芯片测试仪

芯片测试仪 作者:申耀伟 朱登科 崔艳娇 辅导老师:唐红莲 张平川 邹齐 目 录 一:芯片测试仪的功能介绍; 二:论证及比较; 三:芯片测试仪的系统总方框图; 四:软件的实现; 五:系统硬件的实现; 六:各种芯片的逻辑功能; 七:调试; 八:; 芯片测试仪 一、芯片测试仪的功能 本组的芯片测试仪是根据各型号芯片逻辑功能的判断，能识别TTL型74XXX系列的00/02/04/08/10/20/21/27/30/74/109/160/245等芯片。并可根据逻辑功能来用户输入的芯片类型是否正确。 二、方案论证及比较 方案一:以单片机为核心，用汇编编程，用反向思维法考虑，既假设已知芯片型号，管脚排列; 用14种特定的输入逻辑组合对应14种输出状态，这14种组合输入可以相等但状态不同，且每种输入输出符合一定的逻辑关系，每种逻辑关系对应一种芯片，每次对被测芯片赋一个逻辑组合值，判断它的实际输出状态是否与该输入对应的参考输出状态一致，一致则输出与之对应的芯片类型。否则继续赋值，判定状态是否一致，直到找到为止。 用按键控制，用户选择输入的型号，对被测心片的逻辑功能检测是否符合该型号的逻辑功能，并由数码管显示。喇叭提示是否一致。 方案二:由按键控制，以单片机为核心，用汇编编程，用软件对输入赋逻辑值，检测输出端的逻辑电平，判断有可能出现该状态的芯片类型，将检测范围缩小后，再对该范围内的芯片赋不同的值，再次判断输出状态，根据逻辑功能判断有可能出现这种状态的芯片，这样用条件逐层缩小检测范围来具体确定芯片类型，由用户选择输入芯片型号，再按下检测键，检测该型号与逻辑功能是否一致，由数码管显示结果。喇叭提示是否一致。 方案三:由按键控制，以单片机为核心，用C语言编程对所有芯片的功能检测，(输入端的处理:对于简单的门电路输入不同的逻辑组合，而触发器有置位，清0端，时钟端等这些特殊端要特殊处理，可以直接接电源或地端。其它的输入赋不同的逻辑组合。) 用单片机的I/O口对每一种芯片的一个门电路赋予不同组合的逻辑值，(它的组合状态个数与这个门电路的输入端口数有关，如果有N个输入端，则它有2的N次方个逻辑组合和状态)，检测它的输出，如果输入输出符合某种逻辑关系，又因输入输出管脚固定，则芯片型号确定，并由数码管显示输出。 用户可用按键来选择芯片型号，检测芯片功能是否符合该型号。喇叭提示是否一致。 本设计采用方案三。考虑到被检测的芯片功能有相同的，引脚输入输出一样，或者是与非的0，或非的1均会影响非门的状态，碰到这些问题时，如果只用一种逻辑组合值检测，检测出的型号有可能出错，对于同种功能的检测如采用条件缩小范围，那么需要很多条件语句检测，在判断其逻辑功能，CPU工作量大，费时。 三、系统总方框图 系统总方框图如图1—1 单 片 机 被检测芯片 系 显示 统 8 0 5 2 按键 蜂鸣器提示 K1 型号检测 K 2 (+) K3 (—) 图1—1系统总方框图 四、软件设计 (1) 软件编程流程图:如图1——2: 图1——2编程流程图: 开始 Aa变量 aa-芯片基本功能查询 K1按下了, 没有，显示 功能符合吗, 八个0 不符和，aa-自动减1后继续向 下扫描判断功能 K1键按下 符合，输出型号 K2 K3按 下, 没有，稳定 输出型号不 变 K2 键按下 K3键按下 型号选择(+)(—) 判断所选型号和被测芯片 功能一致, 不一致，只 一致，显示显型号，喇 最高位是1，叭响2声提 示错误 显示型号， 喇叭响一声 提示正确 (2)软件程序(省略) 五:硬件电路的实现: 1:选用一个20孔的插槽，可方便的插拔14，16，20管脚的芯片。 2:8952单片机系统: 管脚分配如下: I/O0.0 ——I/O0.7口依次接被测芯片的1——8脚，I/O2.0 ——I/O2.7口依次接至被测芯片的19——12脚，I/O3.3 ——I/O3.6口分别接11脚，9脚，7脚，8脚。 芯片的10脚固定接地，7，8脚接到2003的16，15脚，20脚固定接电源。连接图如图1——3所示。 图1——3 ULN 2003的作用:ULN 2003达林顿管输出器件是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达350mA. 单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连，ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受 50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行，实现软件控制可靠接地。 