摘要:文章從實(shí)驗(yàn)室的需要提出了設(shè)計(jì)數(shù)字集成電路測試儀器的設(shè)想,提出了研發(fā)數(shù)字集成電路測試儀的必要性和可行性,并闡述了如何在硬件支撐下通過硬件和軟件的結(jié)合開發(fā)數(shù)字集成電路測試儀器。

關(guān)鍵詞:PC機(jī);C語言;單片機(jī);硬件;集成塊;數(shù)字集成電路測試儀

中圖分類號:TN431文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0035-02

在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室,集成塊是常見的,由于它的體積較小,性能的好壞很難判斷。因此,這里提出運(yùn)用了單片機(jī)原理、C語言、通信原理、低頻電路、數(shù)字電路等基本知識,設(shè)計(jì)了一臺基于PC機(jī)的數(shù)字集成電路通用測試儀。這里主要探討硬件電路構(gòu)思與設(shè)計(jì)。

該測試儀主要是運(yùn)用單片機(jī)的接口與顯示程序和C語言的串行通訊程序來測試14管腳、16管腳的74Ls系列的集成塊好壞。主要用到單片機(jī)CPU集成塊89C51、驅(qū)動器集成塊164、通信集成塊232。該測試儀運(yùn)用發(fā)光二極管實(shí)測燈與標(biāo)準(zhǔn)燈的發(fā)光情況相比較,來判斷其好壞。該方法簡單方便,是實(shí)驗(yàn)室不可缺少的工具之一。

一、想法的來源

一塊小小的集成塊,如何才能判斷它的好壞呢?當(dāng)然,有一些集成塊在工作時(shí)是可以用萬用表測量其管腳電壓來判斷它的好壞,但是比較麻煩。

“數(shù)字集成電路通用測試儀”,目的是能夠簡單而且方便地測試集成塊的好壞。它主要是運(yùn)用單片機(jī)的匯編語言和C語言來編程,還要用到通信原理、數(shù)字電路等知識。

該測試儀可以單拍測試,也可以連續(xù)測試,通過串行通訊送過來的數(shù)據(jù),用發(fā)光二極管的發(fā)光情況來判斷。用實(shí)測燈(綠色二極管)與標(biāo)準(zhǔn)燈(紅色二極管)的亮暗來比較,如果兩者發(fā)光情況一致,則表示通過,說明集成塊是好的;如果不一致,則表示通不過,說明有管腳壞了。

有了這種測試儀,我們可以很方便地判斷集成塊的好壞,減少了實(shí)驗(yàn)室人員的工作量,具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

二、總體設(shè)計(jì)

(一)技術(shù)指標(biāo)

1.測試管腳數(shù)≤16PIN;

2.測試速度<1秒/塊;

3.測試品種可任意更換。

(二)技術(shù)要求

1.能對各種數(shù)字集成電路進(jìn)行功能測試。

2.可連續(xù)測試,連續(xù)測試時(shí),每按一次按鈕,可全部測完,發(fā)光二極管上給出合格(失敗)判斷,并將測試結(jié)果在PC機(jī)上顯示。

3.也可單拍測試,單拍測試時(shí),每按一次按鈕,進(jìn)行一個(gè)節(jié)拍的測試并在顯示器顯示節(jié)拍號。

4.通過鍵盤操作,可將盤上的品種程序調(diào)入測試儀,測試結(jié)果通過串口回送PC機(jī),PC機(jī)在屏幕上能顯示合格管腳圖形及實(shí)測管腳圖形。

(三)硬件設(shè)計(jì)

對于生活在現(xiàn)代科技發(fā)達(dá)的社會技術(shù)人員來說,軟件已經(jīng)成為一種時(shí)尚,有了軟件,提高了現(xiàn)代人生存的速度,但是,有些軟件的應(yīng)用必須在硬件的基礎(chǔ)上才能夠使用。對硬件電路的設(shè)計(jì)不但要熟練掌握低頻電路原理、高頻電路原理、數(shù)字電路原理、還得熟練掌握電子設(shè)計(jì)自動化(EDA)的技術(shù)。

(四)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)必須結(jié)合進(jìn)行。在本次課題設(shè)計(jì)中,主要是運(yùn)用LCAW軟件和C語言進(jìn)行編程,用PROTEL軟件畫原理圖。

基于PC機(jī)的數(shù)字集成電路通用測試儀設(shè)計(jì)時(shí)所用到的元件比較多,設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)原理圖仔細(xì)安裝,熟練掌握有關(guān)軟件的使用,并且特別要注意軟、硬件的結(jié)合使用。

三、硬件電路的設(shè)計(jì)

如一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣,單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件所組成。硬件由單片機(jī)、擴(kuò)展的存儲器、輸入/輸出設(shè)備等硬部件組成的機(jī)器,軟件是各種工作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密結(jié)合、協(xié)調(diào)一致,才能組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研制過程中,軟硬件的功能總是不斷地調(diào)整,以便于相互適應(yīng)。硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求,在所選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上,具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件,設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖,必要時(shí)做一些部件實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)證電路圖的正確性,以及工藝加工的設(shè)計(jì)加工、印制板的制作、樣機(jī)的組裝。

(一)硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一個(gè)設(shè)計(jì)確定后,經(jīng)過詳細(xì)調(diào)研,可能產(chǎn)生多種設(shè)計(jì)方案,在眾多的設(shè)計(jì)方案中怎樣選擇?為使硬件設(shè)計(jì)盡可能合理,應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn):

