基于SAK-C167單片機(jī)的智能IC測(cè)試儀設(shè)計(jì)

陳 琦 丁麗娜

（1.哈爾濱光宇電氣自動(dòng)化公司，黑龍江 哈爾濱 150078；2.濱綏化學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 152061）

基于SAK-C167單片機(jī)的智能IC測(cè)試儀設(shè)計(jì)

陳 琦1丁麗娜2

（1.哈爾濱光宇電氣自動(dòng)化公司，黑龍江 哈爾濱 150078；2.濱綏化學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 152061）

針對(duì)一些IC芯片類電子元件進(jìn)行檢驗(yàn)困難的問題，如RAM、ROM、FLASH或單片機(jī)等芯片，設(shè)計(jì)了智能IC檢測(cè)儀器，此測(cè)試儀基于C167單片機(jī)，通過IO擴(kuò)展接口和被測(cè)芯片測(cè)試板連接，對(duì)被測(cè)芯片進(jìn)行功能性驗(yàn)證，并通過液晶顯示出結(jié)果，也可以由CAN接口將結(jié)果傳遞給其他設(shè)備或上位機(jī)。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，此測(cè)試儀具有簡(jiǎn)單、可靠的特點(diǎn)，降低了IC測(cè)試的復(fù)雜性和測(cè)試成本。

C167；測(cè)試儀；單片機(jī)；IC測(cè)試

在對(duì)IC芯片（集成電路Integrated Circuit）類電子元件進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，比如電子工廠要對(duì)新采購(gòu)的RAM、ROM、FLASH或單片機(jī)等芯片進(jìn)行進(jìn)貨檢驗(yàn)，但由于這些芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜、引腳數(shù)量多，且多為貼片元件，通常難以測(cè)量其是否損壞，專用檢測(cè)設(shè)備成本高，使用方法復(fù)雜。一般采購(gòu)方只能通過外觀檢查粗略判斷，或邊使用邊檢驗(yàn)，一旦在使用中出現(xiàn)問題，查找原因困難，且芯片已經(jīng)焊接在線路板上，更換芯片也比較困難。針對(duì)這種無法測(cè)試或缺少有效方法測(cè)試的問題，此“智能IC測(cè)試儀”自動(dòng)完成對(duì)芯片檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果反饋給測(cè)試人員，以提高檢驗(yàn)水平，保證進(jìn)貨質(zhì)量。

1 智能IC測(cè)試儀原理

智能IC測(cè)試儀主要由測(cè)試儀主控板、擴(kuò)展板、上位機(jī)操作軟件等組成。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1

主控箱主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)濾波、鍵盤管理、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)存儲(chǔ)及串行通訊等功能，是測(cè)試儀的數(shù)字化核心。具體過程為先將被測(cè)IC擴(kuò)展板插入擴(kuò)展口，將被測(cè)IC芯片放入芯片夾具，通過3×3按鍵和128×64液晶顯示選擇對(duì)應(yīng)芯片的測(cè)試目錄，按提示時(shí)間等待測(cè)試結(jié)束，直接在液晶屏上查看測(cè)試結(jié)果或在通過串行連接的上位機(jī)上通過軟件查看。

擴(kuò)展板則是針對(duì)每種類型IC有對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展板，上有對(duì)應(yīng)芯片封裝的測(cè)試座，可以輕易拿出或放入被測(cè)芯片，擴(kuò)展板通過擴(kuò)展接口和主控板連接。由于IC種類繁多的，以下主要針對(duì)應(yīng)用范圍廣的幾類IC的擴(kuò)展板進(jìn)行說明，如果測(cè)試單片機(jī)類IC芯片須針對(duì)此芯片做對(duì)應(yīng)測(cè)試程序，并將對(duì)應(yīng)測(cè)試程序傳入待測(cè)芯片，主要進(jìn)行IO測(cè)試。如果是存儲(chǔ)類IC芯片，測(cè)試儀可通過擴(kuò)展口對(duì)被測(cè)芯片進(jìn)行讀寫或擦除測(cè)試，其原理為通過通用IO模擬被測(cè)芯片操作的時(shí)序進(jìn)行讀或?qū)憽?duì)于存儲(chǔ)芯片，為了測(cè)試到每一位是否有損壞，可以先往被測(cè)芯片所有存儲(chǔ)地址上寫入數(shù)據(jù)，再讀出看是否正確；接著整體擦除再讀出看是否正確。經(jīng)過這樣的步驟就可以判定被測(cè)存儲(chǔ)芯片是否正常。注意對(duì)于掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)類的存儲(chǔ)芯片還需要斷電后，查看數(shù)據(jù)是否丟失。對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器類IC，可將通用IO模擬出AD芯片所需的時(shí)序，用可調(diào)電阻器輸入電壓等。

