Тольяттинский Государственный Университет
Электротехнический факультет
Кафедра “Промышленная электроника"
КУРСОВАЯ РАБОТА
«ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХМИКРОСХЕМ 155 СЕРИИ»
Студент: Моторин С.К.
Группа: Э-506
Преподаватель: Бредихин Б.В.
Тольятти 2004
Содержание
Введение
1. Техническое задание
2. Инженерная интерпретация задачи
3. Разработка обобщенной блок-схемы алгоритма работыконтроллера
4. Разработка интерфейса программно-аппаратногокомплекса
5. написание подпрограммы тестирования интегральноймикросхемы К155ЛА1
6. Выбор расчет элементов схемы
Заключение
Список литературы.
Введение
В настоящее время, производстворадиоэлектронных компонентов и микросхем очень распространено. Однако при ихпроизводстве возникает вопрос работоспособности изготовленного элемента. Таккак качество получаемого элемента зависит от внутренней структуры материала, вкоторой могут быть дефекты. В данном случае элемент окажется неработоспособным.Поэтому необходимо после изготовления проводить испытания, по результатамкоторых делать выводы о работоспособности элемента. Устройства, проводящиепроверку правильности функционирования, называют тестерами. При проверкеработоспособности интегральных микросхем целесообразно использовать универсальныетестеры, способные тестировать несколько типов микросхем. Задачей данногокурсового проекта является разработка программно-аппаратного комплекса длятестирования интегральных микросхем 155 серии.
/>1. Техническое задание
Разработатьпрограммно-аппаратный комплекс (микропроцессорный контроллер) для тестированияинтегральных микросхем. Тестер должен выполнять функциональный контрольинтегральных схем по принципу «годен» — «не годен». Тестированиюподвергаются интегральные микросхемы, имеющие корпус DIP14 с 14 выводами истандартное подключение питания: 14 вывод — "+5В", 7 вывод — «общий».Общее число типов проверяемых интегральных схем не более 256.
Составить подпрограммутестирования интегральной микросхемы К155ЛА1.
/> 2. Инженерная интерпретация задачи
Для разработкипрограммно-аппаратного комплекса тестера использовали микроконтроллерКМ1816ВЕ51. Основные параметры микроконтроллера приведены в табл.2.1, условноеграфическое изображение — на рис.2.1
Таблица 2.1
Основные параметрымикроконтроллера КМ1816ВЕ51Название параметра Значение параметра Объем резидентной памяти программ, Кбайт 4 Объем резидентной памяти данных, байт 128 Частота тактовых импульсов, МГц 12 Число портов ввода/вывода, шт 4 Напряжение питания, В +5
Интегральная микросхема, длякоторой необходимо написать программу тестирования — К155ЛА1. Микросхемапредставляет собой два логических элемента 4И-НЕ. Таблица истинности элемента 4И-НЕпредставлена в табл.2.2, условное графическое изображение показано на рис.2.2
Таблица 2.2
Таблица истинности элемента 4И-НЕ.Входы Выходы X1X5 X2X6 X3X7 X4X8 Y1Y2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Питание микроконтроллераосуществляется через вывод 40, а микросхемы К155ЛА1 через вывод 14. Общий выводмикроконтроллера вывод 20, а микросхемы К155ЛА1 вывод 7.
/> />
Схемное изображение микроконтроллера КМ1816ВЕ51
Рис.2.1.
Схемное изображение интегральноймикросхемы К155ЛА1/> />
1,2,4,5,9,10,12,13 — входы X1-X8; 6 — выход Y1; 7 — общий; 8 — выходY2; 14 — напряжение питания;
Рис.2.2
Работа тестера проходитследующим образом:
В начальный момент времени питаниетестера отключено, соответственно на выходе контроллера какие-либо сигналыотсутствуют. В момент включения питания тестера, подается питание наконтроллер, который переходит в состояние ожидания команды на тестирование. Выполнениеданной команды осуществляется нажатием кнопки «тест» — SB2. Питание тестируемой микросхемы в это время отключено. Далееосуществляется выбор тестируемой ИМС. Номер тестируемой микросхемы задается переключателямиS1-S8 в двоичном коде. Послетого как требуемый тип микросхемы выбран, а тестируемая микросхема установленана контактной площадке ХS1.1 — XS1.2,можно нажимать кнопку «тест». При нажатии кнопки тест, микропроцессоромсчитывается номер микросхемы, и подается питание на тестируемую микросхему. Далееконтроллер выполняет подпрограммы тестирования микросхемы. В портмикроконтроллера, подключенный к входам тестируемой микросхемы записываютсякомбинации сигналов, с заранее известными верными состояниями выходных сигналов,и считываются значения выходных сигналов, которые потом сравниваются сэталонными. Микросхема исправна при совпадении сигналов, считанных с выходовтестируемой микросхемы и эталонных сигналов. Тестером выдается сигнал — «Исправен».При не совпадении сигналов на выходе и ожидаемых (эталонных) сигналов выдаетсясигнал «Не исправен», следовательно, ИМС бракуется. После выводарезультата питание с тестируемой микросхемы снимается до поступления следующейкоманды на тестирование.
