数字集成电路自动测试仪研制和设计Word文档格式.docx

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我国在70年代初就开始了集成电路测试仪的研制工作，80年代后期国产集成电路测试仪的水平，特别是自行设计能力有较大提高，测试理论、测试方法、测试系统的研究试验工作受到国家重视，初步形成一支科研、设计、制造的技术队伍。

国内研究或制造集成电路测试仪的研究所与工厂主要有中国科学院计算技术研究所、半导体所、北京自动测试技术研究所、光华无线电仪器厂（767厂）、北京无线电仪器厂、北京科力公司等。

1986年科学院计算技术研究所研制成功ICT-2LSI/VISI综合测试系统，功能测试速率10MHz/20MHz，通道数48（128），OTA（系统总定时精度）±

2ns。

1987年北京自动测试技术研究所研制成功BC3170存储器测试系统，功能测试速率20MHz，通道数32个。

同期光华无线电仪器厂推出GH3123型集成电路自动测试仪，北京自动测试技术研究所BC3110X型集成电路测试仪研制成功。

这两种采用CAT技术的中小规模集成电路测试系统，标志着国产中小规模集成电路测试仪的技术水平进入新的发展时期和走向实用阶段。

继而北京科力公司研制和生产测试速率12.5MHz、64通道大规模数字集成电路测试系统。

此后不久，光华无线电仪器厂又研制成功功能测试速率为10MHz的16M位RAM存储器测试仪，大规模测试系统获得长足的发展。

1996年，由北京自动测试技术研究所、国营光华无线电仪器厂、中科院计算技术研究所联合研制成功3190数字集成电路大型测试系统，测试速率40MHz，通道数64个，定时精度±

750ps，达到八十年代中后期国际先进水平，国产集成电路测试仪上了一个新台阶。

国产集成电路测试仪虽有一定的发展，但与国际水平仍存在较大差距。

市场上各种型号国产测试仪，中小规模占80%，只有少数采用计算机辅助测试。

大规模IC测试系统ICT-2、BC3170、3190类大系统，由于价格、可靠性、实用性等因素导致没有实用化。

因此，大规模IC测试系统主要依靠进口解决国内的科研、生产与应用测试。

集成电路测试仪按测试门类可分为数字集成电路测试仪、存贮器测试仪、模拟与混合信号电路测试仪，在线测试系统和验证系统等。

由于这些测试仪的测试对象、测试方法以及测试内容都存在差异，因此各系统的结构、配置和技术性能差别较大。

目前有两种集成电路测试系统，一种是整板测试，称板级测试系统。

另一种是对单个芯片测试，称芯片级测试系统。

电路板的测试可分为带微处理器的电路板的测试和不带微处理器的电路板的测试，即CPU板和普通电路板的测试。

随着计算机和微电子技术的迅猛发展，微处理器在电子产品中得到了广泛的应用.它们在提高电路板的集成度、增强电路板的功能的同时，也给电路板的测试和维修带来了困难。

对于普通PCB的测试，常用的方法有功能测试、在线测试和组合测试。

但是，随着SMD技术以及其它新的封装和制造技术在PCB中运用，使得电路板上并非每一个电路节点都是可及的，因此，无法实现完全的在线测试;

同时，由于器件日益复杂和集成度的不断提高，无论是功能测试还是在线测试都出现了编程和测试图形产生困难的问题。

目前，国内仪器、仪表公司和科研机构研制的电路板测试仪，其对微处理仪器的测试采用存储响应法，要求测试图形量大且难度大，故障诊断率不高。

而市场上的先进的可准确检测应用微处理器的电路板的测试仪器都是国外仪器、仪表公司研制生产的，价格昂贵，一般在几万美元至几十万美元不等。

电路板测试仪采用的测试技术除了在线测试、功能测试之外，近几年又出现了矢量测试技术、边界扫描技术和非矢量测试技术。

因为带微处理器的电路板对外界来说主要是输出信号，直接从外界注入激励比较困难，另外微处理器一旦发生故障，整个系统将无法运行，也就无法进行下一步的测试。

所以采用通常的功能测试、在线测试都难以准确定位故障源。

带微处理器电路板的大部分功能是通过微处理器的控制来实现的，因为目前大多数集成电路芯片和电路板很少考虑到边界扫描技术等可测性设计，所以采用板边界扫描测试方法也难以对其进行测试。

