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 测试控制器设计
2．1 硬件电路设计
硬件电路由单片机、通信电路和芯片接口电路组成，结构如图2所示。

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。