(cè)試碼就測(cè)回一組芯片的輸出狀態(tài)，一直到該芯片的測(cè)試碼集施加完為止，然后根據(jù)電路響應(yīng)值進(jìn)行分析、判斷和處理，且把測(cè)試結(jié)果顯示

44、出來(lái)。</p><p><b>　　總體方案構(gòu)成</b></p><p>　　根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)要完成的任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)的要求，從測(cè)試系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，構(gòu)建該系統(tǒng)的總體方案如圖2-1所示。該自動(dòng)測(cè)試儀的硬件主要是建立測(cè)試平臺(tái)和通信網(wǎng)絡(luò)，因此，應(yīng)選擇單片機(jī)作為電路核心，通過(guò)可編程I/O接口與20管腳集成芯片插座相連。由于不同型號(hào)芯片的電源和地端的管腳位置不同，所以對(duì)20管腳集

45、成芯片插座要進(jìn)行電源和地端的自動(dòng)控制，可將地端固定，只改變電源端位置，為測(cè)試各種集成芯片提供硬件基礎(chǔ)。因?yàn)榇郎y(cè)芯片的型號(hào)不同，調(diào)動(dòng)的測(cè)試集不同，這就需要由鍵盤選擇芯片的型號(hào)和啟動(dòng)確定鍵下達(dá)測(cè)試命令，同時(shí)要比較詳細(xì)的顯示芯片內(nèi)某個(gè)門或管腳的測(cè)試結(jié)果，為此就必須配置相應(yīng)的鍵盤和LCD顯示器。</p><p>　　電壓測(cè)試包括邏輯測(cè)試和時(shí)延測(cè)試兩方面的測(cè)試內(nèi)容,前者驗(yàn)證IC的功能是否正確,后者驗(yàn)證IC的時(shí)間特性是否正確

46、。電壓測(cè)試方法可以檢測(cè)出大量的物理缺陷,而且比較簡(jiǎn)單,速度較快。但是,由于電壓測(cè)試所使用的故障模型存在局限性,而且測(cè)試常常不能全速進(jìn)行,因此一般來(lái)說(shuō),電壓測(cè)試只善于驗(yàn)證電路的功能。與電壓測(cè)試相比,(I_(DDQ))測(cè)試更善于檢測(cè)由于生產(chǎn)過(guò)程中的細(xì)微偏差而導(dǎo)致的一些“小”缺陷,它的最大優(yōu)點(diǎn)是能大幅度地降低測(cè)試數(shù)字CMOS IC的費(fèi)用,提高它們的可靠性。但是,(I_(DDQ))測(cè)試除不能檢測(cè)那些不導(dǎo)致(I_(DDQ))增加的缺陷或故障(如串

47、擾故障)之外,還受到深亞微米技術(shù)的挑戰(zhàn)。 瞬態(tài)電流(I_(DDT))測(cè)試是一種從供電回路,通過(guò)觀察被測(cè)電路所吸取的瞬間動(dòng)態(tài)電流來(lái)檢測(cè)故障的一種方法,被認(rèn)為可以檢測(cè)出一些經(jīng)電壓測(cè)試和(I_(DDQ))測(cè)試所不能檢測(cè)的故障。這種方法作為傳統(tǒng)的電壓測(cè)試和(I_(DDQ))測(cè)試方法的一個(gè)補(bǔ)充,正逐漸受到研究領(lǐng)域和工業(yè)界的關(guān)注。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體方案框圖</p><p>&l

48、t;b>　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)。在電路中采用多支可編程I/O接口與測(cè)試插座相連，由于所用插座為雙排20管腳，所測(cè)試的IC芯片

49、管腳不盡相同，而電路設(shè)計(jì)時(shí)的插座引腳一經(jīng)接好就不能變動(dòng)，為了保證每一芯片都能在設(shè)計(jì)好的20管腳芯片插座上進(jìn)行測(cè)試，并且芯片的地端位置都相同，因此，將地端引腳固定，改變電源引腳的位置來(lái)適應(yīng)不同型號(hào)的芯片。為了保證單片機(jī)輸出的信息能更有效的傳送到被測(cè)IC芯片的輸入端，同時(shí)還要保證單片機(jī)能因被測(cè)IC芯片的型號(hào)不同而有效更改輸入輸出引腳的位置，因此只有使用可編程接口芯片才能完成這一功能。單片機(jī)的40個(gè)接口除了要與插座相連之外，還要控制鍵盤電路和

