高校電子實驗數字集成電路檢測儀的設計論文

世界上第一個集成電路是1958 年德克薩斯儀器公司製造的，此後集成電路產業一直保持着驚人的發展速度，而數字集成電路的發展速度更快、集成度更高、規模更大。數字集成電路的應用領域日益擴大，目前已滲透到了無線通信、自動控制、計算機技術等各個領域，大到航空航天設備、醫療器械，小到計算機、數碼相機、收音機、耳麥等等，無論軍事還是民用方面，數字集成電路都發揮着舉足輕重的作用。與此同時，集成電路的'老化損壞是不可避免的，其可靠性也變得尤爲重要，故此，與之相應的檢測技術就成爲亟待解決的問題了。

現代生活中電子產品無處不在，而集成電路是構成電子產品的核心、靈魂。集成電路在電子產品設計製作中應用越來越廣泛，各種軍用、民用、醫療電子產品製作安裝過程和售後維修中都需對集成電路進行檢測。而在高校教學中，電子技術是專業基礎課，大量理工科院校課程體系中均設置電子實驗、電子工藝實習以及電子課程設計等實踐教學環節和內容。高校學生的畢業設計和大學生科技創新活動乃至教師的科研等，最終都將利用集成電路製作出電子成品來實現自己的設計理念。故此，集成電路滲透於各個方面，無論生產實踐還是教學、科研均需涉及到集成電路檢測問題。目前，市面出售的測試儀普遍存在價格高、體積大、自動化程度低，需人工干預等缺點。測試儀價格比較昂貴，離線測試儀一般幾千到上萬元，在線測試儀和國外進口儀器價格則更高。開發一款便攜、價廉、精準的數字電路的自動檢測儀器，可用於電子類的實習及實驗教學、大學生電子競賽、科技創新活動、課程設計、畢業設計、電器維修、科研等各個領域，用途廣泛。該測試系統硬件製作成本低，性價比高，適於高校師生使用。

　　1 系統設計目標

以單片機爲核心，設計一數字集成電路檢測儀系統，使其能對高校教學中常用的74LS 系列等數字集成電路進行功能測試。無需預先輸入集成電路型號，接通電源放置好被測芯片後即可執行自動檢測並輸出檢測結果，整個檢測過程無需人工干預，其主要性能、特色如下：

(1)置入被測芯片後，無需人工輸入芯片型號，系統即可自動識別、判斷其型號;

(2)自動判定芯片性能好壞，如部分損壞，判定具體損壞情況並輸出到顯示模塊;

(3)可測芯片引腳數目20 以內，型號30 種以上，具備動態可擴展性。

　　2 系統總體方案

目前所用的測試集成電路芯片的方式主要分爲在線和離線兩種方式，主要測試方法有電壓測量法、在線直流電阻普測法、電流跟蹤電壓法、在線直流電阻測量對比法、非在線數據與在線數據對比法等。本系統從數字集成電路特性和測試原理出發，建立科學合理的故障模型，搭接外圍硬件電路，建立測試平臺，用C 語言編程，設計製作本數字集成電路測試儀，使其能對高校電子實驗常用的74LS 系列等數字集成電路進行功能測試，系統總設計步驟分爲五步。

(1)研究測試系統工作原理及數字集成電路檢測機理，根據測試目標和技術參數要求，確立總體方案;

(2)研究各待測數字集成電路工作方式和特性，制定相應故障模型，確立各模塊的具體實施方案和實施條件;

(3)建立待測元件信息庫，研究並建立測試策略，制定程序流程圖，編譯單片機程序並進行仿真調試;

(4)研究電源電路工作原理，設計電源供電模塊、顯示模塊以及外圍電路，搭建系統硬件平臺並進行測試;

(5)軟硬件綜合調試，系統統調測試後焊接、製作、完成。

　　3 系統設計步驟

3.1 系統硬件電路設計

測試儀硬件電路部分以51 系列單片機爲核心，配以液晶屏做顯示器，主要包括電源模塊、數據採集處理模塊、顯示模塊、DUT 底座、開關、按鍵等，如圖所示。

3.2 軟件編譯

選取部分高校電子實驗課程中常用的74LS 系列，如74LS00、74LS08 等型號的數字集成電路芯片建立待測元件信息庫，結合硬件電路接口設置情況，以C 語言編寫程序，在Keil C51 軟件環境中編譯、調試程序。對照待測元件信息庫中真值表，判定其邏輯錯、參數錯等信息，建立科學的故障模型，進而判定具體故障位置，主程序流程圖。

3.3 系統統調

利用Altium Designer 軟件設計好原理圖及PCB 圖，通過熱轉印法制作好印製電路板，於上位機編譯好程序後，燒錄到單片機中，將待測數字集成電路芯片放置在DUT 底座中相應位置後進行測試，軟硬件結合統調。本系統無需預先輸入被測數字集成電路型號，接通測試儀電源，放置好被測芯片後即可執行自動檢測並輸出檢測結果，包括型號判斷及故障部位等信息，整個檢測過程無需人工干預。