在这种情况下，性能测试应运而生，即对内含LSI.VLSI等的总线结构电路板，采用仿真技术进行测试。

20世纪80年代，国内外共出现了四种仿真测试方法，即处理器仿真测试、存储器仿真测试、总线周期仿真测试和存储器直接访问仿真测试（简称为DMA仿真测试）。

到90年代又产生了一种新的通用总线仿真测试方法。

测试仪器也因测试技术的发展而不断发展和完善.

芯片级测试又分在线测试和离线测试。

所谓在线测试对焊接在电路板上的各芯片做逻辑测试和故障诊断;

而离线测试是对脱离电路板的芯片进行测试和故障判断。

随着数字集成电路的应用日趋广泛和国家对半导体行业发展的支持，国内TTL系列、CMOS系列数字集成电路设计能力得到了长足的发展。

数字集成电路的应用非常普及，常用的有TTL系列、CMOS系列等。

在调试或维修电路工作中经常需要对芯片进行测试、分析。

但是，一般设计公司不会去考虑生产线设备的开发，而大多数家工厂没有系统研发能力，因而国内从事集成电路后到加工的企业所用的测试设备大部分是从国外引进的。

这些设备价格昂贵，操作复杂，在一定程度上增加了集成电路生产的成本。

目前，有一些测试数字集成电路的测试仪，测试仪体积较大，操作麻烦，测量准确性差，测量时间长，使用起来很不方便。

集成电路的测试是一件经常性的工作，在一批电路里电路是好是坏从表面上是看不出来的。

如用简单办法，给电路加电源用万用表测，则是一件非常麻烦的事，这不仅对技术人员的素质有很高的要求，而且故障诊断的速度慢，质量差。

因为一块电路有好多脚，要按照真值表一拍一拍去测，是一件困难的事。

对一般用户而言，只需对数字电路进行功能测试，也就是只要判别其逻辑功能是否符合真值表即可阁。

1.3本论文的研究内容

本论文研究的内容为芯片级数字集成电路逻辑功能测试系统，采用功能验证测试法产生测试矢量，离线完成24脚以下TTL74154>

COMS4000/4500系列芯片测试。

本测试系统即可实现脱机工作，适应野外作业，又可连机工作，享受PC机提供的强大功能和友好的人机界面。

本论文首先介绍测试原理和测试基本概念，接着提出测试生成算法，构造测试系统硬件电路，用功能验证测试法建立各芯片测试数据库，最后给出程序流程图和测试程序，实现脱机工作和连机工作。

即一方面单片机系统独立工作，通过小键盘键入芯片型号，按测试运行键后，通过查表把固化在单片机ROM中的部分芯片测试数据库调入内部RAM中，进行测试;

另一方面根据芯片测试表在PC机上建立ACCESS数据库，在VB环境中调用数据库，通过串行通信，把数据输入到单片机内部RAM，进行测试。

其中，硬件电路包括:

PC机和单片机测试平台。

单片机测试平台包括:

中心控制单元，电源和地自动控制单元，外设单元等。

电源和地自动控制单元就是通过573通过三极管8550控制待测芯片Vcc和GND引脚与电源和地线之间的接通与断开，从而实现待测芯片Vcc和GND引脚的自动控制。

而三极管导通与否，由AT89S52和573口的输出来控制。

2总体方案设计及工作过程

74系列的芯片较常见的就有好多，不同型号的数字集成芯片其逻辑功能不同、引脚排列不同、甚至哪些引脚作为输入，哪些引脚作为输出都不固定，也就是说，某个型号的集成芯片的其中一只引脚是输入脚，而另一个型号的集成芯片的同一只引脚却可能是输出脚了。

所以必须要有这样的接口电路：

和集成芯片引脚连接的检测端口既可作为输入，又可作为输出。

单片机89C51的P1、P3端口是准双向I/O口：

既可作为输入口，又可作为输出口;

为检测奠定了重要的基础。

检测的基本原理是：

根据芯片的功能、引脚排列情况、以及各引脚的输入输出特性，向芯片的输入引脚发送输入信号，再由芯片的输出引脚接收输出（响应）信号，然后从输出信号的逻辑值与正确的结果是否相符来判断芯片的好坏。

2.1芯片检测原理

2.1.1芯片检测原理

（1）首先检测待测芯片是否接触良好（见芯片引脚检测原理）.

