基于LabVIEW的集成電路測試分析儀

摘要：為滿足高校實(shí)驗(yàn)室對數(shù)字集成芯片的測試需求，利用LabVIEW軟件和單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了集成電路測試分析儀。與常見的集成電路測試儀相比，系統(tǒng)的特色在于依托LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖形顯示功能，不僅能完成常規(guī)74系列芯片的功能測試，還提供了任意輸入數(shù)據(jù)編輯和波形顯示功能，有利于初學(xué)者準(zhǔn)確掌握和深入理解芯片的邏輯功能。設(shè)計(jì)中利用SN754410設(shè)計(jì)了管腳上電電路，使用USB／串口轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制器間通信。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)功能測試正確，運(yùn)行穩(wěn)定，波形圖顯示直觀便捷，為芯片測試和數(shù)字邏輯驗(yàn)證提供了有力工具。
關(guān)鍵詞：集成電路測試；LabVIEW；SN754410；USB／串口轉(zhuǎn)換電路

0 引言
在高校電子類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字集成電路的使用十分頻繁。學(xué)生每年在實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和課外創(chuàng)新等實(shí)踐活動中，需要使用大量的數(shù)字集成芯片，用以完成各種實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)任務(wù)。每次實(shí)驗(yàn)用過的芯片，只要未受損壞，原則上是可以再利用的，可以節(jié)省不少的實(shí)驗(yàn)成本。為使芯片能夠重復(fù)使用，需要有效的工具檢測芯片的好壞，因?yàn)楣收闲酒瑫o電路調(diào)試造成很大的麻煩，導(dǎo)致時(shí)間和精力上毫無意義的浪費(fèi)。一般來說，芯片故障的測試可以選擇以下3種方案，即專用集成電路測試儀，功能較強(qiáng)，但價(jià)格較貴，不利于普及；邏輯分析儀，操作復(fù)雜，使用不便；自制集成芯片測試儀，可以依據(jù)個(gè)性化需求定制系統(tǒng)功能，且成本較低，利于推廣。通過比較，選擇第3種方案，即自制集成芯片測試儀解決實(shí)驗(yàn)室芯片的測試問題。
根據(jù)多年數(shù)字電路教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方面的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在不熟悉芯片性能，缺乏對芯片邏輯和時(shí)序關(guān)系的感性認(rèn)識的前提下，設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)往往會遇到不少困難，容易挫傷學(xué)習(xí)的信心。因此，在確定集成電路測試儀功能時(shí)，要求其不僅能完成常規(guī)邏輯和時(shí)序驗(yàn)證功能，而且要具有簡單的邏輯分析功能，學(xué)生可以自由設(shè)計(jì)激勵(lì)數(shù)據(jù)，通過波形圖觀察相應(yīng)結(jié)果。整個(gè)測試與分析過程方便、快捷、直觀，學(xué)生在測試芯片的同時(shí)，可以嘗試各種輸入觀察其邏輯時(shí)序關(guān)系，驗(yàn)證與自己的預(yù)期設(shè)想是否一致，加深對芯片功能和數(shù)字電路理論的理解。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)由上位機(jī)和測試控制器兩部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機(jī)提供用戶界面，用戶在其上設(shè)置串口，輸入芯片型號和封裝信息，發(fā)送測試命令，查看測試結(jié)果。該界面還提供了數(shù)據(jù)編輯和波形顯示功能。測試控制器接收上位機(jī)發(fā)來的配置信息，讀取固化其內(nèi)部的測試矢量或用戶編輯的數(shù)據(jù)，完成測試任務(wù)，將結(jié)果返回給上位機(jī)。測試控制器與上位機(jī)間通過USB總線通信，有效避免了傳統(tǒng)RS 232通信方式對上位機(jī)接口類型的限制，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適用性。

2 測試控制器設(shè)計(jì)
2．1 硬件電路設(shè)計(jì)
硬件電路由單片機(jī)、通信電路和芯片接口電路組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2．1．1 單片機(jī)
單片機(jī)的主要任務(wù)是通信和測試控制，是測試控制器的核心部分，其性能優(yōu)劣對整個(gè)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的影響。對于較復(fù)雜的邏輯，尤其是時(shí)序邏輯，所需的測試矢量較多，測試時(shí)間也比較長，因而存儲空間和處理速度是制約系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。綜合考慮成本和性能因素，選擇STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心。STC12C5A60S2指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快了8～10倍，內(nèi)部FLASH空間達(dá)到60 KB，能很好地滿足本設(shè)計(jì)的需求。