基于LabVIEW的集成電路測試分析儀

摘要：為滿足高校實驗室對數(shù)字集成芯片的測試需求，利用LabVIEW軟件和單片機技術，設計實現(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，有利于初學者準確掌握和深入理解芯片的邏輯功能。設計中利用SN754410設計了管腳上電電路，使用USB／串口轉換電路實現(xiàn)上位機與控制器間通信。實驗表明，系統(tǒng)功能測試正確，運行穩(wěn)定，波形圖顯示直觀便捷，為芯片測試和數(shù)字邏輯驗證提供了有力工具。
關鍵詞：集成電路測試；LabVIEW；SN754410；USB／串口轉換電路

0 引言
在高校電子類專業(yè)實驗教學中，數(shù)字集成電路的使用十分頻繁。學生每年在實驗、課程設計和課外創(chuàng)新等實踐活動中，需要使用大量的數(shù)字集成芯片，用以完成各種實驗和設計任務。每次實驗用過的芯片，只要未受損壞，原則上是可以再利用的，可以節(jié)省不少的實驗成本。為使芯片能夠重復使用，需要有效的工具檢測芯片的好壞，因為故障芯片會給電路調試造成很大的麻煩，導致時間和精力上毫無意義的浪費。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，但價格較貴，不利于普及；邏輯分析儀，操作復雜，使用不便；自制集成芯片測試儀，可以依據(jù)個性化需求定制系統(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驗室芯片的測試問題。
根據(jù)多年數(shù)字電路教學和實驗方面的經(jīng)驗，學生在不熟悉芯片性能，缺乏對芯片邏輯和時序關系的感性認識的前提下，設計和調試時往往會遇到不少困難，容易挫傷學習的信心。因此，在確定集成電路測試儀功能時，要求其不僅能完成常規(guī)邏輯和時序驗證功能，而且要具有簡單的邏輯分析功能，學生可以自由設計激勵數(shù)據(jù)，通過波形圖觀察相應結果。整個測試與分析過程方便、快捷、直觀，學生在測試芯片的同時，可以嘗試各種輸入觀察其邏輯時序關系，驗證與自己的預期設想是否一致，加深對芯片功能和數(shù)字電路理論的理解。

1 系統(tǒng)結構
系統(tǒng)由上位機和測試控制器兩部分組成，結構如圖1所示。上位機提供用戶界面，用戶在其上設置串口，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發(fā)來的配置信息，讀取固化其內部的測試矢量或用戶編輯的數(shù)據(jù)，完成測試任務，將結果返回給上位機。測試控制器與上位機間通過USB總線通信，有效避免了傳統(tǒng)RS 232通信方式對上位機接口類型的限制，使系統(tǒng)具有更強的適用性。

2 測試控制器設計
2．1 硬件電路設計
硬件電路由單片機、通信電路和芯片接口電路組成，結構如圖2所示。

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