（2）根据真值表，计算出芯片的输入输出的关系，从单片机的ROM中取出真值表并输出到待测芯片的端口。

再通过检测芯片的输出是不是和预期的一样，如果一致则进行显示芯片的具体型号，如果不一致则检测下一组真值表。

例如：

74LS02的真值表计算后如下

unsignedcharcodels02_l[4]={0xff,0xb7,0x6f,0x27};

//芯片左边输入值

unsignedcharcodels02_r[4]={0xff,0x6f,0xb7,0x27};

//芯片右边输入值

unsignedcharcodels02_test_l[4]={0xdb,0x93,0x4b,0x27};

//芯片左边输出值

unsignedcharcodels02_test_r[4]={0xdb,0x4b,0x93,0x27};

//芯片右边输出值

从单片机中调出0xb7,0x6f输出到芯片座左右边。

载检测输出结果是不是0x93,0x4b.依次检测所有该型号的真值表。

其中只要有一个不正确就检测下一组真值表，全部正确则显示该真值表对应的型号等信息。

2.1.2芯片引脚检测原理

单片机首先扫描待测芯片引脚是否接触良好。

过程如下：

芯片引脚内部都有方向二极管保护如图所示。

当CD4051选通后，芯片引脚就加上负电压，D1导通，电流经过GND-->

D1-->

芯片引脚内部电阻-->

CD4051（工作时相当于120欧姆的电阻）-->

R1-->

R2-->

-5v电源，形成电流回路（见图纸I）。

从原理图*处取出电压与基准电压（由R3产生,约-1.4v）相比较（比较器LM311）。

得出OUT信号，单片机检测OUT信号，若是高电平则芯片接触良好，如果是低电平则引脚接触不良或者引脚损坏。

依次下去直到全部引脚检测完毕。

引脚检测的作用：

（1）可以判断芯片是否正确放入插座

（2）判断芯片的具体引脚个数

（3）初步判断芯片是否完好（D1是否完好）

几点说明：

（1）CD4051是8路模拟开关,由ABC控制芯片OUT引脚与X0~X7的相连，INH是使能信号

（2）LM311是OC门输出（开漏输出），输出必须接上拉电阻

（3）芯片引脚接触良好时引脚（图中已注明）电压约-1.29v，未插入芯片是测该店电压为-1.59v

2.2测试仪的原理、结构和技术指标

2.2.1测试仪工作原理和总体结构

本设计方案要实现24脚以内的TTL系列、CMOS系列双列直插封装数字集成电路逻辑功能的自动测试。

测试仪的基本原理是将被测集成电路器件的实际逻辑功能与存储器中的标准逻辑功能表相比较，两者一致证明被测器件是好的，不一致证明是坏的。

图3-1为IC芯片测试系统硬件框图。

测试仪由PC机、单片机测试平台及测试分析处理软件构成。

单片机测试平台由单片机AT89S52、键盘、LCD显示等组成。

AT89S52是一种电擦写低功耗、高性能的8位CMO0btS5系S微控制器，内含8ki闪烁存储器，与工业标准MC-1列全兼容。

由于内含EPROM和RAM，不需外接存储器。

EPROM中存有根据集成电路的测试原理求出的各种集成电路芯片的最小测试集和标准测试结果。

RAM作为数据存储和交换区。

在电路中采用多支可编程拍接口芯片与测试座相连，原因在于在测试各种IC芯片时不尽相同，电路设计时的插座引脚一经接好就不能动。

为了保证CPU输出的信息能更有效的传送到被侧IC芯片的输入端，还要保证CPU能有效的从被测IC芯片的输出端读入响应值，就希望不更改硬件的连接，而又能根据IC芯片的不而更改输入输出引脚的位置，这只有使用可编程接口芯片才能完成11151。