50、顯示器，若顯示器采用并行通信方式，單片機(jī)的接口顯然是不夠用的，為了解決這一問(wèn)題，于是就采用了LCD的串行通信方式，只需用單片機(jī)的3個(gè)接口即可控制。</p><p><b>　　單片機(jī)MCS-51</b></p><p>　　MCS-51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8

51、752等。MCS-51含有豐富的硬件資源，提供靈活、高效、多方面的控制應(yīng)用。內(nèi)部集成有8位CPU，片內(nèi)振蕩電路，4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、21個(gè)特殊功能寄存器，32個(gè)I/O通道、可尋址各64K的外部數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)器空間，兩個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)以及1個(gè)全雙工串行接口，有專用位處理機(jī)功能，適于布爾處理?，F(xiàn)在分別加以說(shuō)明。</p><p><b>　　中央處理器：<

52、/b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：</p><p>　　內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器

53、只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　程序存儲(chǔ)器(ROM)：</p><p>　　共有4096個(gè)8位ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：</p><p>

54、　　有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　全雙工串行口：</b></p><p>　　內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，

55、用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p><b>　　中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串口中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p>　　MCS-51共有4個(gè)I/O口，在本測(cè)試系統(tǒng)中

56、分配如下：</p><p>　　1. P0.0~P0.3連接鍵盤，P0.4~P0.6連接LCD的控制端。其中，P0.4接CLK，P0.5接SID，P0.6接CS。</p><p>　　2. P1.0~P1.7和P2.0~P2.7這16個(gè)接口連接插座，用于測(cè)試時(shí)的信號(hào)傳送。</p><p>　　3. P3.4和P3.5通過(guò)兩個(gè)P溝道MOS管接到插座其余的兩個(gè)管腳

57、，而P3.6和P3.7則直接接到這兩個(gè)管腳。P3.4~P3.7這四個(gè)接口用于控制測(cè)試芯片時(shí)電源端的切換。</p><p>　　4. RXD和TXD用于連接MAX232，控制串口，與PC機(jī)進(jìn)行通信。XTAL1 和XTAL2連接外部時(shí)鐘震蕩電路。</p><p><b>　　時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)雖然有內(nèi)部振蕩電路，但

58、要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。MCS-51的時(shí)鐘產(chǎn)生有兩種形式：內(nèi)部電路震蕩方式和外部時(shí)鐘輸入方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。圖中，電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為11.0592MHz，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方

59、式所得的時(shí)鐘情號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 內(nèi)部振蕩方式</p><p>　　外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。由圖可見，外部振蕩信號(hào)由XTAL2引入，XTAL1接地。為了提高輸入電路的驅(qū)勸能力，通常使外部信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)帶有上拉電阻的TTL反相門后接入XT

60、AL2。外部振蕩方式的外部電路如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 外部振蕩方式</p><p>　　該系統(tǒng)采用的是內(nèi)部震蕩方式。MCS-51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。外接石英晶體(或陶瓷諧振器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容容量的

61、大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容30pF+10pF，而使用陶瓷諧振器推薦電容40pF+10pF。本文采用11.0592MHz晶振和30pF電容，在MCS-51引腳XTALl和XTAL2外接晶體和電容后，與其內(nèi)部高增益反相放大器一起構(gòu)成了自激振蕩器，在MCS-51內(nèi)部產(chǎn)生了時(shí)鐘。</p><p><b>　　復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</b

62、></p><p>　　無(wú)論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。</p><p>　　單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工

63、作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。</p><p><b>　　上電復(fù)位</b></p><p>　　一般的MCS-51的上電復(fù)位電路如圖3-3所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至

64、Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1µF。上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起

