數(shù)字集成電路測(cè)試儀硬件的設(shè)計(jì)

黃華

引言：論文從集成電路測(cè)試儀器硬件的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)要求、硬件設(shè)計(jì)的方法、軟件的配套設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行探討，以提升數(shù)字集成電路測(cè)試儀器硬件設(shè)計(jì)的可行性和可靠性，并針對(duì)軟件與硬件設(shè)備的相互結(jié)合來(lái)開(kāi)發(fā)數(shù)字集成電路測(cè)試儀器進(jìn)行分析。

數(shù)字集成電路在儀器中的使用非常廣泛，由于其本身的體積小，在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室中的性能優(yōu)劣的判斷難度較大，因而，數(shù)字集成電路的測(cè)試工作一直困擾著業(yè)內(nèi)的研究人員。論文中針對(duì)此類問(wèn)題，提出運(yùn)用C語(yǔ)言、數(shù)字電路、低頻電路、單片機(jī)原理等知識(shí)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一臺(tái)數(shù)字集成電路測(cè)試儀，并且測(cè)試的范圍較廣，實(shí)用性強(qiáng)。文中在集成電路測(cè)試儀硬件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中融入了設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方法和軟硬件的配套等措施，其中涉及到14管腳、16管腳的74LS數(shù)字集成優(yōu)劣的測(cè)試，測(cè)試儀主要通過(guò)發(fā)光二極管的對(duì)照燈和實(shí)測(cè)燈的發(fā)光情況進(jìn)行比照，分析數(shù)字集成電路的好壞。數(shù)字集成電路在日常的應(yīng)用中非常廣泛，因而，涉及出一種簡(jiǎn)單易用、檢測(cè)效果好的測(cè)試硬件對(duì)數(shù)字集成電路的分析研究工作具有現(xiàn)實(shí)的意義。

一、設(shè)計(jì)的思路

在常用的數(shù)字集成電路的參數(shù)測(cè)量中，萬(wàn)用表通過(guò)測(cè)量管腳的電壓來(lái)判斷其好壞具有一定的準(zhǔn)確度，但是其測(cè)量過(guò)程比較復(fù)雜，而且準(zhǔn)確性難以得到有效的保證。而要對(duì)數(shù)字集成電路的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的測(cè)量，并且還要保證其測(cè)量的效率，如果能有一種數(shù)字集成電路測(cè)量?jī)x器可以共用，即測(cè)量的兼容性高，則可以取得良好的效果。數(shù)字集成電路通用性的測(cè)試儀器為了滿足多項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)量，結(jié)合了通信原理、C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和數(shù)字電路等方面的知識(shí)，將測(cè)試采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)來(lái)表明情況，發(fā)光二極管的顯示經(jīng)過(guò)對(duì)照燈和實(shí)測(cè)燈的比較來(lái)判斷集成電路的好壞，這種測(cè)試儀器既可以單個(gè)測(cè)量，也可以連續(xù)性的測(cè)量。由于此類測(cè)試儀器的通用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、判斷迅速，因而在實(shí)際應(yīng)用中極大的節(jié)約了測(cè)量時(shí)間和簡(jiǎn)化了操作流程，可行性和可靠性都得到了很大的提升。

二、總體設(shè)計(jì)

2.1測(cè)試指標(biāo)的參考

在數(shù)字集成電路測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)集中在三個(gè)方面：其一是測(cè)試管腳數(shù)，一般管腳的測(cè)量針數(shù)是小于16；其二測(cè)試品種的多樣化，即可以測(cè)量多種數(shù)字集成電路，兼容性強(qiáng)；其三是測(cè)量的效率，一般測(cè)試中的時(shí)間要控制在1s/塊以內(nèi)。

2.2測(cè)試要求設(shè)計(jì)

同樣，測(cè)試要求也要滿足一定條件才能投入到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，一般測(cè)試要求的設(shè)計(jì)主要集中在四個(gè)方面：其一，測(cè)試其一上的發(fā)光二極管的顯示要正常，尤其是實(shí)測(cè)發(fā)光和對(duì)照發(fā)光具有可比性，才能發(fā)現(xiàn)測(cè)量電路的好壞；其二，既可以滿足單個(gè)測(cè)量的要求，又可以滿足連續(xù)測(cè)量的要求，并且每按一次按鈕，能夠在PC上顯示測(cè)量的結(jié)果，結(jié)果必須直觀明了；其三，測(cè)量的數(shù)字集成電路的功能性要求，即針對(duì)各種數(shù)字集成電路的不同功能塊進(jìn)行測(cè)量；最后，測(cè)試儀器的測(cè)量程序可以人工的修改、調(diào)動(dòng)、擦除，以便在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行調(diào)整，滿足測(cè)量的情況，并且要保證測(cè)試程序在儀器中無(wú)運(yùn)行障礙，測(cè)試的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后能通過(guò)串口傳輸?shù)絇C機(jī)上，顯示實(shí)際測(cè)量的效果圖。

