中规模集成电路功能测试仪的设计

设计了一款针对学校实验室常用的中规模集成电路芯片的功能测试仪。测试仪的核心AT89C55单片机管理和控制整个测试流程，对测试数据进行处理、判断，并通过LCD、LED显示和指示其测试结果。详细介绍了测试仪的总体设计思路，给出了ADC0809、DAC0832、LM555、SG3524等芯片的详细测试电路图。
　　关键词： 中规模集成电路; 功能测试; 单片机; D/A转换器

　　集成电路的测试技术随着集成电路开发应用的飞速发展而发展。集成电路测试仪也从最初测试小规模集成电路发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路。集成电路测试仪按测试门类可分为：数字集成电路测试仪、存储器测试仪、模拟与混合信号电路测试仪、在线测试系统和验证系统等。目前市场上的测试仪产品功能较单一，价格非常昂贵，给电路的测试、维护带来不便。因此，研究开发简单快捷、具有一定智能化的集成电路测试仪有很高的实用价值^[1-2]。
　　在高等学校的电子实验教学中，经常要用到如模数转换器(ADC）、数模转换器(DAC)、555集成定时电路、3524开关电源控制器等中规模集成电路。由于学生通常是初次接触使用芯片，经常会由于操作不当造成电路芯片的损伤或损坏，而表面上却无法作出正确的判断。在这种情况下，非常需要有适当的集成电路的测试仪，用于测试、判断芯片的好坏。而市面上又没有合适的测试仪可供选购。因此，本文设计制作了可用于一些特定的中规模电路的测试仪。根据具体的需要选取了ADC0809、DAC0832、LM555、WC3524等几种芯片作为测试对象，并设计了相应的专门测试仪。
　　测试仪的结构示意框图如图1所示。该测试仪器的控制器采用了Atmel 公司的八位单片机89C55，用于完成界面管理和自动检测控制功能^[3]。其中采用了Maxim公司的MAX197高精度的A/D转换器来完成模拟信号的测试^[4]。下面分别介绍各类器件的测试原理和方法。

1 测试原理和测试电路
　　测试一个器件的功能或特性参数，通常采取该器件的典型应用电路，把功能体现出来，把参数值直接或间接地反映出来。
1.1 模数转换器ADC0809的测试
　　模数转换器ADC0809的测试电路图如图2所示。根据测试电路，ADC0809的8个通道输入同样的模拟量，该模拟量同样也输送给MAX197。控制器选择ADC0809的1个模拟通道，并发出启动转换信号，使ADC0809开始转换，然后控制MAX197也开始转换。等待转换结束，分别读取两者的转换结果，并进行数值比较，根据误差限确定器件功能是否正常。改变通道继续测试，直到8个通道测试完毕，显示其结果。

1.2 DAC0832的测试
　　D/A转换器DAC0832是8位二进制数模转换器，8个数字量输入端分别为DI7~DI0，其中DI7为MSB,DI0为LSB。它的模拟量输出端为电流输出IOUT1和IOUT2，当输入的数字量最大时，IOUT1端输出的电流最大；当输入的数字量为零时，输出电流最小。IOUT2端的电流输出情况正好相反。这两个端子可以和外部的运算放大器相接实现电流/电压的变换。此芯片内部还有1个反馈电阻，可以作为外部运算放大器的反馈电阻，DAC0832测试原理图如图3所示。芯片内有两级输入寄存器，使之具备双缓冲、单缓冲和直通3种输入方式，以适于各种电路的需要，例如要求多路D/A异步输入、同步转换等。

　　由单片机输送1个8位的二进制数字量给DAC0832，使两级缓冲的写控制和片选控制都有效时，开始D/A转换，转换速度为微秒级。经过数模转换后，输出的电流再经过运放转换成电压，该电压经过MAX197转换成数字量读回到单片机中，然后和原输出的数字量相比较，以判断被测芯片正常与否。
1.3 LM555定时电路的测试
　　集成定时电路LM555的应用非常广，其测试电路如图4所示。这是一个典型的定时电路接法，用于测试内部的2个比较器和RS触发器是否正常，同时可以测试控制电压是否正常。

　　单片机输出1个负脉冲到LM555芯片的第2引脚，触发定时电路。单片机读取定时电路的输出端信号，确定是否出现相应的上升沿和下降沿，从而可以判断芯片的功能正常与否。[!--empirenews.page--]
1.4 SG3524的测试
　　SG3524内部方框图如图5所示。输入直流电源UIN从15脚进入后分2路：一路作为放大器、比较器、振荡器以及逻辑电路和控制电路的电源；另一路作为基准电压源，产生＋5 V基准电压输出到16引脚，作为外部电压基准。在振荡器部分的引脚7和引脚6上外接定时电容CT和定时电阻RT，得到所需的振荡频率。SG3524测试原理图如图6所示，连接成一个典型的降压型开关电源电路，利用误差放大器构成电压负反馈。通过改变取样比例系数就可以改变输出电压，单片机通过测取引脚3上的脉冲频率，通过MAX197测取输出端的电压，即可判断SG3524芯片的好坏。测试中暂时没有考虑过流保护功能的测试。

2 操作和软件结构
　　测试仪的基本工作流程是：接通电源后，电源指示灯亮，表明电源工作正常，显示器显示等待测试信息，表明可以开始测试操作。由按键1选择所要测试的芯片，显示光标停留的芯片型号表示是当前待测芯片。每按1次选择键，光标指向下一个型号，不断地按键可以循环选择。当光标移到所要测试的芯片时，按下确定键2，接下来由单片机控制，开始自动测试该芯片，此时对应该芯片的指示灯亮;然后由外部电路或单片机给待测芯片一定的模拟或数字输入量，经过每个芯片的测试电路后，通过MAX197进行处理（或直接送到单片机），与单片机中预存的标准值进行比较。如果测试值在标准值附近的一定范围内，则芯片正常，测试指示灯常亮，液晶显示器显示OK；否则，芯片出错，测试指示灯闪烁，液晶显示器显示BAD。此芯片测试完毕，按下复位键3，即回到初始状态，可以进行下一轮测试。软件流程图如图7所示。

　　实验样机经老师、学生使用，测试效果非常理想，测试准确率可达90%以上，给教学提供了方便。