一种多功能数字芯片测试仪的制作方法

本实用新型涉及集成电路芯片测试领域，特别是一种多功能数字芯片测试仪。

背景技术：

自从20世纪40年代计算机问世以来，便提出了数字系统的测试问题，早期的是人工测试和基于穷举测试的完全检查已难以满足实际需要，因而逐渐被自动测试所取代。但自动测试生成的时间复杂性是个不确定多项式完全问题。集成电路的测试是一件经常性的工作，在一批电路里电路是好是坏从表面上是看不出来的。如用简单办法，给电路加电源用万用表测，则是一件非常麻烦的事，这不仅对技术人员的素质有很高的要求，而且故障诊断的速度慢，质量差。因为一块电路有好多脚，要按照真值表一拍一拍去测，是一件困难的事。目前市场上的专用的数字集成电路测试仪，不仅体积庞大，而且价格昂贵，不可能在实验室中普及。现有技术关于数字芯片测试仪，也大都包含控制器单元、处理器单元、IC引脚插座等。但所用单片机等核心部件和所设计的电路均各不相同。

现有技术如下：

1、单片机与测试芯片引脚相连，通过I/O口的模拟输入来测量门电路的实际输出，以此来测试集成电路器件的实际逻辑功能。

2、将常用TTL系列、COMS系列数字集成电路的标准逻辑功能表存储到单片机的扩展存储器中。

3、将测试所得的实际逻辑功能与存储器中的标准逻辑进行比较，两者一致证明被测器件完好，反之器件损坏。

4、测试结果通过LCD液晶显示。

5、单片机通过电平转换与PC机串口连接，实现数据通信。

现有技术中，数字芯片测试仪多用于两个方面，一是芯片型号识别，二是芯片质量检测。不论是型号识别还是功能测试，单片机均需存储大量的常用芯片型号功能，以便对比。然而存储的数据越多，单片机所需识别的时间就越长，不便于快速测量。而且有些被测芯片并非无法识别型号，若能将测试仪的两个功能分开，针对型号明确的芯片，人工输入型号匹配，将可大大减少单片机运行的时间，提高检测效率。

另外，专利A（申请号 CN201520277932.0）中，将标准数字芯片的逻辑功能数据存放于单片机内部存储器，与待测数字芯片数据进行比较，加入温度电路，测量工作温度，以便监测待测芯片温度，防止烧坏；现有专利B（CN201521045753.0）中，采用FPGA进行数据处理，速度较快，且可与PC机进行数据通信。

但是，针对专利A，采用单片机内部存储器，无法存储大量不同型号的芯片数据，在芯片比较方面存在一定的局限性。而且没有独立电源供电，不便于随身携带。针对专利B，采用外部存储器，且通过FPGA进行数据处理，可满足不同型号的芯片测试。然而并不能通过外部（如键盘）输入型号进行快速匹配，且同样没有独立电源供电，不便携带。

本方案提出一款多功能数字芯片测试仪，控制键盘输入模块，可人工输入测试芯片型号，提高测试效率。该测试仪还采用独立电源供电，能脱机工作，方便携带。此外，利用VB开发环境通过串行通信增加了与PC机的联机功能，使仪器的测试能力得到加强。人机界面友好，操作方便。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种多功能数字芯片测试仪，能够人工输入测试芯片型号，并且能够脱机工作，方便携带。

本实用新型采用以下方案实现：包括第一控制模块、第二控制模块，所述第一控制模块连接有电平转换模块、键盘模块、LCD显示模块、存储器模块、电源控制模块；所述第二控制模块连接有IC测试插座、模拟开关，所述模拟开关与所述IC测试插座相连；所述电源控制模块与所述第一控制模块、第二控制模块、模拟开关、IC测试插座相连；所述第一控制模块的串口通过所述电平转换模块连接至PC;所述第一控制模块与第二控制模块均连接有复位电路与时钟电路;所述电源控制模块包括锂电池、芯片TPS60110及其外围电路；所述芯片TPS60110的IN脚与SKIP与所述锂电池的正极相连，所述芯片TPS60110的PGND脚、SYNC脚、GND脚接所述锂电池负极或接地，所述芯片TPS60110的Vout脚作为输出脚，用以独立提供5V电压给所述多功能数字芯片测试仪使用。

进一步地，所述第一控制模块与第二控制模块均是型号为HT46RU24的单片机。

进一步地，所述键盘模块为由4×4的按键组成的键盘，包括数字键0至9、清零键、已知型号确认键、自动测试键。

进一步地，所述LCD显示模块采用DM12232F。

进一步地，所述电平转换模块采用芯片MAX232。

进一步地，所述存储器模块包括AT24C256存储器。

进一步地，所述模拟开关采用CD4052。

与现有技术相比，本实用新型具备键盘，能够人工输入测试芯片型号，提高测试效率；本实用新型包括电源控制模块，采用独立电源供电，能脱机工作，方便携带；此外，本实用新型利用可利用电平转换模块与PC通信相连，具有联机工作功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例采用的HT46RU24系统框架图。