在进行测试时，先将待测芯片插好并通过键盘输入被测芯片的型号，然后启动测试运行键。

由监控测试程序分时分组送出被测芯片的测试集，并对测试结果数据进行分析处理之后通过LCD显示出来。

好的芯片显示芯片具体型号及真值表等信息，坏的芯片显示检测不通过.在测试芯片时，流过被测芯片电源引脚VCC和接地引脚GND的电流较大，而Plo口不能输送和流入这样大的电流，所以不能作为芯片的供电电源和接地线。

常用的数字IC芯片其VCC和GND引脚一般分别在芯片的左下角和右上角，但有些芯片并非如此，为了在测试不同芯片时，使测试插座能根据需要分别与电源和地线直接相连，可通过三极管控制引脚与电源或地线之间的接通与断开，而三极管导通与否，可用AT89S52和573锁存器的输出来控制，另外，测试仪不仅可以脱机工作，适应野外作业，而且可以与计算机连机工作，通过串行通信，享受计算机提供的功能强大的用户操作界面和软件资源。

连机运行时，可将PC机程序库中的测试矢量调入测试仪中，并将测试后的结果在PC机屏幕上显示。

屏幕同时显示真值表全部内容和实测结果。

也可以在PC机上对新增IC进行编程，并将数据存入程序库中。

2.2.2测试仪的技术指标

l.测试自动化，24脚测试插座固定，测试范围不受被测器件的输入、输出、电源和地的位置的限制。

..

2.同型号大批量器件测试简捷方便，效率很高。

3．能测试TTTL45,MOS/5000系列的门电路，计数器等器件。

2.2.3电路工作过程

（1）待测芯片放入底座上，芯片底座24脚分别连接到3片CD4051共24脚上，4051为8路模拟开关，8路输入信号，一路输出由使能信号及控制信号控制每一路的输出，使能信号由单片机通过573锁存器控制每一个模拟开关的工作，CD4051每一路的输出CMP分别输入到LM311比较器进行比较，比较后的信号LM311OUT输入到单片机P1.1口，直到比较完成，确定待测芯片管脚数目，这样就对待测芯片进行供电。

当知道待测芯片的管脚数目后，通过单片机写程序，由单片机P0口输入到573锁存器，再通过三极管8550的导通控制高电平的输出到芯片电源位置，待测芯片上电工作。

（2）单片机输入真值表到待测芯片进行比较。

单片机通过573锁存器输入到待测芯片，由P0口每输入到一573后，573暂时将其所存，全部输出完成后，此3片573的打开信号由单片机通过138译码器控制，三573全部打开，数据输入到芯片上，检测芯片的输出。

此数据通过245双向收发器输入到单片机，此过程中245的使能信号也有138译码器控制，单片机的输出与输入进行比较，如果相同，则此芯片正确，单片机发出指令，有245输入到LCD显示屏上进行逻辑符号与真值表的显示，此芯片检测完成。

如果比较不相同，单片机继续输出下一组真值表数据，重复上述步骤检测，

3硬件部分介绍

3．1AT89S52微处理器

对单片机的要求是能够方便地扩展显示器、键盘、外设，其他并无特殊要求。

常见的单片机有8051系列的单片机、8096系列的单片机、凌阳的SPCE061A单片机等等。

由于8051系列的单片机应用范围广，价格便宜，功能齐全。

因此我们选用了的8051系列的单片机。

3．1．1简介

我们采用8051系列的AT89S52作为CPU，AT89S52是一种带8K字节FLASH可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

