CN103576078A - 手持数字集成电路参数测试仪 - Google Patents

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Abstract

一种手持数字集成电路参数测试仪，涉及一种集成电路参数测试仪，包括电源管理模块、中央控制模块、芯片测试接口、通信模块、人机接口模块组成，电源管理模块输出端与中央控制模块的电源输入端连接，中央控制模块包括单片机Ⅰ、单片机Ⅱ，单片机Ⅰ与芯片测试接口连接，单片机Ⅱ分别通过I/O管脚与通信模块、人机接口模块直接连接，单片机Ⅰ、单片机Ⅱ之间直接通过SPI总线进行连接；通信模块包括串行通信接口芯片及其外围电路，该通信模块的输出端与上位机的输入端连接。本发明具有功能完善、工作稳定、操作简单、体积小巧、成本低廉等优点，可以作为教学仪器或检测仪表，适合推广到学校实验室或业余电子爱好者之中。

Description

手持数字集成电路参数测试仪
技术领域
本发明涉及一种集成电路参数测试仪，特别是一种手持数字集成电路参数测试仪。
背景技术
在进行电子系统的开发设计或相关实践教学中，会使用很多的数字集成电路芯片。很多场合下会重复利用芯片，此时难免会遇到芯片失效的情况。使用了损坏的数字集成电路芯片会极大地增加电路系统的调试难度，而在使用芯片之前，却又无法通过常见的仪器仪表检测芯片的功能是否完好。工程上使用的专业级的集成电路测试仪器功能完善，但同时具有价格昂贵、操作复杂、体积庞大等缺点，难以广泛引入实验室，在广大电子爱好者群体之中无法普及。
公告号为CN202583410的发明专利提供一种便携式中文界面数字集成电路功能测试仪，提出了使用STC89C516RD+单片机作为控制器的数字集成电路功能测试仪，由单片机、键盘、串行接口、芯片测试接口、中文液晶显示器和报警电路组成。该测试仪的电路设计中，使用两个7805稳压器供电，只能测试适合+5V供电的芯片，无法对使用+3.3V供电的芯片进行测试；而且该测试仪没有集成模拟/数字转换功能，无法检测芯片输出电平的准确电压值。
通常现有的低成本的集成电路功能测试仪大多使用按键与单色液晶屏进行人机接口设计，操作复杂且有欠美观。而且此类测试仪的芯片测试接口设计中，待测芯片的电源供电电路是一大缺陷。为了兼顾管脚数量不同的待测芯片，通常在第14、16、20管脚处设计复杂的电源切换电路，这样便难以兼顾相应编号管脚的检测；另外一些设计忽略了单片机I/O管脚的驱动能力便直接使用单片机的I/O管脚为待测芯片供电，使得仪器工作稳定性欠佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种手持数字集成电路参数测试仪，以解决目前数字集成电路芯片测试时测试参数单一、功能不完善、人机接口操作复杂并容易失效、测试成本偏高的缺点。
解决上述技术问题的技术方案是：一种手持数字集成电路参数测试仪，包括电源管理模块、中央控制模块、芯片测试接口、通信模块、人机接口模块组成。
所述的电源管理模块输出端与中央控制模块的电源输入端连接，用于为中央控制模块提供电源；
所述的中央控制模块包括单片机Ⅰ、单片机Ⅱ，所述的单片机Ⅰ与芯片测试接口连接，专门负责芯片检测；所述的单片机Ⅱ分别通过I/O管脚与通信模块、人机接口模块直接连接，负责控制液晶显示、触摸输入与串行通信；所述的单片机Ⅰ、单片机Ⅱ之间直接通过SPI总线进行连接；
所述的通信模块包括串行通信接口芯片及其外围电路，该通信模块的输出端与上位机的输入端连接，用于将单片机Ⅱ的数据传输至上位机。
本发明的进一步技术方案是：所述的电源管理模块包括+7.2V锂电池、三端稳压器U2、三端稳压器U3,所述的三端稳压器U2的输入端与+7.2V锂电池串接, 三端稳压器U2输出端通过单刀双掷开关与VCC网络连接，用于提供+5V电源；同时三端稳压器U2的+5V电源输出端与三端稳压器U3的输入端串接，三端稳压器U3的输出端通过单刀双掷开关与VCC网络连接，以便用于提供+3.3V电源。
本发明的进一步技术方案是：所述的单片机Ⅰ、单片机Ⅱ采用C8051F410单片机。
本发明的进一步技术方案是：所述的芯片测试接口为20脚芯片元件座，该芯片测试接口的19脚接地，其余管脚直接与单片机Ⅰ的I/O管脚连接。
本发明的进一步技术方案是：所述的串行通信接口芯片采用MAX3232芯片。
本发明的再进一步技术方案是：所述的人机接口模块包括液晶触摸屏。
本发明的更进一步技术方案是：所述的液晶触摸屏采用电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器。
由于采用上述结构，本发明之手持数字集成电路参数测试仪与现有技术相比，具有以下有益效果： 
1．测试参数多样化：
由于本测试仪能够兼容20脚以下双列直插的数字集成电路芯片进行功能验证与参数检测，待测芯片的供电电压允许可选为+3.3V或+5V。在使用了自带多路输入12位ADC器件的C8051F410单片机后，可检测的参数包括输出高电平电压值Voh、输出低电平电压值Vol，该仪器不但能够检测芯片的输出逻辑，还能够检测芯片输出的电压值，其测试参数多样化，从而实现对数字集成电路芯片是否失效提供完整的测试结果。
2．功能完善：