65、振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在圖3-3的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，</p><p>　　圖3.3 上電復(fù)位</p><p><b>　　手動(dòng)按鈕復(fù)位</b></p><p>　　手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在RST端施加大于兩個(gè)機(jī)器

66、周期（24個(gè)振蕩周期）的高電平，使單片機(jī)完成內(nèi)部的復(fù)位工作。一般采用的方法是在RST端和電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)復(fù)位，電路如圖3-4所示。當(dāng)不按按鍵時(shí)，電容處于充電狀態(tài)，當(dāng)人為地按下按鍵時(shí)，電容開始放電，與200歐姆的電阻組成一個(gè)RC回路，整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖，這個(gè)脈沖遠(yuǎn)大于兩個(gè)機(jī)器周期，因此，人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鍵保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。R

67、6是為了保證按鍵按下后RST端為高電平。</p><p>　　圖3.4 手動(dòng)按鈕復(fù)位</p><p><b>　　鍵盤電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　鍵盤是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤的結(jié)構(gòu)形式通常有兩種，即矩陣式鍵盤和獨(dú)立式鍵盤。</p><p>　　矩陣式鍵盤（編碼式）常用于按鍵個(gè)數(shù)

68、較多的場(chǎng)合，它的按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。案件的作用只是相應(yīng)接點(diǎn)接通或斷開，被按按鍵在行列中所在的接點(diǎn)配合相應(yīng)程序可產(chǎn)生鍵碼。矩陣式鍵盤的硬件電路簡(jiǎn)單，較為常用。常用4×4矩陣式鍵盤電路如圖3-7所示。</p><p>　　鍵盤的工作方式一般有編程掃描方式和中斷掃描方式兩種。編程掃描工作方式是利用CPU在完成其它工作的空余掃描子程序，來(lái)響應(yīng)鍵輸入要求。在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求。中斷工

69、作方式。即只有在鍵盤有鍵按下時(shí)，發(fā)中斷申請(qǐng)，CPU相應(yīng)中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序，進(jìn)行鍵盤掃描，識(shí)別鍵碼。</p><p>　　圖3.5 4×4矩陣式鍵盤電路</p><p>　　獨(dú)立式鍵盤（非編碼式）硬件電路如圖3-8所示。當(dāng)按下鍵盤時(shí)產(chǎn)生一個(gè)電平變化（通常為低電平），向CPU申請(qǐng)中斷，或通過(guò)I/O口采用程序查詢方式，檢測(cè)按鍵是否按下；當(dāng)CPU確認(rèn)鍵盤按下時(shí)，程序轉(zhuǎn)向執(zhí)行按鍵

70、功能。這種鍵盤的各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，狀態(tài)互不影響；該鍵盤使用方便，編程簡(jiǎn)單，但在按鍵較多時(shí)硬件電路復(fù)雜，占用CPU的資源較多，因此常用于按鍵個(gè)數(shù)較少的場(chǎng)合。</p><p>　　按鍵屬于電平開關(guān)，在按按鍵時(shí)會(huì)有抖動(dòng)。因此，在按鍵抖動(dòng)期間CPU掃描鍵盤必然會(huì)得到錯(cuò)誤信息，常用的解決辦法是：在硬件方面可在按鍵兩端加濾波電容（如圖3-7中的0.1uF電容）或選用邏輯開關(guān)；在軟件方面可設(shè)置一定的延時(shí)（通常20ms左右），使

71、按鍵按下延時(shí)穩(wěn)定后CPU再讀入鍵值。</p><p>　　數(shù)碼管不同位顯示的時(shí)間間隔可以通過(guò)調(diào)整延時(shí)程序的延時(shí)長(zhǎng)短來(lái)完成。數(shù)碼管顯示的時(shí)間間隔也能夠確定數(shù)碼管顯示時(shí)的亮度，若顯示的時(shí)間間隔長(zhǎng)，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將亮些，若顯示的時(shí)間間隔短，顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度將暗些。若顯示的時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)的話，數(shù)碼管顯示時(shí)將產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。所以，在調(diào)整顯示的時(shí)間間隔時(shí)，即要考慮到顯示時(shí)數(shù)碼管的亮度，又要數(shù)碼管顯示時(shí)不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。<