图2为本实用新型实施例中多功能数字芯片测试仪硬件结构框图。

图3为本实用新型实施例中LCD显示模块DM12232F硬件模块图。

图4为本实用新型实施例中DM12232F、键盘和HT46RU24连接图。

图5为本实用新型实施例中测试接口硬件图。

图6为本实用新型实施例中5V电源电路图。

图7为本实用新型实施例中的测试软件界面图。

图8为本实用新型实施例中系统串口通讯电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如图2所示，本实施例提供了包括第一控制模块、第二控制模块，所述第一控制模块连接有电平转换模块、键盘模块、LCD显示模块、存储器模块、电源控制模块；所述第二控制模块连接有IC测试插座、模拟开关，所述模拟开关与所述IC测试插座相连；所述电源控制模块与所述第一控制模块、第二控制模块、模拟开关、IC测试插座相连；所述第一控制模块的串口通过所述电平转换模块连接至PC;所述第一控制模块与第二控制模块均连接有复位电路与时钟电路;所述电源控制模块包括锂电池、芯片TPS60110及其外围电路；所述芯片TPS60110的IN脚与SKIP与所述锂电池的正极相连，所述芯片TPS60110的PGND脚、SYNC脚、GND脚接所述锂电池负极或接地，所述芯片TPS60110的Vout脚作为输出脚，用以独立提供5V电压给所述多功能数字芯片测试仪使用。

在本实施例中，所述第一控制模块与第二控制模块均是型号为HT46RU24的单片机。

在本实施例中，所述键盘模块为由4×4的按键组成的键盘，包括数字键0至9、清零键、已知型号确认键、自动测试键。

在本实施例中，述LCD显示模块采用DM12232F。

在本实施例中，所述电平转换模块采用芯片MAX232。

在本实施例中，所述存储器模块包括AT24C256存储器。

在本实施例中，所述模拟开关采用CD4052。

较佳的，在本实施例中，图1为HT46RU24系统框架图，HT46RU24是一种A/D型单片机，其结构是8位高性能，高效益的RISC结构，用于直接处理模拟信号，还包括一个集成的多通道模数转化器，以及一个或多个脉冲宽度调制输出。利用HT46RU24的I/O引脚，用软件方法来实现UART功能，实现与PC相互传输数据。本系统设置一帧的数据格式为一位停止位、不带奇偶校验位、8位数据位，波特率定为9600bps。

在本实施例中，图2为多功能数字芯片测试仪硬件结构框图，包括键盘模块、电源模块、LCD显示模块、电平转换模块、存储模块、模拟开关模块、IC测试插座、人机交互界面等。该测试仪的基本原理是将被测集成电路器件的实际逻辑功能与存储器中的标准逻辑功能表相比较，两者一致证明被测器件是好的，不一致证明是坏的。

在本实施例中，图3所示为LCD显示模块DM12232F硬件模块图，可完成16×2个(16×8点阵)ASCII码显示,也可以显示7.5×2个(16×16点阵)汉字。与外部CPU接口可采用并行方式控制,采用5V供电。当脱机测试芯片时，测试结果通过LCD显示。

在本实施例中，图4所示为DM12232F、键盘和HT46RU24连接图, 键盘硬件电路主要是由4×4的按键组成的键盘，其中包含0到9、清零键、PC与MCU通信键、已知型号确认键、自动测试键。为了节省I/O口，本实施例把LCD的数据总线与4×4键盘共用。将按键接至键盘扫描芯片的相应管脚，将键盘扫描输出的四位数据输出端接至LCD，观察按下相应的按键，LCD显示是否正确，一切正常后，将其接至编码芯片，再将编码输出直接接至译码芯片，将解码有效端及四位数据输出端接至LED，当解码有效时，解码端的LCD会瞬间亮起，按相应的按键，观察解码后是否正确。

在本实施例中，图5所示为测试接口硬件图,通过第二块HT46RU24单片机的两个I/O口来控制模拟开关的四个通道，从而来选择不同芯片的地管脚位置。

在本实施例中，图6所示为5V电源电路图，采用TPS60110芯片。锂电池电压输出3.7V左右电压后，经过通过电解电容（15μF）进行一级滤波，以去除直流电里面的杂波，防止干扰。滤波后的直流电再经过TPS60110稳压成为稳定的5V电源，其中TPS60110的IN、SKIP是输入脚，接电池直流电源正极，PGND、SYNC、GND是接地脚，接电池直流电源负极，Vout为输出脚，它和接地脚的电压就是+5V了。5V电源出来再经过电解电容(33μF)的二级滤波，使5V电源更加稳定可靠。

在本实施例中，图7所示为测试软件界面图，联机运行时，可将P C机程序库中的测试矢量调入测试仪中，并将测试后的结果在P C机屏幕上显示。屏幕同时显示真值表全部内容和实测结果。也可以在P C机上对新增I C进行编程，并将数据存入程序库中。