本发明在芯片测试接口的电路设计上兼顾了待测芯片供电与参数检测，其功能比较完善，解决了芯片测试接口中供电管脚的设计难以匹配封装不同的各种芯片的问题，极大地提升了仪器的兼容性与稳定性。
3．人机接口操作简单：
本手持数字集成电路参数测试仪的人机接口采用320×240分辨率彩色液晶触摸显示屏开发，界面友好，操作简单，符合现代人们操作手持仪器的习惯。
4．成本低：
本发明的结构比较简单，体积小巧、成本低廉，可以作为教学仪器或检测仪表，适合推广到学校实验室或业余电子爱好者之中。
下面，结合附图和实施例对本发明之手持数字集成电路参数测试仪的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：本发明之手持数字集成电路参数测试仪的结构框图；
图2：实施例一所述电源管理模块的电路原理图；
图3：实施例一所述单片机Ⅰ与芯片测试接口的电路原理图；
图4：实施例一所述单片机Ⅱ、通信模块与人机接口模块的电路原理图。
图中：
U2—三端稳压器，    U3—三端稳压器，    U4—单片机Ⅱ，
U5—单片机Ⅰ，      U6—芯片测试接口，  U7—通信模块，
LCD—TFT320240显示器，Touch—电阻式触摸屏。
具体实施方式
实施例一：
图1中公开的是一种手持数字集成电路参数测试仪，包括电源管理模块、中央控制模块、芯片测试接口、通信模块、人机接口模块，
所述的电源管理模块输出端与中央控制模块的电源输入端连接，用于为中央控制模块提供电源； 
所述的中央控制模块包括单片机Ⅰ、单片机Ⅱ，所述的单片机Ⅰ与芯片测试接口连接，专门负责芯片检测；所述的单片机Ⅱ分别通过I/O管脚与通信模块、人机接口模块直接连接，负责控制液晶显示、触摸输入与串行通信；所述的单片机Ⅰ、单片机Ⅱ之间直接通过SPI总线进行连接；
所述的通信模块包括串行通信接口芯片及其外围电路，其中串行通信接口芯片采用MAX3232芯片，该通信模块的输出端与上位机的输入端连接，用于将单片机Ⅱ的数据传输至上位机。
所述的芯片测试接口为20脚芯片元件座，该芯片测试接口的19脚接地，其余管脚直接与单片机Ⅰ的I/O管脚连接。
所述的人机接口模块包括液晶触摸屏，该液晶触摸屏采用电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器。
图2中公开的是本测试仪的电源管理模块电路原理图，该电源管理模块包括+7.2V锂电池、三端稳压器U2、三端稳压器U3,其中三端稳压器U2型号为AMS1117-5，三端稳压器U3型号为AMS1117-3.3，所述的三端稳压器U2的输入端与+7.2V锂电池串接, 三端稳压器U2输出端通过单刀双掷开关与VCC网络连接，用于提供+5V电源；同时三端稳压器U2的+5V电源输出端与三端稳压器U3的输入端串接，三端稳压器U3的输出端通过单刀双掷开关与VCC网络连接，以便用于提供+3.3V电源（参见图2）。
图3中公开的是本测试仪中央控制模块的单片机Ⅰ与芯片测试接口的电路原理图，该图3中的U5为单片机Ⅰ，其型号为C8051F410，它的IO口直接芯片测试接口U6连接，单片机的17、18、19脚设计为SPI通信端口，用于与单片机Ⅱ交换数据，芯片测试接口U6左下角第19脚设计为固定接地端，满足所有数字电路集成电路的管脚配置；而其余各管脚均直接连接C8051F410单片机Ⅰ的I/O管脚，由于单片机Ⅰ的I/O端口的驱动能力强大（每个I/O管脚可单独提供100mA电流），而且该单片机Ⅰ与I/O端口分离独立供电，以上特征使其I/O管脚能够直接为待测芯片提供电源供电，解决了芯片测试接口中供电管脚的设计难以匹配封装不同的各种芯片的问题；而C8051F410单片机内部集成12bit的ADC，所有I/O端口均可配置为该ADC的输入引脚，因此可以根据不同的待测芯片封装来选择每一个I/O端口的功能，这样就实现了对待测芯片所有可能的输出管脚进行AD采集，从而在验证该芯片的功能的同时，对其输出高电平电压值Voh与输出低电平电压值Vol进行检测。在图3中，单片机ⅠU5的1脚为其I/O端口供电端，将1脚连接VCC网络，即可实现通过单刀双掷开关来选择单片机引脚电压与待测芯片供电电压，可供选择的电压值为+5V或+3.3V。
图4中公开的是本测试仪中央控制模块的单片机Ⅱ、通信模块、人机接口模块的电路原理图，在该图4中，U4为单片机Ⅱ，其型号为C8051F410，负责控制人机接口模块与通信模块，单片机Ⅱ的17、18、19脚同样设置为SPI通信管脚，用于与单片机Ⅰ进行数据交换，人机接口模块采用的液晶触摸屏包括LCD（液晶显示接口）与Touch（触摸屏控制接口）两个接口电路，该液晶触摸屏采用电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器，所述的通信模块U7包括串行通信接口芯片及其电路，其中串行通信接口芯片采用MAX3232芯片，单片机Ⅱ的21脚与22脚为C8051F410单片机内部集成的串口通信管脚，通过MAX3232串口通信电平转换芯片即可实现单片机与上位机的RS232串口通信。
参见图3与图4，其中ISP与ISP1为C8051F410单片机的编程接口，其外围电路配置简单，并且C8051F410单片机内置振荡器，可以设置使用内部振荡器提供高达49MHz的工作频率，在49HMz的工作频率下，该单片机峰值速度可达到49MIPS，因此在电路中没有使用外部晶振提供工作频率。