72、;/p><p>　　矩陣鍵盤驅(qū)動(dòng)的主要作用就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外部按鍵中斷，一旦發(fā)現(xiàn)外部有鍵按下就向內(nèi)核發(fā)送鍵盤消息實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入功能。鍵盤驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建了中斷服務(wù)線程和4個(gè)鍵盤中斷事件，每行按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵盤中斷事件。有鍵被按下時(shí)，中斷服務(wù)例程得到對(duì)應(yīng)的中斷標(biāo)識(shí)符并報(bào)告給系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度進(jìn)程，同時(shí)產(chǎn)生鍵盤中斷事件，鍵盤中斷服務(wù)線程響應(yīng)鍵盤中斷事件，開始掃描矩陣鍵盤。根據(jù)產(chǎn)生的中斷事件類型不同，可以首先確定被按下鍵的行位置。由于鍵盤被按下

73、后，該鍵對(duì)應(yīng)的行和列被連通，因此根據(jù)判斷各列對(duì)應(yīng)的I/O口的電平，可以得到被按下鍵的列位置；得到按鍵的準(zhǔn)確位置后，通過(guò)向操作系統(tǒng)發(fā)送鍵盤消息KEYBD_EVENT,實(shí)現(xiàn)一次鍵盤輸入。循環(huán)掃描鍵盤，直到按鍵被彈起則發(fā)送KEYEVENTF_KEYUP事件。</p><p>　　圖3.6 獨(dú)立式鍵盤電路</p><p>　　根據(jù)本測(cè)試儀的要求，待測(cè)或要查閱的芯片的型號(hào)需要由鍵盤選中，測(cè)試程序啟

74、動(dòng)命令需要由鍵盤鍵入。由于本設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)易測(cè)試數(shù)字集成電路，對(duì)鍵盤個(gè)數(shù)要求不多，因此采用獨(dú)立式鍵盤，共設(shè)置4個(gè)按鍵（S1，S2，S3，S4），分別由P0.0，P0.1，P0.2，P0.3控制。每個(gè)按鍵接4.7KΩ的上拉電阻，起限流保護(hù)作用。當(dāng)有鍵按下時(shí)為低電平，無(wú)鍵按下時(shí)則為高電平。同時(shí)，為了防止按鍵時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)，在四個(gè)按鍵兩端都加了0.1uF的濾波電容。電路如圖3-6所示。</p><p>　　PC機(jī)與單片機(jī)串行通

75、信通道的設(shè)計(jì)</p><p>　　串行通信因信號(hào)線少，成本低，有多種可供選擇的傳送速率，又有調(diào)制/解調(diào)功能而特別適合距離較遠(yuǎn)，通信點(diǎn)較多的場(chǎng)合。采用PC機(jī)作為上位機(jī)是因?yàn)镻C機(jī)軟硬件資源豐富，人機(jī)交互能力好，通用性強(qiáng)。此外，由于目前PC機(jī)使用的WindowsXP操作系統(tǒng)也提供了一個(gè)強(qiáng)大的軟件開發(fā)平臺(tái)。單片機(jī)與PC機(jī)通過(guò)串行口連接，操作簡(jiǎn)便，易用性強(qiáng)。此外，通過(guò)主機(jī)提供的軟硬件資源，提供給用戶的是測(cè)試儀的交互界面，

76、使人機(jī)對(duì)話方便、直觀、智能化，改善了用戶的操作環(huán)境，加強(qiáng)了測(cè)試儀的工作必能。用戶可通過(guò)菜單控制測(cè)試儀的工作狀態(tài)：完成激勵(lì)文件、控制文件的裝載，響應(yīng)結(jié)果的回傳以及對(duì)測(cè)試結(jié)果的最終處理。</p><p>　　單片機(jī)與PC串行通信的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　單片機(jī)和PC機(jī)行的串行通信一般采用RS-232、RS-422或RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)接口。但由于PC機(jī)有現(xiàn)成的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行口，所以本測(cè)