3．1．2主要特性

1）与MCS-51兼容；

2）8位字长的CPU；

3）可在线ISP编程的8KB片内FLASH存储器，用于程序存储，可擦写1000次；

4）256B的片内数据存储器，其中高128字节地址被特殊功能寄存器SFR占用；

5）可编程的32根I/O口线（P0～P3）；

6）2个可编程16位定时器；

7）一个数据指针DPTR；

8）1个可编程的全双工串行通信口；

9）具有“空闲”和“掉电”两种低功耗工作方式；

10）可编程的3级程序锁定位；

11）工作电源的电压为5（1±

0.2）V；

12）振荡器最高频率为24MHz；

13）编程频率3～24MHz，编程电流1mA，编程电压为5V。

3．1．3芯片引脚排列与名称

DIP封装形式的AT89S51的芯片引脚排列与名称如图1所示。

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位，并行，图1AT89S51的芯片引脚排列与名称

漏极开路双向I/O口，作为输出时可驱动8个TTL负载。

该口内无上拉电阻，在设计中作为真值表输入、输出，DUT供电选择的控制输出以及液晶显示器的数据口。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，该口在设计中分开作位控制器，具体见电路图

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收/输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，可作为输入。

在作为输出时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

P3口：

P3口管脚是带内部上拉电阻的8位双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表1所示：

表1各端口引脚与复用功能表

端口引脚

　　　　　　　复用功能

　　　　P3.0

　TXD（串行输入口）

　　　　P3.1

　RXD（串行输出口）

　　　　P3.2

　/INT0（外部中断0）

　　　　P3.3

　/INT1（外部中断1）

　　　　P3.4

　T0（记时器0外部输入）

　　　　P3.5

　T1（记时器1外部输入）

　　　　P3.6

　/WR（外部数据存储器写选通）

　　　　P3.7

　/RD（外部数据存储器读选通）

RST：

该引脚为复位信号输入端，高电平有效。

在振荡器稳定工作情况下，该引脚被置成高电平并持续两个机器周期以上是系统复位。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

该引脚在设计中作为锁存器器和A/D的时钟信号。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

/EA/VPP：

/EA为访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

芯片内振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

芯片内振荡器放大器的输出。

3.2ZLG7290IC接口键盘及LED驱动器一特点1IC串行接口提供键盘中断信号方便与处理器接口2可驱动8位共阴数码管或64只独立LED和64个按键3可控扫描位数可控任一数码管闪烁4提供数据译码和循环移位段寻址等控制58个功能键可检测任一键的连击次数6无需外接元件即直接驱LED，可扩展驱动电流和驱动电压7提供工业级器件多种封装形式PDIP24

三功能描述

1键盘部分

ZLG7290可采样64个按键或传感器，可检测每个按键的连击次数其基本功能如下：

（1）键盘去抖动处理

当键被按下和放开时可能会出现电平状态反复变化称作键盘抖动若不作处理会引起按键盘命令错误所以要进行去抖动处理以读取稳定的键盘状态为准

（2）双键互锁处理

当有两个以上按键被同时按下时ZLG7290只采样优先级高的按键优先顺序为S1>

S2>

…>

S64

如同时按下S2和S18时采样到S2（3）连击键处理

当某个按键按下时，输出一次键值后，如果该按键还未释放，该键值连续有效，就像连续压按该键一样，这种功能称为连击。

连击次数计数器RepeatCnt，可区别出单击（某些功能不允许连击如开关）或连击。

判断连击次数可以检测被按时间，以防止某些功能误操作（如连续按5秒进入参数设置状态）。

（4）功能键处理

功能按键实现2个以上按键同时按下来扩展按键数目或实现特殊功能。

如ＰＣ机上的“SHIFT”，“CTRＬ”，等Alt键典型应用图中的S57~S64为功能键。

2显示部分

在每个显示刷新周期ZLG7290按照扫描位数寄存器（ScanNum）指定的显示位数N，把显示缓存DpRam～DpRamN的内容按先后循序送入LED驱动器实现动态显示，减少N值可提高每位显示扫描时间的占空比，以提高LED亮度，显示缓存中的内容不受影响。

修改闪烁控制寄存器FlashOnOff，可改变闪烁频率和占空比（亮和灭的时间）。

ZLG7290提供两种控制方式寄存器映象控制和命令解释控制如上述对显示部分的控制寄存器映象控制是指直接访问底层寄存器实现基本控制功能这些寄存器须字节操作命令解释控制是指通过解释命令缓冲区CmdBuf0CmdBuf