集成电路芯片测试仪的设计

1摘要集成电路（IC）测试是伴随着电子技术的发展而来的，数字集成芯片在使用过程中容易被损坏，用肉眼不易观察。早期的人工测试方法对一些集成度高，逻辑复杂的数字集成电路显得难于入手，因而逐渐被自动测试所取代，因此很需要设计一种能够方便测试常用芯片好坏的仪器。本系统以单片机AT89C52为核心,由芯片测试插座、独立按键、74HC573驱动8位数码管显示、5V直流电源控制模块等组成。根据数字集成芯片的引脚特性以及集成芯片的真值表编写测试程序。该系统能完成14脚以内常用TTL74、54系列数字集成芯片的功能测试。关键字：测试仪；数字集成电路；单片机2ABSTRACTIntegratedcircuit(IC)testisaccompaniedwiththedevelopmentofelectronictechnology,Digitalintegratedchipiseasilydamagedduringuse,anddifficulttoobservewiththenakedeye.Earlymanualtestmethodsforsomehighintegration,thelogicofcomplexdigitalintegratedcircuitsbecomedifficult，thusgraduallyreplacedbyautomatedtesting,soitisnecessarytodesignatestinginstrumenttodistinguishtheCommonchipsisgoodorbadconveniently.ThesystemiswithAT89C52microcontrolleratthecore,includingthechiptestsocket，theindependentbutton,74HC573drivesan8-bitdigitaldisplay,5VDCpowersupplycontrolmoduleandothercomponents,etc.AccordingtothecharacteristicsofdigitalICpinsandthetruthtablewriteintegratedchiptestprogram.Thesystemcanbecompletedwithin14feetcommonTTL74,54seriesdigitalintegratedchipfunctionaltest.Keywords:tester;digitalintegratedcircuit;microprocessorcontrolunit3目录1系统总体方案…………………………………………………………………………..12系统硬件电路设计……………………………………………………………..............22.1硬件系统电路原理框图…………………………………………………………...22.2硬件系统电路各模块设计…………………………………………………………22.2.1MCS-52单片机最小系统……………………………………………………22.2.2独立按键模块………………………………………………………..............32.2.3芯片测试模块……………………………………………………………......42.2.4显示模块………………………………………………………......................52.2.5电源供电模块…………………………………………………………..........73系统软件设计……………………………………………………………………..........83.1测试对象TTL74系列芯片简介……………………………………………………83.2测试原理……………………………………………………………………….........83.3程序流程图…………………………………………………………………….........93.4模块程序关键代码…………………………………………………………….......113.4.1主程序………………………………………………………………………113.4.2独立按键扫描程序…………………………………………………………113.4.374HC573控制数码管显示程序…………………………………………….153.4.4信号检测程序………………………………………………………………174系统仿真测试……………………………………………………………………........19总结………………………………………………………………………………………..21致谢………………………………………………………………………………………..22参考文献…………………………………………………………………………………..23附录………………………………………………………………………………………..24附录A源程序……………………………………………………………………………24附录B元件清单…………………………………………………………………………35附录C整体电路图………………………………………………………………………3611系统总体方案在数字集成电路的设计、制造和应用阶段，不可避免地会出现故障，为了保证数字集成电路工作的可靠性，需要对其进行必要的测试。设计门电路自动测试仪目的在于能够方便检测数字集成芯片的好坏。然而，由于常用的TTL系列芯片种类繁多，不同型号的数字集成芯片其逻辑功能不同、引脚排列不同、甚至哪些引脚作为输入，哪些引脚作为输出都不固定，也就是说，某个型号的集成芯片的其中一只引脚是输入脚，而另一个型号的集成芯片的同一只引脚却可能是输出脚了。在进行硬件电路设计时，必须要有这样的接口电路：和集成芯片引脚连接的检测端口既可作为输入，又可作为输出。正由于上述原因，本方案设计一套数字集成电路测试装置，能够实现对指定几种14脚常见的74系列数字电路测试。芯片有74LS00、74LS04、74LS20、74LS74、74LS86。