基于單片機(jī)的74系列數(shù)字芯片檢測器的設(shè)計(jì)

翟麗杰

（渭南師范學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院，陜西 渭南　714099）

基于單片機(jī)的74系列數(shù)字芯片檢測器的設(shè)計(jì)

翟麗杰

（渭南師范學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院，陜西 渭南714099）

為了快速識(shí)別未知芯片的類型，設(shè)計(jì)了以MCS-51單片機(jī)為核心，可以完成對74LS00、74LS02、74LS08、74LS14、74LS74、74LS86等14腳芯片的型號檢測的數(shù)字芯片檢測器。該芯片檢測器利用手動(dòng)按鍵進(jìn)行控制操作，液晶顯示屏顯示檢測結(jié)果。測試結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確地檢測出芯片的型號和功能完整性，操作簡易，測試速度快，結(jié)果直觀，準(zhǔn)確率高，成本低。

集成電路測試；74系列（14腳）芯片；MCS-51單片機(jī)；芯片識(shí)別

隨著電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展數(shù)字集成芯片的應(yīng)用越來越多，近幾年高校電子類專業(yè)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對于中小規(guī)模的數(shù)字集成芯片需求量越來越大［1］。這些數(shù)字芯片被反復(fù)使用過程中因?yàn)閷W(xué)生的不規(guī)范操作，往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，給實(shí)驗(yàn)的完成帶來了許多不確定性的失敗因素。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為了節(jié)省檢測數(shù)字芯片的時(shí)間，提高教學(xué)效率，設(shè)計(jì)和開發(fā)物美價(jià)廉可以快速甄別數(shù)字芯片的型號和功能完整性的數(shù)字芯片檢測設(shè)備，對于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力都具有重要意義［2］。

因此文中設(shè)計(jì)了簡易便攜的針對74系列的數(shù)字芯片檢測器。該數(shù)字芯片檢測器設(shè)以MCS-51單片機(jī)為核心，可以完成對74LS00、74LS02、74LS08、74LS14、等14腳芯片的型號檢測的數(shù)字芯片檢測器。該芯片檢測器利用手動(dòng)按鍵進(jìn)行控制操作，液晶顯示屏顯示檢測結(jié)果。

1　數(shù)字芯片檢測器的總體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

針對常用的14腳74集成數(shù)字芯片，該數(shù)字芯片檢測器是以51單片機(jī)為核心，建立一個(gè)可升級的微型數(shù)據(jù)庫，通過外部電路與液晶顯示屏連接實(shí)現(xiàn)結(jié)果的顯示。該系統(tǒng)可以脫機(jī)工作，便攜性強(qiáng)。在擴(kuò)展檢測的芯片時(shí)對數(shù)據(jù)庫升級即可。圖1為數(shù)字芯片檢測器設(shè)計(jì)框圖。

圖1　數(shù)字芯片檢測器的設(shè)計(jì)框圖

2　數(shù)字芯片檢測器的硬件設(shè)計(jì)

由前面介紹的系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)中最主要的是51單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊，這里分別進(jìn)行介紹。

2.1單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)

數(shù)字芯片檢測器在設(shè)計(jì)時(shí)只需要一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)就可以滿足硬件中的控制和存儲(chǔ)的需求，不用外接存儲(chǔ)器或者I/O接口。單片機(jī)最小系統(tǒng)最主要部分是MCS-51單片機(jī)，它包含有時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，且單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路主要體現(xiàn)在按鍵控制模塊中［3］，正常工作時(shí)外部只需電源供電即可，單片機(jī)最小系統(tǒng)自身含有用戶的程序存儲(chǔ)器，用戶程序可以寫入到內(nèi)部只讀程序存儲(chǔ)器中［4］，微型數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)量過大時(shí)只需增加存儲(chǔ)模塊即可。

2.2液晶顯示屏模塊設(shè)計(jì)

數(shù)字芯片檢測器設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)的16個(gè)引腳接口的1602字符型液晶顯示模塊，相對于其它的液晶顯示屏來說，LCD1602用 5 V電壓來驅(qū)動(dòng)，盡管不能顯示漢字，但是它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，它本身內(nèi)部含有128個(gè)字符的ASCII字符集字庫，并且價(jià)格便宜，外形比較輕巧，更適用于重復(fù)使用［5］。

每當(dāng)更換不同芯片進(jìn)行檢測時(shí)必須對液晶顯示屏進(jìn)行初始化，否則液晶顯示屏將無法正常顯示，液晶顯示屏的初始化可以通過單片機(jī)的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)，該過程包含清屏、功能重新設(shè)置、開關(guān)顯示設(shè)置、輸入方式設(shè)置等四步。

2.3按鍵電路模塊設(shè)計(jì)

按鍵輸入電路圖如圖2所示。按鍵電路在設(shè)計(jì)時(shí)，通過把S1、S2、S3分別與單片機(jī)的P3.5、P3.6、P3.7的端口相連，單片機(jī)根據(jù)輸出電壓的的變化來控制按鍵的斷開或者閉合，從而達(dá)到手動(dòng)控制數(shù)字芯片檢測器的目的。S1可以對微型數(shù)據(jù)庫中的不同程序進(jìn)行篩選，選擇出需要測試的芯片型號，插入數(shù)字芯片后，按下S2鍵后數(shù)字芯片檢測器開始運(yùn)行，S3可以對液晶顯示屏清屏以實(shí)現(xiàn)程序之間的轉(zhuǎn)換。