如果要想使7，8脚可靠接地则可通过2003的1，2脚输入逻辑1即可实现。不想让被测区的7，8脚接地则给2003的1，2脚逻辑0即可实现，因为2003的作用很方便的的用软件控制是否接地。 显示部分: 用液晶和数码均能显示，液晶虽耗电少，但在价格较高，显示亮度上不如数码管。而且数码管的工作电压低，体积小，寿命长，可靠性高，响应快，根据我门的要求，我们选择数码管即可。 3:数码管显示原理: 每一个数码管由八段组成，每一段对应一个发光二极管，显示器有共阴，共阳之分，我组选用不考虑小数点的七段共阳数码管。 共阴数码管:发光二极管的负端并联接地，每一段给它高电平时发光二极管被点亮， 共阳数码管:发光二极管的正端并联接+5伏电源，每一段给它低电平时发光二极管被点亮。 要使LED数码管显示数字，只要点亮相应字段的发光二极管即可。例如，要显示“7”，则点亮A,B,C段，对于共阳数码管，点亮字段用高电平“1”表示，不亮字段用低电平“0”表示，共阴数码管与共阳数码管正好相反。这样就可以把要显示的数字与一串二进制代码对应起来，即对LED数码显示实现编码。 dp G F E D C B A D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 上表是编码时一个数码管与八位二进制数的一一对应关系。不用小数点时D7=1保持不变。 显示方式: 方案一:静态显示，并行输出; 方案二:动态显示，并行输出。 静态显示是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管处于恒定导通或截止状态，知道需要显示下一个字符时为止。这种显示方式占用的硬件资源多，如果用软件控制字段译码，每显示一个字符就需要一个锁存器，如果用硬件进行字段译码，每显示一个字符就需要一个锁存译码器，静态显示的数码管由于连续的工作，因此，功耗大，但程序简单，亮度高。 动态显示是把所有位的段选线并联起来，由一个八位口控制，由另一个端口进行位的显示控制，由于段选线是公用的，要让各位数码管显示不同的字符，就必须采用扫描方式(即动态扫描显示方式)逐位轮流点亮各位LED显示器(即扫描)，对于每位显示器来说，每隔一段时间，被8952点亮一次，并持续一端时间，(通常是1——10毫秒)，虽然在同一时刻只有一位LED显示器在显示，但利用人眼的“视觉暂留”原理和发光二极管熄灭时的余辉效应，使人感觉好象若干位LED显示器在同时显示不同的数字一样。 在多位LED显示时，为了降低成本和功耗，选用方案二。这时还可以节省I/O口的资源。 因为I/O口的驱动电流微安级，比较小，而位的驱动电流可以较小，它只是给位驱动一个控制信号，段的驱动电流要大，因为它不止是需要一个控制信号，同时数码管的发光亮度也由它控制，发光时不可太暗。所以本组采用74138来驱动位，4511来驱动段，74138及4511的输出电流毫安级足以能驱动数码管，且4511提供的电流较大，内部有上拉电阻，能直接驱动LED显示。 正常使用时74138的4，5，6脚是控制端，6脚=1，4，5脚均等于0时正常译码。 7脚，9——15脚是输出端，低电平有效，1，2，3脚是地址选择端，当它是000——111组合时输出端的Y0---Y7逐个变为低电平，既可逐个给数码管位信号，使得它可以得到动态扫描信号。当相应的段上加高电平时即可电亮数码管。 ，4，5，16脚均接电源，8脚接地， 4511是CMOS型的译码电路，正常译码时3 1，2，6，7脚是地址输入端，9——15是输出端，根据输入的逻辑组合值0000——1000，加上位信号使数码管显示0——9十个数字。 4所示。 74138及4511和8952的连线示意图如下1—— 图1——4 4:按键控制部分: 按键控制有2种选择，既独立按键和矩阵键盘。 矩阵键盘适用于较多的按键控制场合，节省8952的输入输出端口资源。本组用到的键盘控制只有3个，所以用独立按键就能满足要求。 P3.0_P3.2三个端口的值受按键控制，当按键按下对应的端口值是0，不按下，对应的 ，连接图如下1——5所示。 端口值是1 图1——5; K1键控制功能的检测; K2，K3键配合使用，控制选择芯片类型，K2是递增控制键，K3是递减控制键。用户可根据这2个键来选出芯片类型后，在按下K1键开始检测所选型号与实际逻辑功能是否一致， 是则显示所选类型并在最高位显示1，否则只显示所选型号，不显示1。 5:本单片机系统采用12兆的时钟为系统工作提供工作节拍，由内部振荡器产生时钟信号。 ——5图所示。 连线示意图如上1 6:复位电路有上电复位和上电兼手动复位两种，而后者需要一个独立按键，较为麻烦，所以本组采用上电复位。利用RC的充放电完成，T=1/RC是复位所需要的时间。连线示意图如上1——5图所示。 7:扬声电路: P3.7接扬声器，但P3.7口的驱动电流很小，根本不能驱动扬声器发声，必须在它们之间接一个具有较高增益的集成运放来驱动。 六:芯片功能说明: 7400四个二输入与非门。逻辑功能:有0出1，全1出0。(1，2，4，5，9，10，12，13是输入，3，6，8，11输出。) 7402四个二输入或非门。逻辑功能:有1出0，全0出1。(2，3，5，6，8，9，11，12输入，1，4，10，13输出) 7404六个非门。逻辑功能:有1出0，有0出1。(1，3，5，9，11，13输入，2，4，6，8，10，12输出) 7408四个二输入与门。逻辑功能:全1出1，有0出0。(1，2，4，5，9，10，12，13是输入，3，6，8，11输出。) 7410三个三输入与非门。逻辑功能:有0出1，全1出0。(1，2，13，，3，4，5，9，10，11输入，12，6，8输出) 7411三个三输入与门。逻辑功能:全1出1，有0出0。(1，2，13，，3，4，5，9，10，11输入，12，6，8输出) 7420两个四输入与非门。逻辑功能:有0出1，全1出0。(1，2，4，5，9，10，12，13输入，6，8输出) 7421两个四输入与门。逻辑功能:全1出1，有0出0。(1，2，4，5，9，10，12，13输入，6，8输出) 7427三个三输入或非门。逻辑功能:有1出0，全0出1。(1，2，13，，3，4，5，9，10，11输入，12，6，8输出) 7430一个八输入与非门。逻辑功能:全1出1，有0出0。(1，2，3，4，5，6，11，12输入，8输出) 7474两个具有直接置1直接清0的D触发器。逻辑功能:当RD`=0时，其他任意，输出0，当SD=0，RD`=1时，其他任意，输出1;当SD=1，RD`=1，时钟上升沿到来时，Q=D; ;当SD=1，RD`=1，时钟电平或下降沿到来时，输出保持。(1，2，3，4，10，11，12，13 输入，5，6，8，9输出) 74109两个具有直接置1直接清0的JK触发器。逻辑功能:当RD`=0时，其他任意，输出0，当SD=0，RD`=1时，其他任意，输出1;当SD=1，RD`=1，时钟上升沿到来时，如J=K=1记数翻转;如J=K=0，输出保持;如 J=1，K=0则输出1;如 J=0，K=1则输出0; RD`=1，时钟电平或下降沿到来时，输出保持。(1，2，3，4，5，11，12，13，当SD=1， 14，15输入，5，6，8，9输出) 74160四位二进制计数器。逻辑功能:异步清0，同步置数。当CR`=0，其他任意，输出0，当CR`=1，LD`=0其他任意，输出1，当CR`=1，LD`=1，EP=0或ET=0，输出保持，当CR`=1，LD`=1，EP=ET=1，输出计数(1，2，3，4，5，6，7，9，10输入，11，12，13，14，15输出) 74245双向总线发送器/接受器。逻辑功能:G=DIR=0,B1=A1,B2=A2, B3=A3,B4=A4,B5=A5, B6=A6,B7=A7,B8=A8,即B的数据传到A。G=0,DIR=1时，A的数据传到B;如果G=1，其他任意，输出高阻态。(2，3，4，5，6，7，8，9是A输入端/输出端;11，12，13，14，15，16，17，18是B输入端/输出端。19选控制，1方向控制端) 七:调试仿真结果: 放入芯片，通电正常，数码管显示8个0，进入测试初始状态，按下K1键，能正确检测出型号，如下图的显示状态，型号前显示1，并且喇叭响1声。表示正确，在由用户按K2键K3键在当前型号的基础上递增递减的寻找型号，如选择的型号和刚测出的型号不一致，则按下K1键检测时，显示用户所选的型号但最高位不显示1，表示所测芯片不是该型号，并且喇叭响2声，一致喇叭响一声。 如图1——6所示 图1——6 八:总结 该测试仪能成功的测试出芯片类型，并能根据逻辑功能判断用户所选的型号是否符合被检测实际芯片的逻辑功能。所以这次设计已完成了这个设计课题的基本要求，还给检测增加了一些动态效果和提示，使检测时更直接，增加了显示美感。具有一定的使用性。 这次设计也有不足之处，如:检测有局限性，一旦被测芯片超出检测范围，则无法具 体区别，芯片材料CMOS 还是TTL无法判别。这些有待于用其他的参数来加以区分和讨论。