2.3芯片選擇

芯片的參數(shù)資料是硬件設(shè)計(jì)的重要參考，常用的芯片有89C51、RS-232、164等，芯片中的參數(shù)主要考慮I/O線、總線標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串行接口、數(shù)據(jù)寄存方式等，論文中用到的是第一種芯片89C51，其特點(diǎn)是性能好、功耗低，并且可以通過(guò)常規(guī)的編程器進(jìn)行編程，實(shí)用性非常好。

2.4軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)綜合了多種技術(shù)和理論，如C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、通信原理等方面的內(nèi)容，本論文中討論的主要是運(yùn)用C語(yǔ)言和LCAW軟件技術(shù)來(lái)進(jìn)行編程，由于基于PC的數(shù)字集成電路測(cè)試儀器的原理圖比較復(fù)雜，安裝調(diào)試中需要非常細(xì)心謹(jǐn)慎，一般采用PROTEL軟件進(jìn)行繪圖，再根據(jù)原理圖設(shè)計(jì)所用到了元器件。

2.5硬件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)給測(cè)量帶來(lái)了巨大的方便，尤其是測(cè)量的種類、效率和準(zhǔn)確率上來(lái)說(shuō)都有很大的提高，但單純的依靠軟件并不能完成測(cè)試工作，必須依靠硬件的支撐，硬件設(shè)計(jì)中運(yùn)用到的高頻電路，低頻電路、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化和數(shù)字原理圖等多方面的知識(shí)。

軟硬件的相互結(jié)合是測(cè)試儀器工作的基礎(chǔ)，其中軟件的設(shè)計(jì)主要是各種工作程序的匯編與調(diào)試，尋求最佳的軟件程序；硬件系統(tǒng)主要由單片機(jī)、I/O接口、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器等組成，和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又非常大的相似性，只有軟硬件的工作協(xié)調(diào)、相互共融，測(cè)試系統(tǒng)的工作才能準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。硬件電路的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是在選擇型號(hào)確定的情況下，對(duì)工作中的電路運(yùn)行進(jìn)行驗(yàn)證，選取工藝加工的方式、印制板和組裝的流程，此外，某些硬件中的重要部件還要經(jīng)過(guò)測(cè)量對(duì)比，以確定其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響情況，以便在設(shè)計(jì)中可以以其為調(diào)節(jié)的參考，進(jìn)行修正工作，是測(cè)試硬件電路更加符合實(shí)際要求。其中硬件設(shè)計(jì)中需要注意幾個(gè)方面的事項(xiàng)：其一，硬件設(shè)計(jì)的電路盡量要簡(jiǎn)化清晰，以便了解設(shè)計(jì)的意圖和工作機(jī)理；其二，硬件設(shè)計(jì)不僅是要滿足當(dāng)前的工作環(huán)境，而且還要為以后的升級(jí)或改造留出余地，功能性的改造升級(jí)并不能完全依靠軟件來(lái)達(dá)到，尤其是涉及到測(cè)試儀器的運(yùn)算、測(cè)試功能擴(kuò)展、接口的增加等需要硬件的支撐；其三，能用軟件代替的盡量減少硬件的投入，不但可以減少成本，而且軟件的修改、擦除更加容易，此外，軟件相對(duì)于硬件而言，一旦固定，其運(yùn)行的穩(wěn)定性也更高；其四，硬件的設(shè)計(jì)工藝包含多項(xiàng)內(nèi)容，如插接件、配線、面板、機(jī)箱等，然后是對(duì)部件的安裝調(diào)試，以滿足工作的需要；最后，硬件運(yùn)行中的維修保障也必須到位，以減少硬件更換的頻率，延長(zhǎng)其使用壽命，另一方面也是減少成本支出的有效途徑。

三、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字集成電路的測(cè)試具有一定的困難，在實(shí)際工作中不但測(cè)試的效率低，而且測(cè)試的專用型比較強(qiáng)，限制了測(cè)試功能的發(fā)揮，因而，進(jìn)行數(shù)字集成電路測(cè)試儀硬件的設(shè)計(jì)分析和嘗試，以滿足多功能、快速、準(zhǔn)確的測(cè)試要求，可以極大的提升工作效率，相關(guān)研究值得深入開(kāi)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張友德，趙志英，涂時(shí)亮.單片微型機(jī)原理/應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1996.

[2]周仲.國(guó)內(nèi)外常用集成電路互換手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2001.

[3]白中英.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)[M].科學(xué)出版社，1999.

（作者單位：重慶金美通信有限責(zé)任公司）