高校电子实验数字集成电路检测仪的设计

王秀艳　王洪凯　王秀梅

【摘 要】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。课内电子实验和课外科技创新活动中常常遇到IC电路芯片表面标识不清，无法识别其型号，或外观正常但电路内部已损坏等情况。有时做了大量实验后得不到预期数据和正确结果，有时焊接制作好电子成品但不能实现既定功能，最后查出是所选用的IC电路芯片型号错误，或者是芯片自身故障，耽误了时间，降低了效率。以单片机为核心器件，搭建外围电路，建立科学的故障模型，开发一款便携、价廉、精准的数字集成电路的自动检测仪器，可用于大学生电子实验课、电子竞赛、科技创新活动、课程设计、毕业设计以及电子产品装配、电器维修、科研等其他相关领域，用途广泛。

【关键词】数字集成电路；检测；单片机

【Abstract】Electronics technology is a basic professional course. Many universities and colleges open such contents as electronic experiments， electronic process practice and curriculum design. Students often face much inconvenience， for example， unclear IC chip label， Unrecognized mark and seemingly good but actually unusable. This leads to that even doing much work but not to get expected results， which waste much time and reduce efficiency. In order to resolve this problem， this paper use MCU as core component， construct circuit， build fault model， develop a portable， low-cost and precise and auto-detecting digital Integrated circuits， instrument. This instrument can be widely used in these fields which includes electronic experiment， electronic contest， scientific innovation， electronic product assembly， Electrical maintenance and research.

【Key words】Digital Integrated circuit（digital IC）； Detect； MCU（Single Chip Microcomputer）

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1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，主程序流程图如图2所示。

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。

【参考文献】

[1]林海波，王秀艳，主编.电子工艺实训基础[M].中国电力出版社，2009，7.

[2]杨欣，王玉凤，等，编.51单片机应用实例详解[M].清华大学出版社，2010，5.

[3]艾学忠，主编.单片机原理及接口技术[M].机械工业出版社，2012，8.

[4]谷树忠，耿晓中，王秀艳，编.Altium Designer实用教程—原理图、PCB设计与信号完整性分析[M].电子工业出版社，2015，10.

[责任编辑：汤静]