實現(xiàn)集成芯片測試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

在高校的教學(xué)實驗環(huán)節(jié)中，需要大量地使用一些基本系列的集成芯片。目前，市場上存在一種可以對TTL、CMOS數(shù)字芯片進行檢測的工程應(yīng)用型測試儀，但是考慮到其價格較貴，較難滿足學(xué)生人手一臺；另外，該測試儀器是面向工程單位的，不能測試實驗室中很多數(shù)字芯片。因此，從節(jié)約經(jīng)費、提高利用率的角度出發(fā)，我們采用AT89C52單片機設(shè)計了集成芯片測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對高校實驗室中常用的TTL、CMOS系列芯片及一些常用按鍵開關(guān)的功能檢測，同時通過RS232串行口與PC機相連，可以在PC機上直接對測試系統(tǒng)進行操作。

1、系統(tǒng)組成框圖

由圖1可知，該測試儀的硬件電路由AT89C52單片機，并行擴展接口8155，顯示驅(qū)動，鍵盤輸入，看門狗和復(fù)位電路以及串行接口電路組成。

按照芯片測試插座旁邊的指向，插入待測的數(shù)字芯片或按鍵；通過鍵盤輸入指令或數(shù)字，單片機經(jīng)過鍵盤掃描從8155讀回鍵值，根據(jù)鍵值執(zhí)行相應(yīng)的子程序。假設(shè)輸入測試命令鍵，單片機將調(diào)用測試子程序，并將測試結(jié)果送到顯示器上顯示（“good”or“bad”）；假設(shè)輸入數(shù)字鍵，單片機會自動將輸入的數(shù)字顯示到顯示器上；假設(shè)輸入其它命令鍵，單片機將調(diào)用相應(yīng)的功能子程序，執(zhí)行相應(yīng)的命令。

2 、系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 單片機

單片機采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機。該芯片不僅具有MCS-51系列單片機的所有特性，而且片內(nèi)集有8K字節(jié)的電擦除閃速存儲器（Flash ROM），價格低。由于使用片內(nèi)程序存儲器，所以，EA/VP接高電平；AT89C52的最大工作頻率為24MHz，系統(tǒng)利用單片機的內(nèi)部振蕩器加石英晶體構(gòu)成時鐘源，為了工作可靠，晶體振蕩頻率選為12MHz。

2.2 8155接口芯片

由于AT89C52片內(nèi)的輸入輸出口有限，需要外加專用的外圍接口芯片。INTEL 8155H既有RAM又有I/O口，并且可直接與MCS/51系列單片機相連接，不需要增加任何硬件邏輯。因此，本設(shè)計中，用8155的I/O口作鍵盤顯示器的并行接口電路，以便AT89C52中的P1口、P2口用作被測芯片接口。

2.3 通信接口

采用MAXIM公司的串行接口芯片MAX487將PC機和測試儀器連接起來。測試儀接收PC機的信號，執(zhí)行相應(yīng)的操作后再將處理結(jié)果上傳到PC機，以便在PC機上直接對測試系統(tǒng)進行操作（見圖2）。

2.4 測試芯片接口

根據(jù)AT89C52中的P1口與P2口的特點，本設(shè)計采用AT89C52的P1口和P2口作為測試芯片的接口，其中，P1口中的P1.7用于控制14/16管腳的電源地的轉(zhuǎn)換，P2口中的P2.7作為高8位地址控制信號。接口電路如圖2所示。

（1）單片機與測試芯片之間加電阻

需要注意的是，在單片機與測試芯片之間需串接470Ω（或510Ω）和電阻。首先，串接電阻的目的是對AT89C52起限流保護的作用，假設(shè)，P1.0輸出高電平，此時，測試芯片又為非門，那么，將引起灌電流現(xiàn)象，致使P1.0口線上的電流非常大，對AT89C52有害。其次可以保證邏輯電平的正確，在連接線上串接幾百歐的電阻而不接幾千歐的電阻原因在于：假設(shè)讓p1.0的邏輯低電平，這樣，基極將是高電平，又有，p1口上的上拉電阻為3K左右，如果連接線上的電阻也取3K，那么，將使p1.0輸出邏輯高電平，此時邏輯電平是錯誤的；如果連接的電阻為470Ω左右，p1.0口仍然能夠正確地輸出邏輯低電平，這樣就保證了邏輯電平的正確性。

