基于LabVIEW的集成电路测试分析仪

摘要：为满足高校实验室对数字集成芯片的测试需求，利用LabVIEW软件和单片机技术，设计实现了集成电路测试分析仪。与常见的集成电路测试仪相比，系统的特色在于依托LabVIEW强大的数据分析和图形显示功能，不仅能完成常规74系列芯片的功能测试，还提供了任意输入数据编辑和波形显示功能，有利于初学者准确掌握和深入理解芯片的逻辑功能。设计中利用SN754410设计了管脚上电电路，使用USB／串口转换电路实现上位机与控制器间通信。实验表明，系统功能测试正确，运行稳定，波形图显示直观便捷，为芯片测试和数字逻辑验证提供了有力工具。
关键词：集成电路测试；LabVIEW；SN754410；USB／串口转换电路

0 引言
在高校电子类专业实验教学中，数字集成电路的使用十分频繁。学生每年在实验、课程设计和课外创新等实践活动中，需要使用大量的数字集成芯片，用以完成各种实验和设计任务。每次实验用过的芯片，只要未受损坏，原则上是可以再利用的，可以节省不少的实验成本。为使芯片能够重复使用，需要有效的工具检测芯片的好坏，因为故障芯片会给电路调试造成很大的麻烦，导致时间和精力上毫无意义的浪费。一般来说，芯片故障的测试可以选择以下3种方案，即专用集成电路测试仪，功能较强，但价格较贵，不利于普及；逻辑分析仪，操作复杂，使用不便；自制集成芯片测试仪，可以依据个性化需求定制系统功能，且成本较低，利于推广。通过比较，选择第3种方案，即自制集成芯片测试仪解决实验室芯片的测试问题。
根据多年数字电路教学和实验方面的经验，学生在不熟悉芯片性能，缺乏对芯片逻辑和时序关系的感性认识的前提下，设计和调试时往往会遇到不少困难，容易挫伤学习的信心。因此，在确定集成电路测试仪功能时，要求其不仅能完成常规逻辑和时序验证功能，而且要具有简单的逻辑分析功能，学生可以自由设计激励数据，通过波形图观察相应结果。整个测试与分析过程方便、快捷、直观，学生在测试芯片的同时，可以尝试各种输入观察其逻辑时序关系，验证与自己的预期设想是否一致，加深对芯片功能和数字电路理论的理解。

1 系统结构
系统由上位机和测试控制器两部分组成，结构如图1所示。上位机提供用户界面，用户在其上设置串口，输入芯片型号和封装信息，发送测试命令，查看测试结果。该界面还提供了数据编辑和波形显示功能。测试控制器接收上位机发来的配置信息，读取固化其内部的测试矢量或用户编辑的数据，完成测试任务，将结果返回给上位机。测试控制器与上位机间通过USB总线通信，有效避免了传统RS 232通信方式对上位机接口类型的限制，使系统具有更强的适用性。

2．1．1 单片机
单片机的主要任务是通信和测试控制，是测试控制器的核心部分，其性能优劣对整个系统有着至关重要的影响。对于较复杂的逻辑，尤其是时序逻辑，所需的测试矢量较多，测试时间也比较长，因而存储空间和处理速度是制约系统性能的关键因素。综合考虑成本和性能因素，选择STC12C5A60S2单片机作为控制核心。STC12C5A60S2指令代码完全兼容传统的8051，但速度快了8～10倍，内部FLASH空间达到60 KB，能很好地满足本设计的需求。
2．1．2 芯片接口电路
集成电路测试的主要对象是实验室常用的74系列芯片。该类型芯片封装形式有DIP14和DIF16两种，需要设计芯片接口电路解决不同封装形式的电源和地管脚上电问题。由于不论是DIP14，还是DIP16封装，其电源和地引脚相对于芯片的位置都是固定的，因此可将测试插座的第8脚固定为地，对不同封装仅需确定电源管脚的位置。另外，由于故障芯片内部有短路的可能，芯片接口单元还要考虑过流保护问题，以防止短路故障损坏测试仪硬件。

综合上述需求，选择SN754410实现电源引脚的上电控制，其内部逻辑如图3所示。SN754410是TI公司的电机驱动芯片，输出电流可达1A，其4路输出驱动器分成2组，每组由同1路输入逻辑控制。每组输出由1个使能端控制，具有三态输出功能。设计中将第1组驱动器的输出“1Y”接至被测芯片插座第14脚，第2组驱动器的输出“3Y”接至第16脚。“1Y”和“3Y”分别由输入“1A”和“3A”控制。系统空闲时，单片机控制2个使能端均为低，将输出置为高阻，断开测试插座与电源的连接。收到上位机发来的封装信息后，如果是DIP14封装，则将“1A”置高，置位使能端“1，2EN”，“1Y”输出为高，给第14脚上电。反之，对DIP16封装，将“3A”置高，控制“3Y”为第16脚加电。