摘 要： 設(shè)計(jì)了一款針對(duì)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室常用的中規(guī)模集成電路芯片的功能測(cè)試儀。測(cè)試儀的核心AT89C55單片機(jī)管理和控制整個(gè)測(cè)試流程，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、判斷，并通過LCD、LED顯示和指示其測(cè)試結(jié)果。詳細(xì)介紹了測(cè)試儀的總體設(shè)計(jì)思路，給出了ADC0809、DAC0832、LM555、SG3524等芯片的詳細(xì)測(cè)試電路圖。
關(guān)鍵詞： 中規(guī)模集成電路; 功能測(cè)試; 單片機(jī); D/A轉(zhuǎn)換器
集成電路的測(cè)試技術(shù)隨著集成電路開發(fā)應(yīng)用的飛速發(fā)展而發(fā)展。集成電路測(cè)試儀也從最初測(cè)試小規(guī)模集成電路發(fā)展到測(cè)試中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。集成電路測(cè)試儀按測(cè)試門類可分為：數(shù)字集成電路測(cè)試儀、存儲(chǔ)器測(cè)試儀、模擬與混合信號(hào)電路測(cè)試儀、在線測(cè)試系統(tǒng)和驗(yàn)證系統(tǒng)等。目前市場上的測(cè)試儀產(chǎn)品功能較單一，價(jià)格非常昂貴，給電路的測(cè)試、維護(hù)帶來不便。因此，研究開發(fā)簡單快捷、具有一定智能化的集成電路測(cè)試儀有很高的實(shí)用價(jià)值[1-2]。
在高等學(xué)校的電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常要用到如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、555集成定時(shí)電路、3524開關(guān)電源控制器等中規(guī)模集成電路。由于學(xué)生通常是初次接觸使用芯片，經(jīng)常會(huì)由于操作不當(dāng)造成電路芯片的損傷或損壞，而表面上卻無法作出正確的判斷。在這種情況下，非常需要有適當(dāng)?shù)募呻娐返臏y(cè)試儀，用于測(cè)試、判斷芯片的好壞。而市面上又沒有合適的測(cè)試儀可供選購。因此，本文設(shè)計(jì)制作了可用于一些特定的中規(guī)模電路的測(cè)試儀。根據(jù)具體的需要選取了ADC0809、DAC0832、LM555、WC3524等幾種芯片作為測(cè)試對(duì)象，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的專門測(cè)試儀。
測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)示意框圖如圖1所示。該測(cè)試儀器的控制器采用了Atmel 公司的八位單片機(jī)89C55，用于完成界面管理和自動(dòng)檢測(cè)控制功能[3]。其中采用了Maxim公司的MAX197高精度的A/D轉(zhuǎn)換器來完成模擬信號(hào)的測(cè)試[4]。下面分別介紹各類器件的測(cè)試原理和方法。
1 測(cè)試原理和測(cè)試電路
測(cè)試一個(gè)器件的功能或特性參數(shù)，通常采取該器件的典型應(yīng)用電路，把功能體現(xiàn)出來，把參數(shù)值直接或間接地反映出來。
1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的測(cè)試
模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的測(cè)試電路圖如圖2所示。根據(jù)測(cè)試電路，ADC0809的8個(gè)通道輸入同樣的模擬量，該模擬量同樣也輸送給MAX197。控制器選擇ADC0809的1個(gè)模擬通道，并發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，使ADC0809開始轉(zhuǎn)換，然后控制MAX197也開始轉(zhuǎn)換。等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，分別讀取兩者的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并進(jìn)行數(shù)值比較，根據(jù)誤差限確定器件功能是否正常。改變通道繼續(xù)測(cè)試，直到8個(gè)通道測(cè)試完畢，顯示其結(jié)果。
1.2 DAC0832的測(cè)試
