集成電路芯片測試儀設計

湖南文理學院物理與電子科學學院，湖南常德 415000

一、引言

在產品研發和學生實驗過程中，常常需要檢測邏輯芯片的功能以及芯片是否正常[1-2]。傳統依靠人工檢測的方式直接影響芯片的有效回收利用，進而影響實驗電路的功能能否正確，因此設計一個集成電路芯片測試儀來顯示其型號具有非常重要的實際意義。集成電路芯片較多，難以進行統一處理和檢測[3]，所以給芯片測試儀的實現造成了很大的阻擾，本文采用編碼檢測方式來解決這一問題。

本文設計了一種集成電路芯片測試儀，采用編碼檢測，即每個芯片都有不同的編碼，因此只要能檢測到這些編碼就可以識別芯片；該測試儀一共可以測試41種不同的集成電路芯片。

系統主要包括兩部分功能：第一能夠自動地對指定的74LS系列10種組合邏輯芯片進行功能測試，確定其功能正確性，測試速度為10k測試向量/ s，確定上述74系列的組合邏輯芯片的型號，顯示上述芯片的邏輯符號和邏輯表達式；第二能夠自動識別指定74LS74、74LS109、74LS160、74LS245、CD 系 列、LM系列、NE系列等芯片進行邏輯功能測試，確定其功能正確性，進一步提高測試速度，可以確定上述74系列時序邏輯芯片的型號，增加了通過SI4463無線串口模塊將識別的芯片型號發送到上位機串口助手顯示。

二、系統結構與原理

本文設計的集成電路芯片測試儀系統結構如圖1所示，主要由主控制平臺（STC90C516RD+）、芯片接口（20P鎖緊座）、顯示器件（12864液晶）、無線通信模塊（SI4463模塊）、上位機（PC串口助手）、電源接口（DC插座）等組成。

儀器在檢測過程中，通過STC90C51RD+的P0.0～0.7、P2.0～2.7、P3.6～3.7 這 18 個 I/O 口按順序接上DIP20封裝的1～9、19～11號引腳，每次電平輸出5組18位的0 1碼給集成芯片，然后再將18位引腳的電平狀態讀回來再分別與存在內存中的每個芯片的輸出編碼對比，如果那一組編碼5次都百分之百的對應上說明就是對應的型號芯片的編碼，然后再將型號顯示到12864上面，最后顯示相應的邏輯圖、狀態、邏輯符號、狀態轉換圖。

本系統的目的是要完成41種芯片的好壞、型號、邏輯、邏輯符號等測試。由于芯片數目較多，引腳不太統一，所以系統在軟件算法上進行了優化處理，每次統一檢測20腳鎖緊座的除了電源和地的其中18個引腳的電平，每一次單片機將輸出18位高低電平，然后單片機再將18位電平讀回來，一共需要輸出5次才完成一次一個芯片的周期的檢測，需要5個編碼的原因是芯片數較多，編碼次數太少就會引起重復導致無法分辨功能可能相似的芯片。

三、硬件設計與原理

整個系統設計包括單片機模塊、芯片檢測模塊、顯示模塊、無線串口、電源接口模塊、電源指示燈、電源開關濾波電容、電源插針。單片機模塊主要用來處理芯片檢測模塊采集來的數據，通過與編碼表比較判斷出芯片的好壞與型號；芯片檢測模塊用于方便的插取芯片，從而獲取被測芯片的電平信號；顯示模塊用于顯示被測芯片的好壞、芯片型號、邏輯符號、邏輯表達式和部分芯片的狀態轉換圖；電源開關采用3腳PCB按鍵開關用于儀器的啟動和關閉。

從內存大小，處理速度方面考慮，本文采用STC90C516RD+系列單片機[4-6]，STC90C516RD+是宏晶科技推出的新一代超高速低功耗的單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，內部集成MAX810專用復位電路，時鐘頻率在12MHz以下時，復位腳可直接接地。

顯示模塊采用液晶12864，本設計將該液晶設置為串行直接訪問方式，用P1.0、P1.1/P1.2 分別控制液晶的串行片選口、串行數據口、串行時鐘口，串行同步時鐘信號。

無線傳輸模塊[7]HC-12用于代替半雙工通信時的物理連線左邊的設備向模塊發送串口數據，左邊模塊的RXD端口收到串口數據后，自動將數據以無線電波的方式發送到空中。右邊的模塊能自動接收到，并從TXD還原最初左邊設備所發的串口數據。本系統單片機采用方式2時為11位數據的異步通信口。TXD為數據發送引腳，RXD為數據接收引腳。

四、軟件設計

1、單片機軟件設計

系統的單片機軟件流程圖如圖2所示。當系統上電或復位后，先對系統時鐘、中斷處理、串口配置、12864顯示器等進行初始化。初始化完成后，12864顯示歡迎界面，然后系統開始對芯片的18個引腳掃描與芯片內存里面的芯片編碼進行對比，如果沒有檢測到芯片則顯示“未檢測到芯片！請插入芯片！”，如果插入了芯片并且芯片正常就會顯示型號、邏輯、狀態、邏輯符，如果是有狀態轉換圖的芯片還會顯示狀態轉換圖。如果檢測不到芯片或者芯片已經壞掉就會顯示“芯片可能已壞！請檢查是否插對！”。同時將結果通過無線發送到電腦上位機顯示。如果關掉電源將結束測試。

2、上位機軟件設計

本系統的上位機開發采用的是C++語言，開發環境是win7環境下的Visual Studio2013編譯軟件[8-9]。系統的上位機軟件流程圖如圖3所示，首先要將PC接收端插在電腦上，然后選擇COM口，再打開串口。然后在單片機系統上插上發送模塊，如果單片機檢測到相應數據就會通過無線發送模塊往上發送數據，PC接收端將接收到的數據通過軟件顯示出來。如果關閉軟件就結束上位機程序。

五、系統測試

本文分以下幾種情況進行系統的測試。

（1）插入正常芯片，如圖4所示，圖5顯示出了該檢測芯片的類型，可知檢測正確；

（2）插入有狀態轉換圖的芯片，如圖6所示，圖7給出了上位機上檢測的數據；

（3）插入已壞的芯片，如圖8所示，圖9給出了上位機上檢測的信息，可知該芯片已損壞。

六、結論

本文設計并制作了一種集成電路芯片測試儀，以STC90C516RD+單片機為控制核心，通過檢測每個芯片的引腳電平的變化就能實現芯片型號的檢測，好壞的判斷。本系統可以檢測的芯片引腳數有8腳、14腳、16腳、20腳的芯片，具體可測試的集成電路芯片有74系列芯片、CD系列芯片，以及LM系列和UA741組合邏輯芯片進行功能測試，不僅僅可以測試型號和好壞，還可以顯示邏輯功能、邏輯符號、狀態轉換圖、發送信息到上位機顯示。在實現基本功能的基礎上本系統具有界面友好、供電方便，體積較小等優點。