CN2284963Y - 一种便携式、多功能、可扩展的数字电路测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种数字电路测试仪,用于在生产、科研开发,维修中使用。不仅可测任何数字集成电路、数字线路。还具有串行通讯、充电电池备用、计算器等功能。由于用模拟开关集成电路做接口电路的三态转换器件,驱动力增加而元器件数目减少,因此成为一种便携式、多功能、价格适中的测试仪。

Description

一种便携式、多功能、可扩展的数字电路测试仪

本实用新型属电子测量设备类，是一种测试各种数字电路的通用测试仪。

目前的数字电路方面的测试仪器不少，如中国实用新型说明书CN2065766U介绍的测试仪的每一测试线接口需用4个三极管、4个电阻、两个锁存器、两个三态门，一个可测40个引脚的接口电路需400多个元器件，不仅可靠性及可维护性差、仪器的体积大携带不便，而且只能测数字电路中的集成电路及40脚以内的微机系统，其编程功能对于广大普通使用者来说使用过于复杂。又如中国实用新型说明书CN2153807Y中提到的只能测20脚以内的，电源端固定的TTL或CMOS集成电路，对于其它的数字电路无法测试，这在目前存在各种数字电路产品的情况下愈显功能太弱。还有人民邮电出版社(1996.2)出版的《微型计算机系统的故障诊断与测试》37页中介绍的“集成电路测试仪”是一种微机系统，价格昂贵、体积大、无法携带。由于目前的数字电略测试仪存在功能不足、体积宠大、价格昂贵等几种不足，因此不能被数字电路研制开发以及维修、维护人员接受。

本实用新型是提供一种可与微机通讯，具有计算器功能，充电系统、可测试任何数字集成电路、数字线路的测试仪。它具有学习功能，便于扩展、体积小可携带，而且价格适中。

本实用新型是有控制(11)、接口(12)、电源(13)、测试器具(14)四部分。控制部分(11)由单片机8031系统、与微机通讯RS-232接口、键盘、显示屏构成。接口部分是由高电压态锁存器、低电压态锁存器、测试线信号锁存器及高电压态、低电压态模拟开关集成电路构成。电源部分是由低压电源及充电电路和充电电池构成。测试器具部分是由集成电路插座、模拟芯片插头、集成电路测试夹、扩展插头构成。

测试数字电路时，从测试仪中引出若干条测试线，对于数字集成电路的离线测试，向与数字集成电路的输入脚相连的测试线，按程序施加激励信号，然后把与输出脚相连的测试线信号和EPROM中的测试库比较，如相同则说明集成电路是好的，否则说明集成电路已损坏；测在线的数字集成电路时，把集成电路测试夹具夹在待测的集成电路上，采用“快速测试”，即读待测试的集成电路的各引脚，把信号与EPROM中的资料库中的正确信号进行比较，如不相同说明损坏，相同则说明是好的，另一种方法是“学习”法，即首先用测试夹具夹到与待测相同的好的电路中同一个集成电路上，然后将信号集存入EEPROM中，然后再把测试夹具夹到待测的集成电路上读取测试线的信号，与EEPROM中的信号比较，确定待测的在线的集成电路的好坏；测一般的数字电路，采用学习法，即首先把数字线路鳄鱼夹或集成电路测试夹，夹到与待测电路相同的正常的电路上，电路工作的情况下读取信号集存入EEPROM中，然后把夹具夹到待测的电路的相应点处，在待测电路通电源的情况下读取信号并与EEPROM中的信号进行比较，如相同说明数字电路正常，否则损坏。

本实用新型用单片机控制接口部分完成对数字电路的测试，接口部分用两个模拟开关的开合完成高电压态、低电压态、高阻态的转换。其中两个模拟一个接高中电压，另一接地。模拟开关允许通过电流大，因此这种接口把电源态、逻辑“1”态合为一态，把地线态、逻辑“0”态合为一态。

本实用新型功能较强：因为接口采用模拟开关集成电路，驱动电流可达300MA(当用MAX313)，可驱动任何数字集成电路；接口电路板只要和总线连接即可扩展为接口中的一部分，本测试仪最多可扩展十块接口电路，即可有400条测试线；用“学习法”较可编程测试仪使用更方便；RS-232串行口可与微机通讯，可弥补单片机系统处理能力的不足。本实用新型体积较小：因为接口电路用模拟开关，40条测试线的接口部分，包括译码部分只用44片集成电路，这样测试仪体积较小，便于携带；因有充电电路所以可在没有市电的情况下使用，适用于野外检修等工作中。本实用新型价格适中：因元器件如8031、74LS373等价格低廉，模拟开关集成电路每片也只有2至3元，所以整机的成本不高，能够为大部分人接受。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