77、試系統(tǒng)選擇采用RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)接口。單片機(jī)有一個(gè)全雙工串行口，但它不是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行口，RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，因此在本測(cè)試系統(tǒng)中采用MAX232進(jìn)行RS-232C電平與TTL電平的相互轉(zhuǎn)換。</p><p>　　為保證通信的可靠，在選擇接口時(shí)必須注意。1、通信的速率；2、通信距離；3、抗干擾能力；4、組網(wǎng)方式。根據(jù)本測(cè)試系統(tǒng)的要求，本文采用

78、RS-232C串行總線接口與單片機(jī)通信的方法。</p><p>　　表3-1 RS-232 9針接口各引腳的信號(hào)功能</p><p>　　RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA在40年前為公共電話網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信而制定的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，由于RS-232C的發(fā)送和接收是“對(duì)地”而言的，采用非平衡模式傳輸，存在共地噪聲，所以其最大傳輸距離和速率在標(biāo)準(zhǔn)中被限定為15米和192500bit。從電氣特性

79、而言，RS-232C總線的邏輯電平與TTL電平完全不兼容，總線中的任何一條信號(hào)線的電平均為負(fù)邏輯關(guān)系，邏輯“0”規(guī)定為+5V～+15V之間，邏輯“1”規(guī)定為－5V～－15V之間，噪聲容限為2V。即要求接收器能識(shí)別低至-3V的信號(hào)作為邏輯“0” ，高到+3V的信號(hào)作為邏輯“l(fā)”。 </p><p>　　TTL/RS-232電平轉(zhuǎn)換及其接口電路</p><p>　　RS-232規(guī)定的電平和一般

80、微處理器的邏輯電平不一致，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MCl488和MCl489芯片為早期的RS-232至TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換芯片，采用該芯片的主要缺點(diǎn)是電路需要+12V電壓，不適合用于低功耗的系統(tǒng)。MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的，包含兩路驅(qū)動(dòng)器和接收器的RS-232轉(zhuǎn)換芯片，單一電源供電，電壓值從+3.0V～+5.5V均可正常工作。芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為RS-232接口所需的+10V電壓，尤其適用于沒(méi)有+12

81、V的單電源系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用MAX232單+5V電壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換芯片，MCS-51的TXD端接芯片的T1IN端，芯片的T1OUT端接PC的接插件的第3腳；RXD端接芯片的R1OUT端，芯片的R1IN接PC的接插件的第2腳；接插件的GND端（第5腳）接芯片的GND端。串行接口電平轉(zhuǎn)換電路如圖3.7所示，圖中芯片的五個(gè)0.1uF電容，屬于電磁兼容的輔助設(shè)計(jì)。其中，C9為0.1uF的去耦電容，可選用一般的瓷片電容，C10、C11、C12、C13可

82、選用耐壓值至少大于16V、容量為0.1uF的電解電容，注意電容的極性不能接反。</p><p>　　圖3.7 串行接口電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　20管腳測(cè)試芯片插座電路</p><p>　　由于各IC塊的引腳數(shù)和寬度不一致，且電源和地的位置因片而異，所以待測(cè)芯片插座的引腳必須有選擇性地加以控制。根據(jù)對(duì)TTL74/54系列和CMOS4000/4500常見的2

83、00余種芯片的統(tǒng)計(jì)，20引腳以內(nèi)的芯片占90％以上。通過(guò)對(duì)有關(guān)文獻(xiàn)中的IC資料統(tǒng)計(jì)和歸類，列出20腳以內(nèi)規(guī)則芯片的引腳數(shù)、Vcc和GND的位置情況，見表3-4。本設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)易測(cè)試數(shù)字集成電路，因此其測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)主要收錄了常用的規(guī)則芯片，規(guī)則芯片的右上腳都為電源(Vcc)，左下腳都為地(GND)。所以，在設(shè)計(jì)插座時(shí)作出如下規(guī)定：將插座的的第10管腳固定為地端，第20管腳固定為Vcc，在插入被測(cè)芯片時(shí)，芯片的地端管腳插入插座的地端，其它管腳則