圖2　按鍵控制電路

3　數(shù)字芯片檢測器的軟件設(shè)計(jì)

數(shù)字芯片檢測器的主體部分C51單片機(jī)，在它工作時(shí)需要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和控制的雙重目的，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)必須使軟件系統(tǒng)模塊化［6］。數(shù)字芯片檢測器的軟件系統(tǒng)可以分為：初始化程序模塊、按鍵控制程序模塊、被檢測數(shù)字芯片的檢測程序模塊、LCD顯示程序模塊。

初始化程序主要是P0、P1、P2、P3端口的設(shè)置，液晶顯示屏和LED初始化的設(shè)置。

數(shù)字芯片檢測程序的作用主要有兩方面，首先是給待測數(shù)字芯片一個(gè)輸入信號，其次是通過數(shù)字芯片的引腳，功能，真值表對輸出信號進(jìn)行分析，與數(shù)字芯片的內(nèi)部邏輯關(guān)系對比，最后將判斷結(jié)果傳送液晶顯示屏顯示芯片型號，同時(shí)通過LED指示燈顯示好壞。

當(dāng)被檢測的芯片功能正常時(shí)，LED燈滅，若被檢測的芯片功能不正常時(shí)，LED燈亮，給操作者報(bào)警提示。

圖3　系統(tǒng)軟件基本流程框圖

4　數(shù)字芯片檢測器的軟件系統(tǒng)仿真測試及測試結(jié)果

4.1同種類型的數(shù)字芯片的仿真測試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，用Proteus軟件可以將 74系列中的LS00、LS02、LS14、CH08、CH74、CH86、HCT32D等雙排7腳的數(shù)字芯片中任意一種芯片進(jìn)行仿真測試。仿真步驟如下：

1）按照預(yù)想的設(shè)計(jì)利用Proteus軟件模擬出芯片檢測器的測試過程；

2）以74LS00為例說明，在圖4的左上角選中74LS00，上面的方框內(nèi)會(huì)出現(xiàn)如圖所示的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，把它拖入界面進(jìn)行模擬可得到如圖4的模擬界面；

4）如果數(shù)字芯片的任何一個(gè)引腳有問題，液晶顯示屏山會(huì)顯示出“I don’t know！”，仿真結(jié)果如圖6所示。

4.2不同類型的數(shù)字芯片的仿真測試

以74LS00、74HC00、74HCT32D等3種數(shù)字芯片進(jìn)行仿真測試，用Protues軟件進(jìn)行檢測的步驟和同種類型數(shù)字芯片的檢測步驟相同，測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1　不同類型芯片的檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

通過Protues軟件的仿真結(jié)果分析，數(shù)字芯片檢測器的軟件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對74系列中不同類型或者同種類型的雙排7腳的數(shù)字芯片進(jìn)行邏輯功能檢測，確定數(shù)字芯片的型號，功能是否正常，且操作簡單，測試結(jié)果準(zhǔn)確率高。

圖4　74LS00模擬界面

圖5　74LS00仿真結(jié)果

圖6　芯片的仿真結(jié)果

5　結(jié)　論

數(shù)字芯片檢測器是以MCS-51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的檢測數(shù)字芯片型號和功能正確性的儀器，基本可以實(shí)現(xiàn)對74LS系列中的雙排7腳芯片的型號和功能的正確性做出檢測。測試結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)操作簡易，測試速度快，結(jié)果直觀，準(zhǔn)確率高，成本低。

［1］郭玉霞，屈建余.MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

［2］姜巖峰，張曉波，楊兵.集成電路測試技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［3］呂高，霍達(dá).基于STC12C5A60S2單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.電力學(xué)報(bào)，2015（6）：85.

［4］朱海峰，龔科.基于PIC單片機(jī)的集成電路測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技信息（學(xué)術(shù)版），2008（34）:97-98.

［5］徐速，李勝渝.單片機(jī)與PC機(jī)的串口通信［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版），2005，22（4）：360-363.

［6］吳芳友，牛小燕.基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的芯片檢測裝置的開發(fā)［J］.杭州電子科技大學(xué)，2011，24（5）:1-2.

［7］鄧寶安，呂志剛，杜曉斌，等.基于MCS-51單片機(jī)的新型門禁控制器設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2013（2）：103-105.

［8］唐敏.基于虛擬仿真軟件的單片機(jī)串行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2015（24）：126-128.

Design of 74 series digital chip detector based on single chip microcomputer

ZHAI Li-jie
（Department of Physics and Electronic Engineering，Weinan Teachers University，Weinan 714099，China）

In order to quickly identify unknown chip type，design a MCS-51 microcontroller as the core，using manual button control operation，LCD display test results of digital chip detector.The chip detector can complete the detection of 14 foot chip such as 74LS02，74LS08，74LS14，74LS00，74LS74，74LS86，etc.The test results show that the design can accurately detect the model and function of the chip，the operation is simple，the test speed is fast，the results are intuitive，the accuracy is high，and the cost is low.

integrated circuit testing；74 series（14 feet）chip；MCS-series microcomputer；chip recognition

TN602

A

1674-6236（2016）14-0149-03

2015-07-07稿件編號：201507063

渭南師范學(xué)院特色學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（14TCXK06）；陜西省軍民融合研究基金項(xiàng)目（15JMR12）

翟麗杰（1984—），女，山東聊城人，碩士研究生，講師。研究方向：高速實(shí)時(shí)信號處理、基于DSP的信號采集，網(wǎng)絡(luò)安全等。