2 智能IC測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)

智能IC測(cè)試儀的硬件電路采用了模塊化設(shè)計(jì)思想。其通用性非常突出，系統(tǒng)主要由四個(gè)模塊組成：

2.1 控制和數(shù)據(jù)處理模塊

此模塊主要完成主測(cè)試程序、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)濾波、鍵盤管理、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)存儲(chǔ)及串行通訊、CAN通訊等，是測(cè)試儀的數(shù)字化核心。主控模塊采用英飛凌的SAK-C167單片機(jī)設(shè)計(jì)，此單片機(jī)為工業(yè)級(jí)，采用C166內(nèi)核可工作在20MHz時(shí)鐘下，四級(jí)流水線結(jié)構(gòu)；達(dá)16M字節(jié)線性數(shù)據(jù)和指令地址空間；8位或16位外部數(shù)據(jù)總線，可選復(fù)用或非復(fù)用外部地址/數(shù)據(jù)總線；1024字節(jié)片內(nèi)特殊功能寄存器區(qū)；16個(gè)優(yōu)先級(jí)的可編程中斷，56個(gè)中斷源；16通道10位的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間9.7μs；兩個(gè)16通道的捕獲比較單元，4通道PWM單元；兩個(gè)多功能通用定時(shí)單元，有5個(gè)16位定制器；兩個(gè)串行通道，兩個(gè)片內(nèi)CAN接口；可編程看門狗定時(shí)器；通用IO達(dá)111個(gè)，部分管腳帶有輸入閾值和滯后可選功能；溫度范圍-40°C到125°C，其特別適合工業(yè)應(yīng)用，性能十分出色。

圖2

主控芯片外擴(kuò)兩片AMD公司的128K字節(jié)flash（AM29F010），及2片宇慶公司的128K字節(jié)靜態(tài)RAM（UT621024SC），程序存放在flash中，保證了程序代碼過大時(shí)，存儲(chǔ)空間的足夠大，程序運(yùn)行速度不受影響。外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片直接掛在C167總線上，其原理圖2。

2.2 液晶顯示模塊與擴(kuò)展模塊

顯示部分主要是把測(cè)試后的數(shù)據(jù)或結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。選用了一款工業(yè)級(jí)128×64點(diǎn)陣液晶，其具有驅(qū)動(dòng)元件少，性能可靠，高低溫范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。使用其顯示4行16×16漢字。由于使用漢字較少，所以沒有采用全漢字庫(kù)，而是直接加入自己所需的漢字字庫(kù)。這樣節(jié)省了很多存儲(chǔ)空間。測(cè)試儀擴(kuò)展模塊主要由專用芯片測(cè)試夾具，測(cè)試外圍電路，運(yùn)行指示燈等組成，通過擴(kuò)展接口與測(cè)試儀連接，當(dāng)測(cè)試時(shí)，需將被測(cè)芯片按正確方向放入對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展板。對(duì)測(cè)量不同的IC，可以制作不同擴(kuò)展模塊和主模塊相連接，用主控板上引出的通用IO和擴(kuò)展模塊上被測(cè)IC連接，根據(jù)被測(cè)IC功能，用通用IO模擬出驅(qū)動(dòng)時(shí)序，對(duì)其進(jìn)行讀寫測(cè)試。由于擴(kuò)展模塊種類繁多，以下以測(cè)試常用EEPROM芯片的擴(kuò)展模塊原理圖為例，如93Cxx系列和24Cxx系列測(cè)試原理圖，P4為芯片夾具，可以適合so-8封裝，以上兩種類型IC可以分別測(cè)試。分別用IO模擬出IIC接口以及SPI接口讀寫時(shí)序，實(shí)現(xiàn)串行EEPROM的讀寫操作。