84、依次插入。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中的IC芯片為常見的規(guī)則芯片，引腳有14、16、18和20腳。在將插座的第20腳固定為Vcc后，就需要根據(jù)不同型號(hào)芯片的Vcc位置不同來(lái)自動(dòng)控制Vcc的接口。因此，本設(shè)計(jì)采用增強(qiáng)型P溝道的MOS管來(lái)切換Vcc的位置，如圖3-10所示。圖中3個(gè)P溝道MOS管的漏極分別接插座的17、18、19管腳，柵極分別接單片機(jī)的P0.7、P3.5、P3.4口，源極同時(shí)接Vcc

85、。單片機(jī)的P2.7、P3.7、P3.6分別直接接到插座的第17、18、19管腳。根據(jù)增強(qiáng)型P溝道的MOS管的轉(zhuǎn)移的性，當(dāng)單片機(jī)給柵極送高電平時(shí)，源極電壓高于柵極電壓，UGS>UGS(off)，因此漏極電流ID=0。以測(cè)試16管腳芯片為例，將芯片插入插座后，芯片的Vcc在插座的第18腳，單片機(jī)的P0.7口給MOS管Q3的柵極送高電平，此時(shí)Q3的漏極電流ID=0，第17管腳沒(méi)有與Vcc接通；然后P3.5送低電平，源極電壓低于柵極電壓，

86、UGS<UGS(off)，ID不為零，即插座第18管腳與Vcc接通，充當(dāng)芯片電源。再利用P2.7口來(lái)控制第17管腳電平，即可完成16管腳芯片的測(cè)試。</p><p>　　圖3.8 插座電源自動(dòng)控制電路</p><p><b>　　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　方案選擇</b></p>

87、<p>　　在數(shù)字電路系統(tǒng)中，集成電路的錯(cuò)誤通常分為兩類：一類是邏輯錯(cuò)，一類是參數(shù)錯(cuò)。對(duì)于一個(gè)可靠的系統(tǒng)，必須檢測(cè)并維護(hù)所使用的集成電路芯片是否有這兩種錯(cuò)誤。</p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中檢測(cè)這些錯(cuò)誤可用三種有效的方法。</p><p>　　(1)DC測(cè)試(靜態(tài)或功能測(cè)試)；</p><p>　　(2)AC測(cè)試(動(dòng)態(tài)或參數(shù)測(cè)試)；</p>

88、;<p>　　(3)時(shí)鐘頻率測(cè)試。</p><p>　　DC檢測(cè)；從輸入端施加預(yù)先編好的激勵(lì)信號(hào)，觀察由此產(chǎn)生的輸出響應(yīng)，并與已知的預(yù)期正確結(jié)果進(jìn)行比較，一致則表示系統(tǒng)J下常，不一致則表示系統(tǒng)有故障。</p><p>　　AC檢測(cè)：用來(lái)檢測(cè)參數(shù)錯(cuò)誤，該種檢測(cè)測(cè)試與時(shí)間有關(guān)的系統(tǒng)性能和系統(tǒng)各點(diǎn)的實(shí)際的電壓和電流。AC檢測(cè)通常是用手工來(lái)做的。</p><p&g

89、t;　　時(shí)鐘頻率測(cè)試與DC檢測(cè)相似。所不同的是測(cè)試的輸入數(shù)據(jù)是按一定的頻率加到系統(tǒng)上的，這一頻率近于被測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的頻率。</p><p>　　數(shù)字集成電路的DC測(cè)試，尤其是小規(guī)模集成電路和許多中規(guī)模集成電路芯片的測(cè)試非常重要，而且比其它的測(cè)試用的更多。在本設(shè)計(jì)中就采用了數(shù)字集成電路的DC測(cè)試。</p><p><b>　　軟件主程序流程圖</b></p>

