高校电子实验数字集成电路检测仪的设计论文

世界上第一个集成电路是1958 年德克萨斯仪器公司制造的，此后集成电路产业一直保持着惊人的发展速度，而数字集成电路的发展速度更快、集成度更高、规模更大。数字集成电路的应用领域日益扩大，目前已渗透到了无线通信、自动控制、计算机技术等各个领域，大到航空航天设备、医疗器械，小到计算机、数码相机、收音机、耳麦等等，无论军事还是民用方面，数字集成电路都发挥着举足轻重的作用。与此同时，集成电路的'老化损坏是不可避免的，其可靠性也变得尤为重要，故此，与之相应的检测技术就成为亟待解决的问题了。

现代生活中电子产品无处不在，而集成电路是构成电子产品的核心、灵魂。集成电路在电子产品设计制作中应用越来越广泛，各种军用、民用、医疗电子产品制作安装过程和售后维修中都需对集成电路进行检测。而在高校教学中，电子技术是专业基础课，大量理工科院校课程体系中均设置电子实验、电子工艺实习以及电子课程设计等实践教学环节和内容。高校学生的毕业设计和大学生科技创新活动乃至教师的科研等，最终都将利用集成电路制作出电子成品来实现自己的设计理念。故此，集成电路渗透于各个方面，无论生产实践还是教学、科研均需涉及到集成电路检测问题。目前，市面出售的测试仪普遍存在价格高、体积大、自动化程度低，需人工干预等缺点。测试仪价格比较昂贵，离线测试仪一般几千到上万元，在线测试仪和国外进口仪器价格则更高。开发一款便携、价廉、精准的数字电路的自动检测仪器，可用于电子类的实习及实验教学、大学生电子竞赛、科技创新活动、课程设计、毕业设计、电器维修、科研等各个领域，用途广泛。该测试系统硬件制作成本低，性价比高，适于高校师生使用。

　　1 系统设计目标

以单片机为核心，设计一数字集成电路检测仪系统，使其能对高校教学中常用的74LS 系列等数字集成电路进行功能测试。无需预先输入集成电路型号，接通电源放置好被测芯片后即可执行自动检测并输出检测结果，整个检测过程无需人工干预，其主要性能、特色如下：

(1)置入被测芯片后，无需人工输入芯片型号，系统即可自动识别、判断其型号;

(2)自动判定芯片性能好坏，如部分损坏，判定具体损坏情况并输出到显示模块;

(3)可测芯片引脚数目20 以内，型号30 种以上，具备动态可扩展性。

　　2 系统总体方案

目前所用的测试集成电路芯片的方式主要分为在线和离线两种方式，主要测试方法有电压测量法、在线直流电阻普测法、电流跟踪电压法、在线直流电阻测量对比法、非在线数据与在线数据对比法等。本系统从数字集成电路特性和测试原理出发， 建立科学合理的故障模型，搭接外围硬件电路，建立测试平台，用C 语言编程，设计制作本数字集成电路测试仪， 使其能对高校电子实验常用的74LS 系列等数字集成电路进行功能测试，系统总设计步骤分为五步。

(1)研究测试系统工作原理及数字集成电路检测机理，根据测试目标和技术参数要求，确立总体方案;

(2)研究各待测数字集成电路工作方式和特性，制定相应故障模型，确立各模块的具体实施方案和实施条件;

(3)建立待测元件信息库，研究并建立测试策略，制定程序流程图，编译单片机程序并进行仿真调试;

(4)研究电源电路工作原理，设计电源供电模块、显示模块以及外围电路，搭建系统硬件平台并进行测试;

(5)软硬件综合调试，系统统调测试后焊接、制作、完成。

　　3 系统设计步骤

3.1 系统硬件电路设计

测试仪硬件电路部分以51 系列单片机为核心， 配以液晶屏做显示器，主要包括电源模块、数据采集处理模块、显示模块、DUT 底座、开关、按键等，如图所示。

3.2 软件编译

选取部分高校电子实验课程中常用的74LS 系列， 如74LS00、74LS08 等型号的数字集成电路芯片建立待测元件信息库， 结合硬件电路接口设置情况， 以C 语言编写程序， 在Keil C51 软件环境中编译、调试程序。对照待测元件信息库中真值表，判定其逻辑错、参数错等信息，建立科学的故障模型，进而判定具体故障位置，主程序流程图。

3.3 系统统调

利用Altium Designer 软件设计好原理图及PCB 图， 通过热转印法制作好印制电路板，于上位机编译好程序后，烧录到单片机中，将待测数字集成电路芯片放置在DUT 底座中相应位置后进行测试， 软硬件结合统调。本系统无需预先输入被测数字集成电路型号，接通测试仪电源，放置好被测芯片后即可执行自动检测并输出检测结果，包括型号判断及故障部位等信息，整个检测过程无需人工干预。