（2）測試芯片從14到16管腳時電源地的轉(zhuǎn)換

因為測試芯片管腳從14位到16位不定，所以，存在電源地轉(zhuǎn)換的問題。本設(shè)計中p1.6管腳是被轉(zhuǎn)換 的對象，用p1.7管腳電平的高低來控制p1.6接地與否，這個電路是利用晶體三極管來實現(xiàn)的。當(dāng)SETB P1.7時，P1.6接地，此時能測14管腳的芯片；當(dāng)CLR P1.7時，P1.6是正常的測試位，此時能測試16管腳的芯片。所以，只要在生個芯片測試子程序中將P1.7作相應(yīng)的設(shè)置即可。

2.5 鍵盤顯示電路

本設(shè)計是采用8155并行擴展口構(gòu)成的鍵盤、顯示電路。LED8位8段顯示器共陰極，8155 PB口提供段選碼，PA提供位選碼。鍵盤為3×7矩陣鍵盤，饜列輸出由PA口提供，行輸入由PC0～PC2提供。LED的段、位信號分別采用74LS07與74LS06驅(qū)動。LED采用軟件譯碼動態(tài)掃描顯示工作方式，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式。用8155構(gòu)成的鍵盤顯示電路如圖3所示。

3、 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件由主程序和若干子程序構(gòu)成。有顯示子程序、鍵盤掃描子程序、鍵值處理子程序和測試子程序組成。其中，測芯睡的功能鍵包括：自動測試并顯示型號（AUTO）和指定型號測試芯片（TEST），顯然，后者速度要快得多。程序流程框圖如圖4所示。

系統(tǒng)開機后，首先執(zhí)行主程序，完成系統(tǒng)初始化工作，然后調(diào)用顯示子程序，在顯示器上給出提示符rd，告訴聽任者機器已準備好，可以接收鍵盤輸入；當(dāng)顯示器上出現(xiàn)提示符rd后，立即調(diào)入鍵盤掃描子程序，此時，操作者可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，經(jīng)鍵盤掃描后從8155讀回鍵值并進行按鍵分析，判斷按下的鍵是數(shù)字鍵還是功能鍵，如果是數(shù)字鍵，則將與鍵號相對應(yīng)的數(shù)據(jù)送往顯示緩沖區(qū)顯示；如果是功能鍵，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能鍵處理程序，最后返回到顯示程序，開機狀態(tài)一直重復(fù)這個過程。

編制軟件時，在掃描鍵盤前應(yīng)熄滅顯示器，即向8155的PA口輸出顯示空白的段碼OFFH，這樣，不會因為對鍵盤的掃描而干擾顯示器的顯示。鍵盤掃描的延時10ms消抖，既可用專用的延時子程序?qū)崿F(xiàn)，也可用DISP顯示子程序?qū)崿F(xiàn)。本設(shè)計中，顯示完五位LED所需時間為10ms以上，因此，用顯示子程序延時，效果更佳。

4、 抗干擾措施

使用環(huán)境存在多種干擾源，如電磁干擾、電壓波動大等，為此，我們從硬件、軟件兩方面采取了一些措施。

（1）硬件方面：采用特殊設(shè)計的開關(guān)電源，它能適應(yīng)較寬的電壓波動，可隨瞬間浪涌沖擊；注意多級去耦，電路中每片集成電路芯片的電源引腳上均加一個0.01μF瓷片電容；應(yīng)用看門狗電路，采用看門狗集成電路MAX1232，它是MAXIM公司推出的高性能、低價格、低功耗8腳雙列直插芯片（見圖2）。

（2）軟件方面：配合看門狗電路，有死機攔截程序和軟件陷阱。

5、 結(jié)束語

實用結(jié)果表明，該測試儀設(shè)計簡單，占用硬件資源少，有良好的人機對話功能，便于攜帶、操作、能夠滿足課程教學(xué)實驗的要求，性能穩(wěn)定、可靠。

從長遠打算，增加測試芯片的類型勢在必行。首先，從擴展被測芯片的管腳數(shù)量來說，可以在外接8155的基礎(chǔ)上再外接8255，利用8255的三個端口來擴展測試芯片的接口；其次，隨著測試芯片數(shù)量的增加，程序存儲器的容量也將相應(yīng)地增大，那時，我們可以采用P2口作為高8位地址，外掛程序存儲器。經(jīng)過以上擴展，該測試儀功能將更加完善。

責(zé)任編輯：gt