Стоит отметить, что для работына данном тестере, оператор должен уметь задать номер требуемой ИМС в двоичнойсистеме счисления и считать его с индикаторов VD5, VD6 в шестнадцатеричной.3. Разработка обобщенной блок-схемы алгоритмаработы контроллера
По описанному режиму работытестера составляется блок-схема алгоритма работы контроллера, котораяизображена на рис 3.1 Контроллер начинает работать с подачи на него питания. Послеподачи питания он проводит самотестирование и переходит в состояние вводаномера тестируемой микросхемы, после чего переходит в режим ожидания нажатиякнопки «тест», SB2.
/>
Рис.3.1. Обобщенная блок схемаалгоритма работы тестера
Как только срабатывает кнопка«тест», микроконтроллер, по заданной комбинации ключей S1-S8 производит дешифрацию номерамикросхемы. В соответствии с номером ИМС определяется адрес подпрограммы и ейпередается управление для тестирования заданного типа микросхемы. Выполняетсятестирование микросхемы. Потом происходит вывод результатов тестирования ИМС. Далееконтроллер ждет действий оператора. При нажатии клавиши SB2(«тест»), производится повторное тестирование установленноймикросхемы. При нажатии клавиши SB1 («Сброс»),контроллер произведет самотестирование и будет ожидать ввода нового типамикросхемы.
При необходимости завершитьработу с тестером, питание тестера отключается.4. Разработка интерфейса программно-аппаратногокомплекса
Аппаратная часть интерфейсатестера для взаимодействия микроконтроллера и тестируемой микросхемы будетвыглядеть следующим образом. Микроконтроллер имеет четыре двунаправленных 8-миразрядных порта ввода/вывода. Порт Р3 также является линиями управлениявнешними устройствами (Р3.0, Р3.3), а также его линии задействованы дляиндикации результата тестирования (Р3.4 — Р3.6). В порт Р0 (Р0.0 — Р0.7) подаютсятестовые комбинации сигналов на тестируемую ИМС. В порт Р2 (Р2.0 — Р2.1) заводятсярезультаты опроса выходов ИМС. Комбинации тестовых сигналов представлены в табл.4.1
Таблица 4.1 Тестовые сигналы дляИМС К155ЛА1№ теста Тестовые сигналы Обозначение битов порта Р1 Байт P0 Р0.7 Р0.6 Р0.5 Р0.4 Р0.3 Р0.2 Р0.1 Р0.0 Функциональные обозначение выводов тестируемой ИМС X8 X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 1 00Н 2 1 1 88Н 3 1 1 44Н 4 1 1 1 1 ССH 5 1 1 22Н 6 1 1 1 1 55Н 7 1 1 1 1 66Н 8 1 1 1 1 1 1 ЕЕH 9 1 1 11Н 10 1 1 1 1 99Н 11 1 1 1 1 55Н 12 1 1 1 1 1 1 DDH 13 1 1 1 1 33Н 14 1 1 1 1 1 1 ВВН 15 1 1 1 1 1 1 1 ЕЕН 16 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH
Порт Р2, биты Р2.0 — Р2.3, подключаетсяк выходным выводам тестируемой МС. Возможные комбинации правильных ответных сигналовсведем в табл.4.2
Таблица 4.2 Ответные сигналы ИМСК155ЛА1№ теста Ответные сигналы Обозначение битов порта Р0 Байт P2 Р2.1 Р2.0 Функциональные обозначение выводов тестируемой ИМС Y2 Y1 1 1 1 03Н 2 00Н
Биты порта P3используемые для вывода на элементы индикации описаны в табл.4.3
Таблица 4.3
Назначение линий порта P3. Обозначение Назначение P3.4 Сигнал для подачи напряжения на индикатор «Исправен» P3.5 Сигнал для подачи напряжения на индикатор «НЕ исправен» P3.6. Сигнал для подачи напряжения на индикатор «Готов»
Порт P3используется для управления подачей питания на испытуемую микросхему черезисполнительные элементы (логический элемент с большим выходным током,транзисторный ключ и реле, рис.4.1) с линии P3.0 иотслеживается включение переключателя «тест» через линию Р3.3 — прерывание от внешнего устройства.