Claims (7)

1.一种手持数字集成电路参数测试仪，其特征在于：包括电源管理模块、中央控制模块、芯片测试接口、通信模块、人机接口模块组成，
所述的电源管理模块输出端与中央控制模块的电源输入端连接，用于为中央控制模块提供电源；
所述的中央控制模块包括单片机Ⅰ、单片机Ⅱ，所述的单片机Ⅰ与芯片测试接口连接，专门负责芯片检测；所述的单片机Ⅱ分别通过I/O管脚与通信模块、人机接口模块直接连接，负责控制液晶显示、触摸输入与串行通信；所述的单片机Ⅰ、单片机Ⅱ之间直接通过SPI总线进行连接；
所述的通信模块包括串行通信接口芯片及其外围电路，该通信模块的输出端与上位机的输入端连接，用于将单片机Ⅱ的数据传输至上位机。
2.根据权利要求1中所述的手持数字集成电路参数测试仪，其特征在于：所述的电源管理模块包括+7.2V锂电池、三端稳压器U2、三端稳压器U3,所述的三端稳压器U2的输入端与+7.2V锂电池串接, 三端稳压器U2输出端通过单刀双掷开关与VCC网络连接，用于提供+5V电源；同时三端稳压器U2的+5V电源输出端与三端稳压器U3的输入端串接，三端稳压器U3的输出端通过单刀双掷开关与VCC网络连接，以便用于提供+3.3V电源。
3.根据权利要求1中所述的手持数字集成电路参数测试仪，其特征在于：所述的单片机Ⅰ、单片机Ⅱ采用C8051F410单片机。
4.根据权利要求1中所述的手持数字集成电路参数测试仪，其特征在于：所述的芯片测试接口为20脚芯片元件座，该芯片测试接口的19脚接地，其余管脚直接与单片机Ⅰ的I/O管脚连接。
5.根据权利要求1中所述的手持数字集成电路参数测试仪，其特征在于：所述的串行通信接口芯片采用MAX3232芯片。
6.根据权利要求1至权利要求5任一权利要求所述的手持数字集成电路参数测试仪，其特征在于：所述的人机接口模块包括液晶触摸屏。
7.根据权利要求6中所述的手持数字集成电路参数测试仪，其特征在于：所述的液晶触摸屏采用电阻式触摸屏TFT320240液晶显示器。
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