图1.总体框图。

图2.控制部分框图。

图3.接口部分原理电路图。

图4.电源部分框图。

图5.控制部分电路图。

图6.接口部分电路图。

图7.总体外观图。

图8.扩展接口部分外观图。

图1中(11)是控制部分，(12)是接口部分，(13)电源部分，(14)是测试器具部分，(15)是双向数据总线，(16)是地址总线，(17)是控制总线，(18)是40根测试线，(19)是扩展的接口板。其中接口部分(12)是可扩展部分，每扩展一块接口电路板，就增加40根测试线，本测试仪最多可扩展10块，即有400根测试线。如果提高控制部分(11)的驱动能力，还可扩展更多的接口电路板(19)。

图2中的8031单片机(21)控制整个测试仪的工作，EPROM(22)、(215)中存放工作程序及数字电路的测试集，MAX823(23)是“看门狗”电路，它使单片机(21)正确复位及防止由于干扰而使程序跑飞的现象。8279(24)是键盘(25)及LED显示器(26)的管理芯片，当有键按下时，它向单片机(21)发出中断，使主机响应键入的命令，以及单片机(21)通过8279(24)使LED(26)显示命令及测试结果。LCD液晶显示模块(27)可显示字符，具体应用时可根据情况选择(26)(27)中的一种显示器。ICL232(28)是一种串行通讯专用IC，单片机(21)通过ICL232(28)与微机进行双向串行通讯，可接受微机的命令或利用微机的各种资源，使测试仪即可单独使用也可与微机成为一个系统。EEPROM(29)是掉电不丢失的数据存储器，用于“学习法”测试数字电路时学习信号的存储。总线驱动(210)使控制部分(11)能够带动更多的接口部分(12)。

译码(211)是完成各接口部分(12)的地址译码。

用“学习法”测数字电路时，单片机(21)按EPROM(22)、(215)中的工作程序，首先通过总线(212)、(213)、(214)及接口部分(12)读取要学习的数字电路的正常工作时的信号，并存在EEPROM(29)中，即使断电“学习”的信号仍不会消失。之后，测试器具部分(14)放到要测的与学习数字电路相同的测试点处，并键入命令，这时，单片机(21)仍通过接口部分(12)读取工作中的数字电路的信号，并按工作程序与EEPROM(24)中的“学习”信号测试集进行比较，如不同说明止测试的数字电路已损坏，否则说明待测数字电路工作正常，最后将结果显示在LED(26)或LCD(27)显示器上。只要在使用时注意使正常的数字电路与待测的数字电路有相同的结构，工作在相同状态下，那么测试结果的准确率是非常高的。

图3是接口部分(12)中的一条测试线的原理电路图。其中

是高电压态锁存器，

是低电压态锁存器， 是读测试线信号锁存器，

是高电压态的转换模拟开关，

是低电压态的转换模拟开关。

其中

的输入端接数据总线而输出端接高电压态转换模拟开关(34)的控制端，(34)的一端接高电压，另一端接测试线而测试线与待测的数字电路相连。

输入端接数据总线而输出端接低电压态转换开关 的控制端，模拟开关(35)的一端接地线，另一端接测试线。

输入端接测试线(314)，输出端接数据总线(313)。(313)是来自控制部分(11)的8位数据总线中的1根，(36)是高电压态锁存器(31)和测试线信号锁存器(33)的地址线，(38)是低电压态锁存器(32)的地址线。(36)(38)是按单片机(21)的外部数据存储器统一编址。 WR(37)是写有效信号， RD(311)是读有效信号，ALE(312)是单片机(21)发出的锁存信号， DE(39)是锁存器允许输出信号。

因为74LS373集成电路是8个锁存器共用一个锁存允许G(313)及允许输出E(314)。因此8个高电压态锁存器(31)、8个测试线信号锁存器(33)共用一个地址，8个低电压态锁存器(32)共用一个地址。

给测试线激励高电压态的过程是，单片机(21)执行以下程序：

MOV DPTR.#KIO：#KIO是(21)和(33)的地址

MOVX A，@DPTR；读测试信号

SETB A.O；假设(313)是第0位总线

MOV DPTR，#KIO；

MOVX@DPTR，A；高电压态控制信号写入(31)

第二句是单片机(21)读八个地址为#KIO测试线信号锁存器(33)的内容，这时这八个锁存器(33)的地址线(310)及读有效RD(311)同时为低电平有效，经过74LS32(315)后，输出低电平、使(33)允许输出E(316)有效，因为ALE(312)信号以1/6的单片机(21)机器周期振荡，所以会不断使(33)的锁存允许(317)有效，这样测试信号经(33)，出现在数据总线(313)，八条测试线信号同时被读入单片机(21)的累加器A中。

第三句是只给地址为#KIO并接在数据总线0位的测试线激励高电压态，即把(34)的开关闭合，使+V接到测试线上。

消除测试线高电压态的过程除第三句以外其余都相同，第三句应为：

CLR A.O；控制信号为“0”

给测试线激励低电压态的过程与激励高电压态不同的是地址#KIO应为#KO，锁存器为(32)、开关为(35)外，其余过程完全相同。

图4中低压直流电源(41)把220V市电变换为适用于测试仪的+15V及+5V的直流。充电电路(42)利用(41)输出的电流为充电电池(43)充电，当在无市电的环境中使用测试仪时，可用充电电池(47)为测试仪提供低压直流电源。