2.3 通訊模塊

智能IC測(cè)試儀采用隔離CAN接口與上位機(jī)或其他設(shè)備通訊，CAN通訊采用NXP公司生產(chǎn)的PCA82C250控制器接口芯片。其應(yīng)用范圍廣，完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，抗干擾強(qiáng)；有斜率控制，可降低射頻干擾（RFI）；差分接收，抗寬范圍的共模干擾及抗電磁干擾（EMI）；熱保護(hù)功能，低電流待機(jī)模式；未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無影響等優(yōu)點(diǎn)。原理圖如圖3，為保證速度采用了6N137高速光隔。

圖3

3 智能IC測(cè)試儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分是該測(cè)試儀的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的重要一環(huán)。根據(jù)系統(tǒng)的要求，軟件編程的任務(wù)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)測(cè)試部分、RAM芯片測(cè)試部分、ROM芯片測(cè)試部分、EEPROM芯片測(cè)試部分、AD芯片測(cè)試部分，數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤管理部分、RS232串行通訊部分、CAN通訊部分等。

3.1 系統(tǒng)子程序測(cè)試算法設(shè)計(jì)

對(duì)于單片機(jī)類芯片，測(cè)試方法為先進(jìn)行下載測(cè)試，然后把所有IO分成兩組，一組設(shè)為輸入，一組設(shè)為輸出，分別互相短接（注意控制電流不要過大，可串接電阻），判斷輸入IO口得道的狀態(tài)是否和輸出IO設(shè)置的狀態(tài)相符，入不相符則可判定此對(duì)IO不正常。把兩組IO端口分別反向配置，既輸入變輸出，輸出變輸入，同上測(cè)量，即可簡(jiǎn)單的斷定出損壞或接觸不良的IO對(duì)應(yīng)的引腳。

對(duì)于存儲(chǔ)類芯片，只需向其對(duì)應(yīng)地址寫入0xAA，然后讀出此地之?dāng)?shù)據(jù)看是否和寫入相符，第二次再寫入0x55，如上方法讀出對(duì)照，也可再寫入0x00測(cè)試。這樣既可把所有存儲(chǔ)位置都測(cè)試到。注意flash芯片再寫數(shù)據(jù)前要先擦除數(shù)據(jù)。

對(duì)于AD芯片可將芯片輸入端分別接入電源正和地或可調(diào)電阻器，將輸出的數(shù)字量處理后，用液晶或上位機(jī)軟件顯示數(shù)值，即可判定芯片是否正常。

3.2 按鍵功能和人機(jī)界面

測(cè)試儀按鍵采用3×3按鍵組，按鍵的功能主要是選擇要測(cè)試的項(xiàng)目和開始測(cè)試。其中上下鍵，用于選擇菜單；退出鍵，用于退出當(dāng)前狀態(tài)；確認(rèn)鍵，用于進(jìn)入所選菜單或開始測(cè)試；復(fù)位鍵，用于系統(tǒng)復(fù)位功能。系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)潔，方便查看，部分顯示功能如圖4所示：

圖4

4 結(jié)論

現(xiàn)智能IC測(cè)試儀對(duì)以下（不限于）芯片進(jìn)行了智能檢測(cè)，SAK-C167（MQFP-144）、IS2416（SOP-32）、AM29F010B（PLCC-32）、AT24C16（SO-8）、AT24C64（SO-8）、AT24C256（SO-8）、FM93C46（SO-8）、AD7812（SO-16）、AD7865（QFP-44）等。

經(jīng)過實(shí)際使用智能IC測(cè)試儀，能準(zhǔn)確快速測(cè)量待檢驗(yàn)芯片，效果較好。其解決了通常不能檢驗(yàn)或成本過高的檢驗(yàn)IC芯片類的問題，提高了檢測(cè)效率，也使質(zhì)檢部門容易把好進(jìn)貨質(zhì)量關(guān)，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]王珩.ASIC的可測(cè)性設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程[J].1996（24）.

[2]沉吉順.常用集成電路的建議測(cè)試方法[J].電子與自動(dòng)化，1996.

[3]柯璇.試析新型IC智能測(cè)試儀的原理、結(jié)構(gòu)及其使用方法[J].高等函授學(xué)報(bào)，2003，8，43.

TP368.12

A

1671-0037（2014）10-78-2

綏化學(xué)院杰出青年基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：SJ13005。

陳琦（1982-），男，工程師，本科，研究方向：繼電保護(hù)和電力電子產(chǎn)品開發(fā)。

丁麗娜（1982-），女，工程師，博士，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式教學(xué)。