Программная часть интерфейсазаключается:
По приходу сигнала прерыванияопределяется тип тестируемой МС, считывается значение, выставленноепереключателями S1-S8 на линияхпорта P1 (Р1.0 — Р1.7). Дешифрируется тип МС, иуправление передается подпрограмме, которая производит тестирование МС данноготипа. Подпрограммой тестирования, выставляются тестовые комбинации сигналов впорт P0 (биты Р0.0 — Р0.7), потом производитсясчитывание ответа МС из порта P2 (биты Р2.0 — Р2.1), иоценивается его работоспособность. В зависимости от результата сравненияожидаемого значения и ответа микросхемы, загорается либо зеленый светодиод — «исправен», либо красный — «не исправен» (порт Р3, биты Р3.4- Р3.5 соответственно).
Схема управления для подачипитающего напряжения на испытуемую микросхему/> />
Рис.4.1
5. написание подпрограммы тестирования интегральноймикросхемы К155ЛА1
Задачей подпрограммытестирования микросхемы К155ЛА1 является поочередная подача на входытестируемой МС всех комбинаций таблицы истинности для данной микросхемы таблица4.1 Блок-схема, по которой подпрограмма тестирования перебирает все необходимыедля тестирования варианты и проверяет на соответствие с эталонными значениями (табл.4.2)приведена на рис.5.1.
После установки МС на контактнойплощадке и выбора ее типа, работа программы происходит в следующем порядке:
Подачу тестовой комбинации сигналовна вход ИМС осуществляем путем записи числа в порт P0. Затемпрограмма считывает данные из порта P2, затем обнуляемстарший полубайт, т.к там записана служебная информация, не относящаяся кответу ИМС. Затем производим логическое сложение с заранее известным верным, ноинвертированным, сигналом ответа. (в случае работоспособности ИМС должнаполучиться сумма равной 111111112). Затем полученную суммуинкриминируем. Если появился бит переноса, то продолжаем тестирование ИМСподачей следующие тестовой комбинации из таблицы истинности, табл.4.1 Если битпереноса при сложении равен нулю, то заканчиваем программу, подавая сигнал наиндикатор неисправности микросхемы; После перебора всей таблицы истинности, вслучае установления бита переноса в единицу, заканчиваем программу, подаваясигнал на индикатор исправности микросхемы; далее контроллер ожидает следующегонажатия кнопки «тест» или «сброс».
По описанию и блок схемесоставили подпрограмму тестирования ИМС К155ЛА1, табл.6.
Алгоритмтестирования ИМС К155ЛА1/>
Рис.5.1.
Подпрограмма проверки ЛА1.
la1: mov r1,#0f h; загрузкасчетчика цикла
cmp_st: mov a,r1; в аккумулятор записываемзначение регистра r1
rl a; данные в
rl a; аккумуляторе сдвигаем на
rl a; 4 разряда
rl a; влево
add a,r1; складываемаккумулятор и регистр r1
out p0,a; выводимв порт p0 данные из аккумулятора
nop; пустойоператор фактически задержка на такт для
; страховки, чтобы сигнал навходе мс точно; установился и мс успела отреагировать
in a,p2; читаемиз порта p2 выходной сигнал в аккумулятор
cjne r1,#0f h, n_f; если в счетчике цикла не f, топереходим к метке n_f,
; если f,то переходим к следующему сравнению; (ответный сигнал мс должен быть нулем)
cjne a,#00 h, error; если в аккумуляторе не 0 — значит мс работаем; неправильнопереходим к метке error, если 0, то; переходим кследующему оператору
dec r1; уменьшаем счетчик цикла на 1
sjmp cmp_st; возвращаемсяна метку cmp_st
n_f: cjne a,#03 h,error;если в аккумуляторе не 3- значит мс работаем
; неправильно переходим к метке error, если 3, то
; переходим к следующемуоператору
dec r1; уменьшаем счетчик цикла на 1
cjne r1,#00 h, cmp_st; если в счетчике цикла не 0 — значит переходим к метке
; cmp_st, если 0 переходим к следующему оператору
clr p3.0; зажигает зеленый светодиод — мс работает правильно
ret; выходиз процедуры
error: clr p3.1; зажигаеткрасный светодиод — мс работает
; неправильно
ret; выходиз процедуры6. Выбор расчет элементов схемы
В данном проекте программно-аппаратныйкомплекс тестера реализован на базе микроконтроллера КМ1816ВЕ51, основныехарактеристики которого приведены в табл.2.1 Для задания тактовых импульсовмикроконтроллера был задействован кварцевый резонатор: НС-49, с частотойимпульсов 12МГц. Конденсаторы в цепи кварцевого резонатора: К10-7В-50В-30пФ±5% и сопротивление: МЛТ-0.25-91к±5%. RC — цепь на выводе сброса, служит для задержки включенияконтроллера и надежного сброса при замыкании «Сброс», выбралиэлементы: сопротивление МЛТ-0.25-8.2к±5%,конденсатор: К50-6-10В-10мкФ±20%.