对数字系统进行测试基本方法是：从数字集成电路的原始输入端施加若干输入矢量作为激励信号，观察由此产生的输出响应，并与预期的正确结果进行比较，一致则表示芯片完好，不一致则表示芯片有故障。因此判断一个集成电路芯片是否存在故障，可用该芯片被检测出来的功能是否同设计规范的功能一致来判断。要让测试结果直观明了，就需设计一个显示模块显示对应测试结果，在此系统中我选用8位数码管来显示芯片型号和两个发光二极管显示测试结果。此外，由于集成芯片的型号不同，为了提高测试的效率，还需设计一个独立按键模块用于输入检测芯片的型号，方便操作。综合以上所涉及的几个问题，完整的门电路自动测试仪应包括按键输入模块，显示模块，芯片测试插座模块，结合单片机最小系统来加以控制。在确立硬件结构的基础上，结合软件完成。软件部分主要由数据检测程序和显示驱动程序，以及按键子程序三大部分组成。在设计过程中，首先使用Protel和Proteus仿真软件作为开发平台来进行硬件电路的设计，并运用软件KeiluVision编写程序完成系统的仿真实现，结合软、硬件完成系统的整体调试。22系统硬件电路设计2.1硬件系统电路原理框图该测试系统的原理框图如下图1所示。图1测试仪原理框图此次所设计的数字集成电路检测系统由单片机控制单元，独立按键输入单元，信号检测单元，数码管显示单元和电源供电单元组成。2.2硬件系统电路各模块设计2.2.1MCS-52单片机最小系统MCS-52单片机内部主要由CPU，存储器，可编程I/O口，定时器/计数器，串行口，中断控制系统，时钟电路等组成。52系列单片机应用广泛，成本低，控制应用等电路成熟。此系统中，我选择单片机AT89C52最小系统进行控制，，它的P0、P1、P2、P3端口是准双向I/O口：既可作为输入口，又可作为输出口,为信号的检测控制奠定了重要的基础。其连接如图2所示。3图2AT89C52单片机最小系统单片机在电路中起到控制整个系统的作用，无论是信号检测，还是数码管显示，都通过编程完成控制。2.2.2独立按键模块采用独立按键的优点是控制程序和硬件电路都很简单，缺点是如果每个按键都要占用一个I/O口，当按键较多时占用I/O口较多。但考虑到本次设计只需要三个按键：检测型号键、复位键、自动检测键。因此在实际的测试中分别对应P3.0\P3.1\P3.2通过按键查询就可以简单的起到控制输入的目的。值得注意的是，在用单片机对按键处理的时候涉及到了一个重要的过程，那就是按键的去抖动。当用手按下一个键时，按键并不会立刻稳定地接通，在释放一个键时，也不会立刻断开。因而在闭合和断开的瞬间都会伴随着一连串的抖动。抖动的持续时间随按键材料和操作员而异，不过通常总是不5-10ms。这种抖动对于单片机来说是完全可以感觉到的，所以必须消除抖动。通常有两种方法可以消除抖动，一种是硬件方法，需要硬件电路，另一种是软件方法，用软件方法可以很容易地解决抖动问题，只需通过延迟10ms来等待抖动消失这之后，在读入按编码值。所以，我们采用软件4消抖法。独立按键电路如图3所示。图3独立按键与单片机连接图2.2.3芯片测试模块结合单片机的I/O口使用情况，以及设计的局限，在该系统中我选用了16脚的通用IC紧锁座作为芯片测试插座，能够测试14脚以下的常用数字集成芯片。根据AT89C52中P0口与P2口的特点，本设计采用AT89C52的P1口和P2口连接测试芯片接口，单片机的P0口的P0.0—P0.7，P2口中的P2.0—P2.5共14条通用I/O线和检测插座构成了检测电路，其中，P2口中P2.7用于控制14管脚电源地转换，因为规则芯片的右上脚都为电源(Vcc)，左下脚都为地(GND)。测试插座优先考虑14脚的通用测试情况。单片机与测试插座之间的连接如图4所示。5图4单片机与测试插座连接图在单片机与紧锁座之间需串接470Ω（或510Ω）的电阻。串接电阻目是对AT89C52起限流保护作用，假设，P2.0输出高电平，此时，测试芯片又为非门，那么将引起灌电流现象，致使P2.0口线上电流非常大，对AT89C52有害。2.2.4显示模块（1）数码管显示模块在系统中，由于系统的独立按键模块和测试插座模块已经使用了单片机的P1,P2和P3口，只剩下一组I/O口可供选择。74HC573是8数据锁存器。主要用于数码管、按键等的控制，至此，我选用一块芯片74HC573直接控制8位数码管。有效的节省了单片机的I/O口的使用，极大地简化了硬件电路。由5片芯片74HC573和4个7段共阴极数码管构成了显示电路，用于向用户提供按键输入信息及输出检测结果等。通过单片机的三个I/O口来控制信号输入。74HC573与AT89C52单片机的硬件连接如图6所示，74HC573锁存器的数据输入端连接单片机的P0口，P0口同时加了上拉电阻，数码管中的C1，C2，C3，C4是它们的位选端。6图674HC573驱动8位数码（2）发光二极管显示模块为了使测试结果直观明了，分别在单片机的两个I/O口P3.6和P3.7分别串接两分别显示芯片好坏两种状态，发光二极管与单片机连接图个红、绿色发光二极管连接图如图7所示。图7发光LED指示灯与单片机连接图72.2.5电源供电模块在该设计系统中，所需电压都为直流5V，它由电源变压器，桥式整流电路（4个二极管D1～D4构成），滤波电容，防止自激电容和一只固定式三端稳压器(LM7805)极为简捷方便地搭成的，为了保证输入LM7805电压的稳定性，在7805之前我使用一只7812保证电流稳定输入12V。如图8所示，220V交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路BR1和滤波电容C6的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7812和LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)，此直流电压经过LM7812和LM7805的稳压和C4,C5的滤波便在稳压电源的输