在本实施例中，图8所示为系统串口通讯电路图。为与PC机进行串行通信，采用MAX232进行RS-232C电平与TTL电平的相互转换。HT46R24时钟频率选用4MHz晶振，通信波特率选用9600，采用工作方式1进行串行通信。采用RS-232串行总线接口与单片机通信的方法。

本实施例的多功能数字芯片测试仪，通过测试码控制并测试硬件的运行情况，把测试结果与正确值比较,自动给出正误判断的结果。该仪器能完成20脚以内TTL系列和CMOS系列数字集成电路芯片的测试。

HT46RU24提供I2C总线接口，I2C 总线是双向两线结构，数据线和时钟线分别为SDA和 SCL。SDA和SCL是NMOS开漏输出，使用时必须外接上拉电阻。

在HT46RU24单片机与测试芯片之间需串接上470Ω (或510Ω)的电阻。首先, 串接电阻的目的是对HT46RU24起限流保护的作用, 假设PA0 输出高电平，此时, 测试芯片又为非门, 那么, 将引起灌电流现象, 致使 PA0口线上的电流非常大, 可能烧毁HT46RU24。其次可以保证逻辑电平的正确, 在连接线上串接几百欧的电阻而不接几千欧的电阻原因在于：假设让PA0为逻辑低电平，这样基极将是高电平，又有PA口上的上拉电阻为3K 左右，如果连接线上的电阻也取3K，那么将使PA0出逻辑高电平，此时逻辑电平是错误的；如果连接的电阻为470Ω左右，PA0然能够正确地输出逻辑低电平，这样就保证了逻辑电平的正确性。

根据设计的20脚测试芯片插座，被测芯片最高脚与测试插座20脚对应，被测芯片1脚与测试插座1脚对应，中间部分以脚（NC）代替。这样把20脚以下芯片都看成20脚芯片，设计测试向量进行测试。

其中被测IC芯片的I/O 控制字规则如下：

1.被测IC的电源线和接地线，选择字中对应为“1”；

2.被测IC的各个空脚，选择字中对应为“1”；

3.被测IC的输出脚看作是PIO的输入，选择字中对应为“0”；

4.被测IC的输入脚看作是PIO的输出，选择字中的对应为“1”；

对于已知型号的数字集成电路，当输入芯片的型号后，程序会根据不同的型号去调用不同型号的子程序，即根据不同的芯片在其输入端加入不同组合的高、低电平信号。然后再读取输出端的电平信号，确定逻辑功能是否正确，从而判断芯片的好坏。

由于各I C块的引脚数和宽度不一致，且电源和地的位置因片而异，所以待测芯片插座的引脚必须有选择性地加以控制。根据对TTL74，54系列和CMOS4000，4500常见的200余种芯片的统计，20引脚以内的芯片占95%以上，为此设计了20芯锁紧插座，并做如下规定：将待测芯片的第一脚和最后一脚插入20芯锁紧插座的第1脚和第20脚，因为规则芯片的右上脚都为电源(VCC)，左下脚都为地(GND)。通过对文献的统计和归类，列出20脚以内规则芯片和不规则芯片的引脚数、VCC和GND的位置情况。根据上面规定，从中分析得出：VCC可能插座引脚为4，5和20脚，并且VCC接20脚的芯片是规则芯片，VCC接4和5脚的芯片是不规则芯片；GND可能插座引脚为7，8，9，10。为正确找出芯片的GND插座的具体位置，选用了CD4052芯片。CD4052是一个双4选一的多路模拟选择开关。其管脚的12，14，15，11 脚分别对应于插座的引脚7，8，9，10。应用时可以通过单片机对A/B的控制来选择输入为哪一路，例如：需要从4路输入中选择第二路输入，假设使用的是 Y 组，那么单片机只需要分别给 A和B 送 1和0即可选中该路，然后进行相应的处理，注意第 6 脚为使能脚，只有为0时，才会有通道被选中输出。

将待测芯片放入芯片测试插座拧紧并通上电源后，在键盘键入芯片的型号后，点击“确定”键，结果芯片是好的会显示“GOOD”，如果是坏的便显示“FAIL”。对于库中没有的芯片则显示“ERROR”，输入错误的型号可以点击“清零”键。

为了检测该测试仪的可靠性，选取常用的CMOS、TTL系列芯片进行测试与验证，其中CMOS系列芯片5个，TTL系列芯片5个。预先设有电源故障、接地故障、输入脚故障、输出脚故障、正常等多种情况，通过本测试仪进行实际试验，均能准确检测出芯片的正常与否，并能准确指出有故障芯片的故障引脚，选取的测试样品正确率达100%，具体如表1所示。因此，本测试仪在芯片的测试中有着重要的应用价值。

表1 测试仪可靠性测试表

与一般同类型测试仪比较，本实施例采用锂电池供电，移动方便，工作性能稳定，输出结果准确。同时，利用VB开发环境通过串行通信实现了与PC机的联机功能，使仪器的测试能力得到加强。人机界面友好，操作方便。

值得一提的是，本实用新型保护的是硬件结构，至于设计测试方法不要求保护。以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。