Для осуществления ввода номератестируемой микросхемы и задания режима «тест», и подачи на тестерпитающего напряжения выбрали набор перекидных переключателей П1Т1-1,рассчитанные на максимальное напряжение 30В и ток 0.5А.
Для правильной и надежной работыпортов на входные/выходные линии были установлены резисторы: МЛТ-0.25-1к±5%.
В качестве индикаторов выбралисветодиоды АЛ307БМ подключенные через резисторы R7 — R9, сопротивление которых вычислили по формуле:
R = (Uп — Uo — Uvd)/ Ivd = (5 — 0.4 — 0.5) /15×10-3 = 2733 Ом;
где
Uп =5 В-напряжение питания;
Uo = 0,4В — уровень логического ноля на выходе микроконтроллера;
Uvd и Ivd — справочные данные для диода;
Приняли равным 3 кОм; МЛТ-0.125-3к±5%
Для подключения питаниятестируемой ИМС, использовали реле на напряжение срабатывания 4В (для надежногосрабатывания и удержания): РС4.569.421-03, подключенной к выходу порта P3.0, через транзисторный ключ и логический элемент НЕ, сбольшей нагрузочной способностью, чем порт микроконтроллера. Выбрали транзисторКТ315Б и ИМС К155ЛН1.
Для подавления противоэдссоздаваемой обмоткой реле в моменты коммутации параллельно обмотке установилидиод КД521А.
Для защиты микроконтроллера отошибки пользователя входы/выходы портов подключили черезограничительные/подтягивающие сопротивления: МЛТ-0.125-2.7к±5% и МЛТ-0.125-4.7к±5%. Установили в близи от микросхемы емкостные фильтры с целью уменьшениявлияния помехи источника питания: К50-6-15В-0.5мкФ±20%, К22-5-25-33нФ±5%.
Для индикации набранного номерамикросхемы были применены два семисегментных индикатора АЛС337Б подключенные черездешифраторы двоичного кода К514ИД1. Информация на индикаторы снимается с порта P1, т.е. отражает текущую установку переключателей выбора тестируемоймикросхемы S1-S8. Испытуемаямикросхема устанавливается в контактную панель DIP14.
Принципиальная электрическаясхема тестера интегральных микросхем приведена на Рис.6.1.
/> />
Электрическая схема тестера (М1: 2)
Рис.7.
Заключение
В данной курсовой работе был разработанпрограммно-аппаратный комплекс для тестирования интегральных микросхем 155серии. Разработанное устройство выполняет функциональный контроль интегральныхмикросхем по принципу «годен» — «не годен». Тестированиюподвергаются интегральные микросхемы, имеющие корпус DIP14 с 14 выводами истандартное подключение питания: 14 вывод — "+5В", 7 вывод — «общий».В процессе выполнения работы была составлена блок-схема алгоритма, и по нейсоставлена подпрограмма тестирования интегральной микросхемы К155ЛА1.
Список литературы.
1. Однокристальные микроЭВМ. — М.: МИКАП, 1994. — 400 с.: ил.
2. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальныхмикроконтроллерах. /В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. — М.: Энергоатомиздат,1990. — 224 с.
3. Справочник по интегральным микросхемам. / Б.В. Тарабрин, С.В. Якубовский,Н.А. Барканов и др.; Под ред. Б.В. Тарабна. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия,1980. — 816 с., ил.
4. Аванесян Г.Р., Левшин В.П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ/ — М.: Машиностроение,1993. — 252 с.
5. Основы микропроцессорной техники. /Курс лекций. Кудинов А.К. — Тольятти:2004.