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高校電子實(shí)驗(yàn)數(shù)字集成電路檢測儀的設(shè)計論文
世界上第一個集成電路是1958 年德克薩斯儀器公司制造的，此后集成電路產(chǎn)業(yè)一直保持著驚人的發(fā)展速度，而數(shù)字集成電路的發(fā)展速度更快、集成度更高、規(guī)模更大。數(shù)字集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，目前已滲透到了無線通信、自動控制、計算機(jī)技術(shù)等各個領(lǐng)域，大到航空航天設(shè)備、醫(yī)療器械，小到計算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、收音機(jī)、耳麥等等，無論軍事還是民用方面，數(shù)字集成電路都發(fā)揮著舉足輕重的作用。與此同時，集成電路的老化損壞是不可避免的，其可靠性也變得尤為重要，故此，與之相應(yīng)的檢測技術(shù)就成為亟待解決的問題了。
現(xiàn)代生活中電子產(chǎn)品無處不在，而集成電路是構(gòu)成電子產(chǎn)品的核心、靈魂。集成電路在電子產(chǎn)品設(shè)計制作中應(yīng)用越來越廣泛，各種軍用、民用、醫(yī)療電子產(chǎn)品制作安裝過程和售后維修中都需對集成電路進(jìn)行檢測。而在高校教學(xué)中，電子技術(shù)是專業(yè)基礎(chǔ)課，大量理工科院校課程體系中均設(shè)置電子實(shí)驗(yàn)、電子工藝實(shí)習(xí)以及電子課程設(shè)計等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容。高校學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計和大學(xué)生科技創(chuàng)新活動乃至教師的科研等，最終都將利用集成電路制作出電子成品來實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計理念。故此，集成電路滲透于各個方面，無論生產(chǎn)實(shí)踐還是教學(xué)、科研均需涉及到集成電路檢測問題。目前，市面出售的測試儀普遍存在價格高、體積大、自動化程度低，需人工干預(yù)等缺點(diǎn)。測試儀價格比較昂貴，離線測試儀一般幾千到上萬元，在線測試儀和國外進(jìn)口儀器價格則更高。開發(fā)一款便攜、價廉、精準(zhǔn)的數(shù)字電路的自動檢測儀器，可用于電子類的實(shí)習(xí)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)、大學(xué)生電子競賽、科技創(chuàng)新活動、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、電器維修、科研等各個領(lǐng)域，用途廣泛。該測試系統(tǒng)硬件制作成本低，性價比高，適于高校師生使用。
1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)
以單片機(jī)為核心，設(shè)計一數(shù)字集成電路檢測儀系統(tǒng)，使其能對高校教學(xué)中常用的74LS 系列等數(shù)字集成電路進(jìn)行功能測試。無需預(yù)先輸入集成電路型號，接通電源放置好被測芯片后即可執(zhí)行自動檢測并輸出檢測結(jié)果，整個檢測過程無需人工干預(yù)，其主要性能、特色如下：
(1)置入被測芯片后，無需人工輸入芯片型號，系統(tǒng)即可自動識別、判斷其型號;
(2)自動判定芯片性能好壞，如部分損壞，判定具體損壞情況并輸出到顯示模塊;
(3)可測芯片引腳數(shù)目20 以內(nèi)，型號30 種以上，具備動態(tài)可擴(kuò)展性。
2 系統(tǒng)總體方案
目前所用的測試集成電路芯片的方式主要分為在線和離線兩種方式，主要測試方法有電壓測量法、在線直流電阻普測法、電流跟蹤電壓法、在線直流電阻測量對比法、非在線數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)對比法等。本系統(tǒng)從數(shù)字集成電路特性和測試原理出發(fā)， 建立科學(xué)合理的故障模型，搭接外圍硬件電路，建立測試平臺，用C 語言編程，設(shè)計制作本數(shù)字集成電路測試儀， 使其能對高校電子實(shí)驗(yàn)常用的74LS 系列等數(shù)字集成電路進(jìn)行功能測試，系統(tǒng)總設(shè)計步驟分為五步。
(1)研究測試系統(tǒng)工作原理及數(shù)字集成電路檢測機(jī)理，根據(jù)測試目標(biāo)和技術(shù)參數(shù)要求，確立總體方案;
(2)研究各待測數(shù)字集成電路工作方式和特性，制定相應(yīng)故障模型，確立各模塊的具體實(shí)施方案和實(shí)施條件;
(3)建立待測元件信息庫，研究并建立測試策略，制定程序流程圖，編譯單片機(jī)程序并進(jìn)行仿真調(diào)試;
(4)研究電源電路工作原理，設(shè)計電源供電模塊、顯示模塊以及外圍電路，搭建系統(tǒng)硬件平臺并進(jìn)行測試;
(5)軟硬件綜合調(diào)試，系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)測試后焊接、制作、完成。
3 系統(tǒng)設(shè)計步驟
3.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
測試儀硬件電路部分以51 系列單片機(jī)為核心， 配以液晶屏做顯示器，主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、顯示模塊、DUT 底座、開關(guān)、按鍵等，如圖所示。
3.2 軟件編譯
選取部分高校電子實(shí)驗(yàn)課程中常用的74LS 系列， 如74LS00、74LS08 等型號的數(shù)字集成電路芯片建立待測元件信息庫， 結(jié)合硬件電路接口設(shè)置情況， 以C 語言編寫程序， 在Keil C51 軟件環(huán)境中編譯、調(diào)試程序。對照待測元件信息庫中真值表，判定其邏輯錯、參數(shù)錯等信息，建立科學(xué)的故障模型，進(jìn)而判定具體故障位置，主程序流程圖。
3.3 系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)
利用Altium Designer 軟件設(shè)計好原理圖及PCB 圖， 通過熱轉(zhuǎn)印法制作好印制電路板，于上位機(jī)編譯好程序后，燒錄到單片機(jī)中，將待測數(shù)字集成電路芯片放置在DUT 底座中相應(yīng)位置后進(jìn)行測試， 軟硬件結(jié)合統(tǒng)調(diào)。本系統(tǒng)無需預(yù)先輸入被測數(shù)字集成電路型號，接通測試儀電源，放置好被測芯片后即可執(zhí)行自動檢測并輸出檢測結(jié)果，包括型號判斷及故障部位等信息，整個檢測過程無需人工干預(yù)。
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