90、<p>　　在本設(shè)計(jì)中，以MCS-51單片機(jī)為核心，控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程。當(dāng)單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位后，液晶顯示器開始初始化，然后進(jìn)入開機(jī)界面。再由鍵盤選擇進(jìn)入測(cè)試模式。進(jìn)入查詢模式后，通過(guò)鍵盤選中所要查詢芯片型號(hào)，顯示器顯示其邏輯功能；進(jìn)入測(cè)試模式后，先用鍵盤選中所要測(cè)試芯片型號(hào)，然后由單片機(jī)發(fā)送測(cè)試信號(hào)，通過(guò)和測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中的真值表對(duì)照，判斷芯片是否損壞并顯示測(cè)試結(jié)果。整個(gè)測(cè)試的主程序流程圖如圖4.1所示。</p>&l

91、t;p>　　具體程序及注釋如下：</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP main</p><p>　　ORG 0030H</p><p>　　main: MOV SP,#60H</p><p>　　CLR LCD_CS

92、 ;準(zhǔn)備lcd引腳信號(hào)</p><p>　　CLR LCD_SID </p><p>　　CLR LCD_CLK</p><p>　　ACALLKEY;按鍵初始化</p><p>　　LCALL LCDreset;lcd初始化</p><p&g

93、t;　　MOV DPTR,#boot_char11 ;顯示開機(jī)界面</p><p>　　ACALL dischar1</p><p>　　MOV DPTR,#boot_char12 </p><p>　　ACALL dischar2</p><p>　　S1_l

94、oop:JNBS1,START1　　　　　　　; 循環(huán)等待S1鍵按下，默認(rèn)進(jìn)入菜單（光標(biāo)指在器件檢測(cè)）</p><p>　　AJMPS1_loop</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　LCD1602液晶顯示電路和鍵盤電路的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的每個(gè)模塊都是圍繞單

95、片機(jī)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再通過(guò)按鍵控制每一步的具體操作，并在液晶顯示屏上顯示出具體的操作流程。按鍵設(shè)計(jì)的流程如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 按鍵程序流程圖</p><p>　　在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，為了更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，在LCD1602上顯示每一步的執(zhí)行過(guò)程，并通過(guò)4個(gè)按鍵“確定、上、下、返回”靈活操作。具體操作流程如圖4.3所示。</p><p>　　接通

96、電源以后，LCD1602顯示開機(jī)界面，按下“確定”鍵進(jìn)入模式選擇界面。通過(guò)“上”、“下”兩個(gè)鍵來(lái)選擇工作模式，選中后按“確定”鍵進(jìn)入。選中查詢模式后，選擇芯片型號(hào)，按“確定”鍵，顯示器會(huì)自動(dòng)顯示其邏輯功能；選擇測(cè)試模式后，由單片機(jī)控制進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完成之后，顯示測(cè)試結(jié)果，再按“返回”鍵返回芯片選擇界面，準(zhǔn)備下一次測(cè)試。</p><p>　　圖4.3 LCD1602與鍵盤電路的軟件流程圖</p>&l

97、t;p><b>　　具體程序見附錄。</b></p><p><b>　　測(cè)試模塊的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的測(cè)試部分采用邏輯功能驗(yàn)證測(cè)試法來(lái)完成。插入待測(cè)芯片后，先根據(jù)型號(hào)加載Vcc和GND控制，確定好這兩個(gè)端口之后，再加載管腳的邏輯控制，單片機(jī)通過(guò)送高低電平并接受輸出端信號(hào)，與測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中的真值表比較是否一致，不一致

98、便置錯(cuò)誤標(biāo)志；一致則判定測(cè)試程序是否結(jié)束。若不結(jié)束便返回到程序剛開始是，再根據(jù)芯片型號(hào)重復(fù)測(cè)試過(guò)程；若結(jié)束再判斷是否有錯(cuò)誤標(biāo)志，有錯(cuò)誤標(biāo)志，則顯示“錯(cuò)誤”；沒(méi)有則顯示“正確”。</p><p>　　以74LS00為例，測(cè)試程序如下：</p><p><b>　　74LS00:</b></p><p>　　CLRP1.0</p>

99、<p>　　CLRP1.1</p><p>　　MOVC,P1.2</p><p>　　JNCC,Error1</p><p>　　CLRP1.3</p><p>　　SETBP1.4</p><p>　　MOVC,P1.5</p><p>　　

100、JNCC,Error2</p><p>　　SETBP1.6</p><p>　　CLRP1.7</p><p>　　MOVC,P2.0</p><p>　　JNCC,Eroor3</p><p>　　SETBP2.1</p><p>　　SETBP2.

