一种实用的集成芯片测试仪的设计

    在高校的教学实验环节中，需要大量地使用一些基本系列的集成芯片。目前，市场上存在一种可以对TTL、CMOS数字芯片进行检测的工程应用型测试仪，但是考虑到其价格较贵，较难满足学生人手一台；另外，该测试仪器是面向工程单位的，不能测试实验室中很多数字芯片。因此，从节约经费、提高利用率的角度出发，我们采用AT89C52单片机设计了集成芯片测试系统。该测试系统能够实现对高校实验室中常用的TTL、CMOS系列芯片及一些常用按键开关的功能检测，同时通过RS232串行口与PC机相连，可以在PC机上直接对测试系统进行操作。 

1 系统组成框图

       由图1可知，该测试仪的硬件电路由AT89C52单片机，并行扩展接口8155，显示驱动，键盘输入，看门狗和复位电路以及串行接口电路组成。

 

       按照芯片测试插座旁边的指向，插入待测的数字芯片或按键；通过键盘输入指令或数字，单片机经过键盘扫描从8155读回键值，根据键值执行相应的子程序。假设输入测试命令键，单片机将调用测试子程序，并将测试结果送到显示器上显示（“good”or“bad”）；假设输入数字键，单片机会自动将输入的数字显示到显示器上；假设输入其它命令键，单片机将调用相应的功能子程序，执行相应的命令。

2 系统硬件设计

2.1 单片机

       单片机采用美国ATMEL公司生产的AT89C52单片机。该芯片不仅具有MCS-51系列单片机的所有特性，而且片内集有8K字节的电擦除闪速存储器（Flash ROM），价格低。由于使用片内程序存储器，所以，EA/VP接高电平；AT89C52的最大工作频率为24MHz，系统利用单片机的内部振荡器加石英晶体构成时钟源，为了工作可靠，晶体振荡频率选为12MHz。

2.2 8155接口芯片

       由于AT89C52片内的输入输出口有限，需要外加专用的外围接口芯片。INTEL 8155H既有RAM又有I/O口，并且可直接与MCS/51系列单片机相连接，不需要增加任何硬件逻辑。因此，本设计中，用8155的I/O口作键盘显示器的并行接口电路，以便AT89C52中的P1口、P2口用作被测芯片接口。

 2.3 通信接口

       采用MAXIM公司的串行接口芯片MAX487将PC机和测试仪器连接起来。测试仪接收PC机的信号，执行相应的操作后再将处理结果上传到PC机，以便在PC机上直接对测试系统进行操作（见图2）。

                  
 

2.4 测试芯片接口

       根据AT89C52中的P1口与P2口的特点，本设计采用AT89C52的P1口和P2口作为测试芯片的接口，其中，P1口中的P1.7用于控制14/16管脚的电源地的转换，P2口中的P2.7作为高8位地址控制信号。接口电路如图2所示。

（1）单片机与测试芯片之间加电阻

       需要注意的是，在单片机与测试芯片之间需串接470Ω（或510Ω）和电阻。首先，串接电阻的目的是对AT89C52起限流保护的作用，假设，P1.0输出高电平，此时，测试芯片又为非门，那么，将引起灌电流现象，致使P1.0口线上的电流非常大，对AT89C52有害。其次可以保证逻辑电平的正确，在连接线上串接几百欧的电阻而不接几千欧的电阻原因在于：假设让p1.0的逻辑低电平，这样，基极将是高电平，又有，p1口上的上拉电阻为3K左右，如果连接线上的电阻也取3K，那么，将使p1.0输出逻辑高电平，此时逻辑电平是错误的；如果连接的电阻为470Ω左右，p1.0口仍然能够正确地输出逻辑低电平，这样就保证了逻辑电平的正确性。

（2）测试芯片从14到16管脚时电源地的转换
因为测试芯片管脚从14位到16位不定，所以，存在电源地转换的问题。本设计中p1.6管脚是被转换 的对象，用p1.7管脚电平的高低来控制p1.6接地与否，这个电路是利用晶体三极管来实现的。当SETB P1.7时，P1.6接地，此时能测14管脚的芯片；当CLR P1.7时，P1.6是正常的测试位，此时能测试16管脚的芯片。所以，只要在生个芯片测试子程序中将P1.7作相应的设置即可。

2.5 键盘显示电路

       本设计是采用8155并行扩展口构成的键盘、显示电路。LED8位8段显示器共阴极，8155 PB口提供段选码，PA提供位选码。键盘为3×7矩阵键盘，餍列输出由PA口提供，行输入由PC0～PC2提供。LED的段、位信号分别采用74LS07与74LS06驱动。LED采用软件译码动态扫描显示工作方式，键盘采用逐列扫描查询工作方式。用8155构成的键盘显示电路如图3所示。

             
 

3 系统软件设计

       系统软件由主程序和若干子程序构成。有显示子程序、键盘扫描子程序、键值处理子程序和测试子程序组成。其中，测芯睡的功能键包括：自动测试并显示型号（AUTO）和指定型号测试芯片（TEST），显然，后者速度要快得多。程序流程框图如图4所示。

                 
 

       系统开机后，首先执行主程序，完成系统初始化工作，然后调用显示子程序，在显示器上给出提示符rd，告诉听任者机器已准备好，可以接收键盘输入；当显示器上出现提示符rd后，立即调入键盘扫描子程序，此时，操作者可通过键盘输入数据或命令，经键盘扫描后从8155读回键值并进行按键分析，判断按下的键是数字键还是功能键，如果是数字键，则将与键号相对应的数据送往显示缓冲区显示；如果是功能键，则转入相应的功能键处理程序，最后返回到显示程序，开机状态一直重复这个过程。

       编制软件时，在扫描键盘前应熄灭显示器，即向8155的PA口输出显示空白的段码OFFH，这样，不会因为对键盘的扫描而干扰显示器的显示。键盘扫描的延时10ms消抖，既可用专用的延时子程序实现，也可用DISP显示子程序实现。本设计中，显示完五位LED所需时间为10ms以上，因此，用显示子程序延时，效果更佳。

4 抗干扰措施

       使用环境存在多种干扰源，如电磁干扰、电压波动大等，为此，我们从硬件、软件两方面采取了一些措施。

       （1）硬件方面：采用特殊设计的开关电源，它能适应较宽的电压波动，可随瞬间浪涌冲击；注意多级去耦，电路中每片集成电路芯片的电源引脚上均加一个0.01μF瓷片电容；应用看门狗电路，采用看门狗集成电路MAX1232，它是MAXIM公司推出的高性能、低价格、低功耗8脚双列直插芯片（见图2）。

       （2）软件方面：配合看门狗电路，有死机拦截程序和软件陷阱。

5 结束语

       实用结果表明，该测试仪设计简单，占用硬件资源少，有良好的人机对话功能，便于携带、操作、能够满足课程教学实验的要求，性能稳定、可靠。

       从长远打算，增加测试芯片的类型势在必行。首先，从扩展被测芯片的管脚数量来说，可以在外接8155的基础上再外接8255，利用8255的三个端口来扩展测试芯片的接口；其次，随着测试芯片数量的增加，程序存储器的容量也将相应地增大，那时，我们可以采用P2口作为高8位地址，外挂程序存储器。经过以上扩展，该测试仪功能将更加完善。