图5中的单片机8031(51)的( RD)、( WR)、( PSEN)及(P1.2)构成控制总线，(P0)为八位数据总线，8031(51)的复位由MAX823(52)完成。

8031(51)与8279(53)相连而8279(53)与5×5键盘(55)、16位LED(56)相连，8031(51)还与LCD模块1611(57)相连，完成人机交互。其中(56)与(57)可选其中一个做为显示器。

8031(51)与27512(54)、27512(58)、EEPROM2864A(59)相连。构成存储系统。(P1.3)作为(58)的片选信号，这样程序存储器空间为64K以内时(P1.3)为高电平，当访问程序存储空间为64K以上时(P1.3)为低电平。其中(58)、(59)中都存有监控程序，使程序进入64K以上范围时也可以自己返回64K以内，这样程序空间就由64K增加为128K。

ICL232(510)是8031(51)与外界进行串行通讯的RS-232接口芯片。

图6中74LS373(61)～(65)是高电压态锁存器、74LS373(66)～(610)是低电压态锁存器，74LS373(611)～(615)是测试线信号锁存器。(61)～(65)接MAX313(617)高电压态锁存器控制端。(66)～(610)接MAX313(617)低电压态转换开关的控制端。(611)～(615)的输入端接测试线，输出端接数据总线(616)。

(620)是跳线开关，选择接口板的地址号，共有14个跳线，每个接口板只能选其中一个跳线。

图7中测试仪由显示器(71)、键盘(72)、壳体(73)、电源开关(74)、充电部分(75)、电源线(76)、充电允许开关(711)、充电显示(710)、充电部分市电插头(712)、充电部分输出插头(713)、集成电路插座(79)构成。

其它测试器具还有集成电路测试夹(78)、模拟芯片插头(714)、数字线路测试鳄鱼夹(716)、扩展集成电路插座(715)几种。电源开关(74)按下后，把待测的集成电路插入(79)或把测试器具放置到数字电路的测试点，然后键入相应的命令键，测试仪开始工作，并把测试结果在显示屏(71)上显示。

测试仪也可在没有220V电源的情况下依靠充电部分(75)中的电池工作，充电部分也可单独方便拆下。

图8接口部分由接口电路板(81)、总线插座(82)、总线插头(83)、测试线插座(84)、测试器具构成。控制电路板(86)引出总线插在总线插座(82)上，当要扩展接口部分时，只要在新增加的接口电路板的总线插座(83)中插入原有的接口电路板的总线插头(82)，即可增加40条测试线。

本实用新型功能齐全，携带方便，可做数字电路的维修、研制开发的得力工具。可测各脚最大电压相同的任何数字集成电路，对于各脚电压不同的，只要手动将高电压分别接到相应的电压上也可以测试。也可测试任何数字线路，包括各种游戏机、微机等高速电路。

还具有和微机通讯功能，测试仪不仅可单独使用，还可和微机组成一个测试系统；不仅可在研制、开发、维修等场合均可应用，还可成为数字电路生产线中的一部分，在自动化生产中发挥作用。

Claims (3)

1、一种便携式、多功能、可扩展的数字电路测试仪，其组成有：由8031单片(5 1)、EEPROM(59)、总线驱动器74LS244、74LS245、键盘、显示屏构成的控制部分(11)，由变压器、充电部分构成的电源部分(13)；由地址译码、写测试线部分、读测试线部分构成的接口部分(12)；由插座、插头构成的测试器具部分(14)；其特征在于：控制部分(11)中采用多片EPROM，容量之和大于64K，用空闲的P1口或P2口作为大于64K的EPROM的片选信号，用EEPROM(59)存储“学习”的信号；8279(53)用来做键盘(55)和16位LED(56)的接口芯片，另一种显示屏是16位LCD(57)，(56)和(57)可选其一；用RS-232接口芯片(28)做为测试仪与微机或其它设备进行串行通讯的接口；充电部分做成单独一部分，通过插头(712)、(713)从外部和测试仪相接；接口部分中的高电压态锁存器(31)、低电压态锁存器(32)、测试线信号锁存器(33)中分别存有控制高电压态转换开关(34)，低电压态转换开关(35)及测试线(314)的信号；测试器具部分插座(79)是40脚测试插座，插头包括各种模拟插头(714)、多脚的集成电路在线测试夹具(78)、数字线路测试鳄鱼夹(716)、从各块接口电路板输出的各种扩展插头(715)。

2、根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于选用两片型号为27512的EPROM(54)、(58)，用P1.3做为(58)的片选信号；EEPROM(59)选用的型号为2864A。

3、根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于高电压态转换模拟开关(34)、低电压态转换模拟开关(35)选用型号为DG271或MAX313的模拟开关集成电路；RS-232串行接口芯片(510)选用ICL232。

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