基于單片機(jī)的集成芯片測(cè)試儀設(shè)計(jì)

劉雋暉，賈靜，張健，趙艷麗

（營(yíng)口理工學(xué)院電氣工程學(xué)院，遼寧營(yíng)口，115014）

0 引言

在高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，會(huì)大量用到集成芯片。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)有數(shù)字邏輯芯片由于各種原因已經(jīng)損壞，但是使用者不知情的情況，在排除其他原因后，才可能會(huì)想到檢測(cè)芯片的好壞。這樣會(huì)耽誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，影響實(shí)驗(yàn)效果。市場(chǎng)上已有檢測(cè)集成芯片的工程應(yīng)用型測(cè)試儀，但是由于其價(jià)格昂貴，而且測(cè)試芯片不全，并不適合在高校教學(xué)應(yīng)用。為了降低成本，貼合高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，設(shè)計(jì)了一種以AT89S52單片機(jī)的集成芯片測(cè)試儀。由于不同芯片的測(cè)試儀只是測(cè)試程序不同，所以本文以74系列芯片為例，設(shè)計(jì)了針對(duì)74系列芯片的測(cè)試儀。

1 系統(tǒng)總體方案

根據(jù)74系列芯片測(cè)試儀要完成的任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)的要求，構(gòu)建系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。測(cè)試儀的硬件部分主要工作為搭建測(cè)試平臺(tái)，選擇單片機(jī)為電路核心，通過(guò)可編程I/O接口與20管腳集成芯片插座相連。74系列芯片有14個(gè)管腳，20管腳集成芯片插座選擇14個(gè)腳與單片機(jī)連接，其中接地端、電源端位置固定。對(duì)于測(cè)試結(jié)果，利用LED數(shù)碼管顯示芯片好壞和型號(hào)[1]。

圖1 系統(tǒng)總體方案框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的總體方案，系統(tǒng)的硬件由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、電源電路、測(cè)試芯片插座電路、數(shù)碼管顯示電路組成。測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理之后通過(guò)LED數(shù)碼管顯示芯片好壞和芯片型號(hào)。其中LED數(shù)碼管第一位為標(biāo)志位，顯示芯片好壞，如果數(shù)碼管第一位顯示7則為完好的芯片，若第一位顯示一半豎杠則為壞芯片，若數(shù)碼管顯示異常則為數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在的芯片。利用開(kāi)發(fā)板，在PC機(jī)上對(duì)新增IC進(jìn)行編程，并將數(shù)據(jù)存入程序庫(kù)中，燒入單片機(jī)芯片中[2]。根據(jù)測(cè)試的需要可以改變測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)，以便滿足不同芯片的檢測(cè)需求，能夠擴(kuò)大測(cè)試范圍。測(cè)試儀電路系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 測(cè)試儀控制電路系統(tǒng)原理圖

單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，對(duì)外接電容C1、C2雖沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容30pf+10pf，而陶瓷諧振器推薦電容40pf+10pf。設(shè)計(jì)采用12MHz晶振和30pf的C1、C2電容，在AT89S52引腳XTALl和XTAL2外接晶體和電容后，與其內(nèi)部高增益反相放大器一起構(gòu)成了自激振蕩器，在AT89S52內(nèi)部產(chǎn)生了時(shí)鐘[3]。

測(cè)試電路可以測(cè)試74系列基本芯片，測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)主要收錄了74系列基本芯片，設(shè)定芯片的右上腳接電源(Vcc)，左下腳接地(GND)。在插入被測(cè)芯片時(shí)，芯片的地端管腳插入插座的地端，芯片的電源管腳插入插座的電源，其余管腳依次對(duì)應(yīng)插入。

顯示器是一個(gè)典型的輸出設(shè)備，而且應(yīng)用較廣泛。顯示器的差別在于結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同[4]。最簡(jiǎn)單、直觀的顯示器可以使用LED發(fā)光二極管，CRT監(jiān)視器或者LCD液晶屏結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。根據(jù)實(shí)際情況，由于只需顯示芯片型號(hào)，因此選用LED數(shù)碼管，通過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)顯示。

電源電路是由一個(gè)整流橋集成電路、2個(gè)0.1μf無(wú)極性電容、2個(gè)470μf電解電容和7805三端穩(wěn)壓集成電路組成。+5V自制直流穩(wěn)壓電源，將220V市電通過(guò)降壓變壓器變換成12V交流電進(jìn)入全波整流電路變成脈動(dòng)的直流電壓，經(jīng)過(guò)C4，C6電容濾波，得到平滑的直流電壓Vin，再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓7805集成電路變成+5V穩(wěn)壓直流電源，通過(guò)C5，C7濾波電容，防止干擾，其中D1為電源指示燈。

3 軟件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)利用Keil、EDA、Proteus完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。其中硬件設(shè)計(jì)環(huán)境是通過(guò)Proteus設(shè)計(jì)電路并將其仿真，以檢驗(yàn)電路功能，功能基本實(shí)現(xiàn)后再在EDA平臺(tái)下畫(huà)出硬件總電路原理圖，并適當(dāng)調(diào)整一些器件，使測(cè)試儀更加實(shí)用、可靠。軟件設(shè)計(jì)的環(huán)境是Keil，用C語(yǔ)言編程。圖3是軟件程序流程圖。首先單片機(jī)會(huì)根據(jù)引腳數(shù)量檢測(cè)芯片型號(hào)，然后根據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中真值表對(duì)比，檢測(cè)芯片好壞。最終顯示結(jié)果。

圖3 軟件程序流程圖

4 測(cè)試與驗(yàn)證

以AT89S52單片機(jī)為核心，控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程。當(dāng)單片機(jī)按鍵復(fù)位后，系統(tǒng)開(kāi)始初始化，然后進(jìn)入程序。由鍵盤(pán)選擇要測(cè)試芯片型號(hào)，單片機(jī)發(fā)送測(cè)試信號(hào)，通過(guò)和測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中的真值表對(duì)照，判斷芯片是否損壞并顯示測(cè)試結(jié)果。根據(jù)原理圖焊接電路板，利用開(kāi)發(fā)板往AT89S52中燒寫(xiě)程序，經(jīng)過(guò)調(diào)試，使系統(tǒng)可以正常工作。對(duì)74系列芯片進(jìn)行測(cè)試，能夠正確顯示預(yù)期結(jié)果，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的集成芯片測(cè)試儀，該測(cè)試儀體積小、攜帶方便、造價(jià)低廉，能夠解決實(shí)驗(yàn)前邏輯芯片的完好性測(cè)試工作，為高校師生電路技術(shù)的教學(xué)與學(xué)習(xí)提供便利。