D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832是8位二進(jìn)制數(shù)模轉(zhuǎn)換器，8個(gè)數(shù)字量輸入端分別為DI7~DI0，其中DI7為MSB,DI0為LSB。它的模擬量輸出端為電流輸出IOUT1和IOUT2，當(dāng)輸入的數(shù)字量最大時(shí)，IOUT1端輸出的電流最大；當(dāng)輸入的數(shù)字量為零時(shí)，輸出電流最小。IOUT2端的電流輸出情況正好相反。這兩個(gè)端子可以和外部的運(yùn)算放大器相接實(shí)現(xiàn)電流/電壓的變換。此芯片內(nèi)部還有1個(gè)反饋電阻，可以作為外部運(yùn)算放大器的反饋電阻，DAC0832測(cè)試原理圖如圖3所示。芯片內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使之具備雙緩沖、單緩沖和直通3種輸入方式，以適于各種電路的需要，例如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等。
由單片機(jī)輸送1個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)字量給DAC0832，使兩級(jí)緩沖的寫控制和片選控制都有效時(shí)，開始D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為微秒級(jí)。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后，輸出的電流再經(jīng)過運(yùn)放轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓經(jīng)過MAX197轉(zhuǎn)換成數(shù)字量讀回到單片機(jī)中，然后和原輸出的數(shù)字量相比較，以判斷被測(cè)芯片正常與否。
1.3 LM555定時(shí)電路的測(cè)試
集成定時(shí)電路LM555的應(yīng)用非常廣，其測(cè)試電路如圖4所示。這是一個(gè)典型的定時(shí)電路接法，用于測(cè)試內(nèi)部的2個(gè)比較器和RS觸發(fā)器是否正常，同時(shí)可以測(cè)試控制電壓是否正常。
參考文獻(xiàn)
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單片機(jī)輸出1個(gè)負(fù)脈沖到LM555芯片的第2引腳，觸發(fā)定時(shí)電路。單片機(jī)讀取定時(shí)電路的輸出端信號(hào)，確定是否出現(xiàn)相應(yīng)的上升沿和下降沿，從而可以判斷芯片的功能正常與否。
1.4 SG3524的測(cè)試
SG3524內(nèi)部方框圖如圖5所示。輸入直流電源UIN從15腳進(jìn)入后分2路：一路作為放大器、比較器、振蕩器以及邏輯電路和控制電路的電源；另一路作為基準(zhǔn)電壓源，產(chǎn)生＋5 V基準(zhǔn)電壓輸出到16引腳，作為外部電壓基準(zhǔn)。在振蕩器部分的引腳7和引腳6上外接定時(shí)電容CT和定時(shí)電阻RT，得到所需的振蕩頻率。SG3524測(cè)試原理圖如圖6所示，連接成一個(gè)典型的降壓型開關(guān)電源電路，利用誤差放大器構(gòu)成電壓負(fù)反饋。通過改變?nèi)颖壤禂?shù)就可以改變輸出電壓，單片機(jī)通過測(cè)取引腳3上的脈沖頻率，通過MAX197測(cè)取輸出端的電壓，即可判斷SG3524芯片的好壞。測(cè)試中暫時(shí)沒有考慮過流保護(hù)功能的測(cè)試。
2 操作和軟件結(jié)構(gòu)
測(cè)試儀的基本工作流程是：接通電源后，電源指示燈亮，表明電源工作正常，顯示器顯示等待測(cè)試信息，表明可以開始測(cè)試操作。由按鍵1選擇所要測(cè)試的芯片，顯示光標(biāo)停留的芯片型號(hào)表示是當(dāng)前待測(cè)芯片。每按1次選擇鍵，光標(biāo)指向下一個(gè)型號(hào)，不斷地按鍵可以循環(huán)選擇。當(dāng)光標(biāo)移到所要測(cè)試的芯片時(shí)，按下確定鍵2，接下來由單片機(jī)控制，開始自動(dòng)測(cè)試該芯片，此時(shí)對(duì)應(yīng)該芯片的指示燈亮;然后由外部電路或單片機(jī)給待測(cè)芯片一定的模擬或數(shù)字輸入量，經(jīng)過每個(gè)芯片的測(cè)試電路后，通過MAX197進(jìn)行處理（或直接送到單片機(jī)），與單片機(jī)中預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。如果測(cè)試值在標(biāo)準(zhǔn)值附近的一定范圍內(nèi)，則芯片正常，測(cè)試指示燈常亮，液晶顯示器顯示OK；否則，芯片出錯(cuò)，測(cè)試指示燈閃爍，液晶顯示器顯示BAD。此芯片測(cè)試完畢，按下復(fù)位鍵3，即回到初始狀態(tài)，可以進(jìn)行下一輪測(cè)試。軟件流程圖如圖7所示。
實(shí)驗(yàn)樣機(jī)經(jīng)老師、學(xué)生使用，測(cè)試效果非常理想，測(cè)試準(zhǔn)確率可達(dá)90%以上，給教學(xué)提供了方便。