101、2</p><p>　　MOVC,P2.3</p><p>　　JCC,Error4</p><p>　　ACALLExactitude　　;循環(huán)等待S4鍵按下，返回上級(jí)菜單</p><p>　　S4_loop1:JNBS4,START1　　　　　　　　　　　　　　　　　　</p><p>

102、;　　AJMPS4_loop1</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果</b></p><p>　　單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單

103、片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-5系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。</p><p><b>　　圖5.1整體電路</b></p><p><b>　　圖5.2 開機(jī)界面</b></p><p

104、><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本課題研究的是以MCS-51單片機(jī)為核心的數(shù)字集成電路測(cè)試儀。本文通過(guò)采用MCS-51單片機(jī)為核心的測(cè)試技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字集成電路的測(cè)試平臺(tái)，為完成20腳以下TTL74/54、 C0MS4000/4500系列芯片的測(cè)試提供了科學(xué)的硬件基礎(chǔ)，解決待測(cè)芯片的Vcc和GND引腳位置不同問(wèn)題；采用總線標(biāo)準(zhǔn)接口RS-232技術(shù)建立了與PC機(jī)通信

105、通道，實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)的連機(jī)；通過(guò)對(duì)大量TTL、CMOS集成電路的統(tǒng)計(jì)和分析，建立了測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)編制測(cè)試程序，最終以速度快和準(zhǔn)確率高的測(cè)試結(jié)果實(shí)現(xiàn)了測(cè)試20腳以下TTL74/54、 COMS4000/4500系列芯片的任務(wù)。</p><p>　　在課題在課題進(jìn)行的過(guò)程中，對(duì)數(shù)字集成電路以及數(shù)字集成電路測(cè)試方法有了較深入的了解，主要工作包括：深入的了解了數(shù)字集成電路組成、性能、型號(hào)規(guī)格以及技術(shù)要求，并通過(guò)查閱資料

106、了解了很多數(shù)字集成電路測(cè)試儀的工作原理，制作方法以及適用范圍。這些基礎(chǔ)工作為之后的硬件設(shè)計(jì)打下了較好的基礎(chǔ)：了解單片機(jī)工作原理、單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，鍵盤電路的設(shè)計(jì)等硬件部分設(shè)計(jì)，并對(duì)所用器件進(jìn)行焊接：對(duì)軟件部分進(jìn)行編程，仿真，完成程序下載，調(diào)試。</p><p>　　由于第一次接觸數(shù)字集成電路的測(cè)試，并因個(gè)人能力和時(shí)間等因素，在對(duì)該課題研究過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，使得設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上有很

107、多不盡完善之處，在理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，我所設(shè)計(jì)的測(cè)試儀，目前能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯關(guān)系的測(cè)試，對(duì)此本測(cè)試儀進(jìn)一步研究方向和改進(jìn)如下：</p><p><b>　　操作簡(jiǎn)單方便；</b></p><p>　　內(nèi)置元器件庫(kù)可擴(kuò)充升級(jí)；</p><p><b>　　未知IC型號(hào)查找；</b></p><p>　　顯示

108、單個(gè)管腳故障；.</p><p><b>　　診斷信息；</b></p><p><b>　　元件代換查詢；</b></p><p>　　可選SOIC和PLCC適配座；</p><p>　　可選編程軟件與PC實(shí)時(shí)通訊測(cè)試；.</p><p><b>　　電池與直流供

109、電。</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　申忠如．MCS-51單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．西安交通大學(xué)出版社，　　　　　　　　　　　　　　　　　2008</p><p>　　薛鈞義．張彥斌.MCS-51/96系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M]．西安交通大學(xué)出版社．1997.8.</p>