数字集成电路测试仪硬件的设计

黄华

引言：论文从集成电路测试仪器硬件的设计思路、设计要求、硬件设计的方法、软件的配套设计等方面进行探讨，以提升数字集成电路测试仪器硬件设计的可行性和可靠性，并针对软件与硬件设备的相互结合来开发数字集成电路测试仪器进行分析。

数字集成电路在仪器中的使用非常广泛，由于其本身的体积小，在数字电路实验室中的性能优劣的判断难度较大，因而，数字集成电路的测试工作一直困扰着业内的研究人员。论文中针对此类问题，提出运用C语言、数字电路、低频电路、单片机原理等知识内容，设计了一台数字集成电路测试仪，并且测试的范围较广，实用性强。文中在集成电路测试仪硬件的设计环节中融入了设计理念、设计要求、设计方法和软硬件的配套等措施，其中涉及到14管脚、16管脚的74LS数字集成优劣的测试，测试仪主要通过发光二极管的对照灯和实测灯的发光情况进行比照，分析数字集成电路的好坏。数字集成电路在日常的应用中非常广泛，因而，涉及出一种简单易用、检测效果好的测试硬件对数字集成电路的分析研究工作具有现实的意义。

一、设计的思路

在常用的数字集成电路的参数测量中，万用表通过测量管脚的电压来判断其好坏具有一定的准确度，但是其测量过程比较复杂，而且准确性难以得到有效的保证。而要对数字集成电路的各项指标进行详细准确的测量，并且还要保证其测量的效率，如果能有一种数字集成电路测量仪器可以共用，即测量的兼容性高，则可以取得良好的效果。数字集成电路通用性的测试仪器为了满足多项内容的测量，结合了通信原理、C语言、汇编语言和数字电路等方面的知识，将测试采集到的数据转换为发光二极管的显示状态来表明情况，发光二极管的显示经过对照灯和实测灯的比较来判断集成电路的好坏，这种测试仪器既可以单个测量，也可以连续性的测量。由于此类测试仪器的通用性强、操作简单、判断迅速，因而在实际应用中极大的节约了测量时间和简化了操作流程，可行性和可靠性都得到了很大的提升。

二、总体设计

2.1测试指标的参考

在数字集成电路测试仪器的设计中设计的主要指标集中在三个方面：其一是测试管脚数，一般管脚的测量针数是小于16；其二测试品种的多样化，即可以测量多种数字集成电路，兼容性强；其三是测量的效率，一般测试中的时间要控制在1s/块以内。

2.2测试要求设计

同样，测试要求也要满足一定条件才能投入到实际应用当中，一般测试要求的设计主要集中在四个方面：其一，测试其一上的发光二极管的显示要正常，尤其是实测发光和对照发光具有可比性，才能发现测量电路的好坏；其二，既可以满足单个测量的要求，又可以满足连续测量的要求，并且每按一次按钮，能够在PC上显示测量的结果，结果必须直观明了；其三，测量的数字集成电路的功能性要求，即针对各种数字集成电路的不同功能块进行测量；最后，测试仪器的测量程序可以人工的修改、调动、擦除，以便在实际应用中进行调整，满足测量的情况，并且要保证测试程序在仪器中无运行障碍，测试的数据经过处理后能通过串口传输到PC机上，显示实际测量的效果图。

2.3芯片选择

芯片的参数资料是硬件设计的重要参考，常用的芯片有89C51、RS-232、164等，芯片中的参数主要考虑I/O线、总线标准、计时器、计数器、串行接口、数据寄存方式等，论文中用到的是第一种芯片89C51，其特点是性能好、功耗低，并且可以通过常规的编程器进行编程，实用性非常好。

2.4软件设计

软件的设计综合了多种技术和理论，如C语言、汇编语言、通信原理等方面的内容，本论文中讨论的主要是运用C语言和LCAW软件技术来进行编程，由于基于PC的数字集成电路测试仪器的原理图比较复杂，安装调试中需要非常细心谨慎，一般采用PROTEL软件进行绘图，再根据原理图设计所用到了元器件。

2.5硬件设计

软件设计给测量带来了巨大的方便，尤其是测量的种类、效率和准确率上来说都有很大的提高，但单纯的依靠软件并不能完成测试工作，必须依靠硬件的支撑，硬件设计中运用到的高频电路，低频电路、电子设计自动化和数字原理图等多方面的知识。

软硬件的相互结合是测试仪器工作的基础，其中软件的设计主要是各种工作程序的汇编与调试，寻求最佳的软件程序；硬件系统主要由单片机、I/O接口、存储器、运算器等组成，和计算机系统又非常大的相似性，只有软硬件的工作协调、相互共融，测试系统的工作才能准确、稳定、可靠的运行。硬件电路的设计的基础是在选择型号确定的情况下，对工作中的电路运行进行验证，选取工艺加工的方式、印制板和组装的流程，此外，某些硬件中的重要部件还要经过测量对比，以确定其对系统运行的影响情况，以便在设计中可以以其为调节的参考，进行修正工作，是测试硬件电路更加符合实际要求。其中硬件设计中需要注意几个方面的事项：其一，硬件设计的电路尽量要简化清晰，以便了解设计的意图和工作机理；其二，硬件设计不仅是要满足当前的工作环境，而且还要为以后的升级或改造留出余地，功能性的改造升级并不能完全依靠软件来达到，尤其是涉及到测试仪器的运算、测试功能扩展、接口的增加等需要硬件的支撑；其三，能用软件代替的尽量减少硬件的投入，不但可以减少成本，而且软件的修改、擦除更加容易，此外，软件相对于硬件而言，一旦固定，其运行的稳定性也更高；其四，硬件的设计工艺包含多項内容，如插接件、配线、面板、机箱等，然后是对部件的安装调试，以满足工作的需要；最后，硬件运行中的维修保障也必须到位，以减少硬件更换的频率，延长其使用寿命，另一方面也是减少成本支出的有效途径。

三、结束语

数字集成电路的测试具有一定的困难，在实际工作中不但测试的效率低，而且测试的专用型比较强，限制了测试功能的发挥，因而，进行数字集成电路测试仪硬件的设计分析和尝试，以满足多功能、快速、准确的测试要求，可以极大的提升工作效率，相关研究值得深入开展。

参考文献

[1]张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理/应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，1996.

[2]周仲.国内外常用集成电路互换手册[M].上海：上海科学技术文献出版社，2001.

[3]白中英.数字逻辑与数字系统[M].科学出版社，1999.

（作者单位：重庆金美通信有限责任公司）