1.盡可能選擇功能強(qiáng)的芯片,以簡化電路。

2.留有余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí),要考慮到將來修改、擴(kuò)展的方便。ROM空間、RAM空間、I/O端口,在樣機(jī)研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時(shí),往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽略的問題,而這些問題是不能單靠軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集,就必須增加輸入檢測端,有些物理量需要控制,就必須增加輸出端。如果在硬件設(shè)計(jì)之初就多設(shè)計(jì)出一些I/O端口,這個(gè)問題就會迎刃而解;A/D和D/A通道和I/O端口同樣的原因留出一些A/D和D/A通道,將來可能會解決大問題。

3.以軟代硬。單片機(jī)和數(shù)字電路本質(zhì)的區(qū)別就是它具有軟件系統(tǒng)。很多硬件電路能做到的,軟件也能做到。原則上,只要軟件能做到的就不用硬件。硬件多了不但增加成本,而且系統(tǒng)故障率也提高了。以軟代硬的實(shí)質(zhì)是以時(shí)間代空間,軟件執(zhí)行過程需要消耗時(shí)間,因此,這種代替帶來的不足就是實(shí)時(shí)性下降,在實(shí)時(shí)性不高的場合,以軟代硬是很合算的。

4.工藝設(shè)計(jì)。包括機(jī)箱、面板、配線、接插件等。必須考慮到安裝、調(diào)試、維修的方便。另外,硬件抗干擾措施也必須在硬件設(shè)計(jì)時(shí)一并考慮進(jìn)去。

(二)所用芯片介紹

硬件設(shè)計(jì)的步驟中的第一步就是查找可能涉及的芯片的資料。這是一步非常重要的步驟。它是硬件電路設(shè)計(jì)正確性和可靠性的基礎(chǔ)。

1.89C51芯片的簡介。AT89C51是一種低功耗、高性能內(nèi)含4K字節(jié)閃電存儲(Flash memory)的8位CMOS微控制器。片內(nèi)閃電存儲器的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫入,亦可通過常規(guī)的編程器編程。AT89C51芯片內(nèi)部具有下列硬件資源:4K字節(jié)閃電存儲器,128字節(jié)RAM ,32條I/O線,兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,五源兩級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路等。AT89C51片內(nèi)含三個(gè)封鎖位,若封鎖位LB1已被編程,則EA引腳上的邏輯電平在芯片復(fù)位時(shí)被采樣并鎖存。但如果該器件上電時(shí)無復(fù)位,那么相應(yīng)鎖存器便被初始化為隨機(jī)值,此值將保持到復(fù)位時(shí)止。片內(nèi)閃電存儲器的編程,AT89C51片內(nèi)存儲器售后通常處于擦除狀態(tài),即每一地址單元內(nèi)容均為FFH,人們隨時(shí)可對其編程,編程電壓有高壓12V的,也有低壓5V的低壓編程方式為在用戶系統(tǒng)內(nèi)對AT89C51進(jìn)行編程提供了方便;而高壓編程方式則與常規(guī)的閃電存儲器或EPROM編程器相兼容。

2.RS-232芯片的簡介。RS-232是美國電氣工業(yè)協(xié)會推廣使用的一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn),是DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備,如微機(jī))和DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備,如CRT)間傳輸串行數(shù)據(jù)的總線。TC232內(nèi)部有兩個(gè)發(fā)送器和兩個(gè)接受器,還有一個(gè)電源變換器,是一種廉價(jià)RS232電平轉(zhuǎn)換器, RS232C雖共有25根信號線,但在近程通信不需要調(diào)制解調(diào)器的情況下,一般只用少量信號線。若采用直接通信,則通常只用TXD和RXD及地信號線。

3.164芯片的簡介。方式0是外接移位寄存器的工作方式,用以擴(kuò)展I/O接口。輸出時(shí)將發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器中的內(nèi)容串行地址到外部的移位寄存器,輸入時(shí)將外部移位寄存器內(nèi)容移入內(nèi)部的移位寄存器,然后寫入內(nèi)部的接受數(shù)據(jù)緩沖器。在以方式0工作時(shí),數(shù)據(jù)由RXD串行地輸入/輸出,TXD輸出移位脈沖,使外部的移位寄存器移位。方式0輸出時(shí),串行口上外接74LS164串行輸入并行輸出移位寄存器的接口。TXD端輸出的移位脈沖將RXD端輸出的數(shù)據(jù)移入74LS164。CPU發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器SPUF寫入一個(gè)數(shù)據(jù),就啟動串行口發(fā)送,對SBUF的寫信號在S6P2時(shí)把1寫入輸出移位寄存器的第9位,并使發(fā)送控制電路開始發(fā)送。內(nèi)部的定時(shí)邏輯在對SBUF寫和SEND被激活(高電平)之間有一個(gè)完整的機(jī)器周期。在SEND有效時(shí),輸出移位寄存器中輸出位內(nèi)容送RXD端輸出,移位脈沖由TXD端輸出,它使RXD端的輸出數(shù)據(jù)移入到外部的移位寄存器。

(三)硬件電路的設(shè)計(jì)

硬件電路的設(shè)計(jì)如下圖所示:

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作者簡介:孔得豐(1980-),男,江蘇淮安人,江蘇無錫高等師范學(xué)校創(chuàng)意與軟件設(shè)計(jì)系講師,研究方向:計(jì)算機(jī)應(yīng)用。