基于LabVIEW的集成電路測試分析儀

摘要：為滿(mǎn)足高校實(shí)驗室對數字集成芯片的測試需求，利用LabVIEW軟件和單片機技術(shù)，設計實(shí)現了集成電路測試分析儀。與常見(jiàn)的集成電路測試儀相比，系統的特色在于依托LabVIEW強大的數據分析和圖形顯示功能，不僅能完成常規74系列芯片的功能測試，還提供了任意輸入數據編輯和波形顯示功能，有利于初學(xué)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(shí)現上位機與控制器間通信。實(shí)驗表明，系統功能測試正確，運行穩定，波形圖顯示直觀(guān)便捷，為芯片測試和數字邏輯驗證提供了有力工具。
關(guān)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(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)中，數字集成電路的使用十分頻繁。學(xué)生每年在實(shí)驗、課程設計和課外創(chuàng )新等實(shí)踐活動(dòng)中，需要使用大量的數字集成芯片，用以完成各種實(shí)驗和設計任務(wù)。每次實(shí)驗用過(guò)的芯片，只要未受損壞，原則上是可以再利用的，可以節省不少的實(shí)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(huì )給電路調試造成很大的麻煩，導致時(shí)間和精力上毫無(wú)意義的浪費。一般來(lái)說(shuō)，芯片故障的測試可以選擇以下3種方案，即專(zhuān)用集成電路測試儀，功能較強，但價(jià)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，可以依據個(gè)性化需求定制系統功能，且成本較低，利于推廣。通過(guò)比較，選擇第3種方案，即自制集成芯片測試儀解決實(shí)驗室芯片的測試問(wèn)題。
根據多年數字電路教學(xué)和實(shí)驗方面的經(jīng)驗，學(xué)生在不熟悉芯片性能，缺乏對芯片邏輯和時(shí)序關(guān)系的感性認識的前提下，設計和調試時(shí)往往會(huì )遇到不少困難，容易挫傷學(xué)習的信心。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邏輯和時(shí)序驗證功能，而且要具有簡(jiǎn)單的邏輯分析功能，學(xué)生可以自由設計激勵數據，通過(guò)波形圖觀(guān)察相應結果。整個(gè)測試與分析過(guò)程方便、快捷、直觀(guān)，學(xué)生在測試芯片的同時(shí)，可以嘗試各種輸入觀(guān)察其邏輯時(shí)序關(guān)系，驗證與自己的預期設想是否一致，加深對芯片功能和數字電路理論的理解。

1 系統結構
系統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(hù)界面，用戶(hù)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。該界面還提供了數據編輯和波形顯示功能。測試控制器接收上位機發(fā)來(lái)的配置信息，讀取固化其內部的測試矢量或用戶(hù)編輯的數據，完成測試任務(wù)，將結果返回給上位機。測試控制器與上位機間通過(guò)USB總線(xiàn)通信，有效避免了傳統RS 232通信方式對上位機接口類(lèi)型的限制，使系統具有更強的適用性。

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(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)系統有著(zhù)至關(guān)重要的影響。對于較復雜的邏輯，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(cháng)，因而存儲空間和處理速度是制約系統性能的關(guān)鍵因素。綜合考慮成本和性能因素，選擇STC12C5A60S2單片機作為控制核心。STC12C5A60S2指令代碼完全兼容傳統的8051，但速度快了8～10倍，內部FLASH空間達到60 KB，能很好地滿(mǎn)足本設計的需求。