竞赛作品_集成数字集成电路参数测试

1.系统设计

1.1 设计要求

(1) 任务：

设计制作一个74系列中小规模数字集成电路参数测试仪。

(2)要求

1、基本要求：

（1）能对74系列中小规模数字集成电路的V IH(min)、V IL(max)、V OH、V OL、I IL、I OL等参数指标进行单项自动测试。

（2）测量参数项目及指标要求（V CC=5V）：

A、V IH(min)、V OH 测量范围为0～5V，误差<1%读数±1个字；

B、V IL(max)、V OL测量范围为0～1V，误差<1%读数±1个字；

C、I IL（短路电流），I OL（R L=300Ω）测量范围为0～20mA，误差<1%读数±1个字；

（3）测试项目有对应的指示。

2、发挥部分：

（1）能连续自动循环测量，并显示；

（2）能有选择地调阅最后一次测量的任一项参数；

（3）能设置集成电路参数标准值，并判断所测参数是否达标；

（4）采用示波器作为显示器，测试数字集成电路的电压传输特性，能显示完整的传输特性曲线；从屏幕上读出的指标（如输出高、低电平和开、关门电平）要求精度优于20%；

（5）其他。

1.2 总体设计方案

1.2.1. 设计思路

题目要求设计一个74LS04集成电路参数测试仪。设计中产生一个三角波信号，周期改变输入电压。再经过AD采样输出电压，当Vo=2.7时确定Vil(max),当Vo=0.5时确定Vih(min)的值。继电器切换电路，通过输出端接入一个

-0.4mA 恒流源。继电器切换电路，输入Vi=0.8V时测量Voh的值。继电器切换电路，输出端一个8mA的恒流源。继电器切换电路，输入电压Vi=2.0V时测量Vol的值。继电器切换电路，在输入电压Vi=0.4V时输出悬空测量Iil的值。继电器切换电路，输入悬空，输出接Vo=0.5V的恒压源，测量输出电流Iol的值。电流值的测量可通过在电路中串接一个电阻通过测其两端的电压值，再经计算算出电流大小。最后将测得的结果发送到PC机上显示出来。

1.根据测试参数设计对应测试电路，用继电器切换相应电路，数码管显示测试

参数序号。

2.对74LS04的6个非门进行循环测试。

3.将测得的参数发送到电脑上显示，对比参数标出不合格的非门。

4.分别做出主测试电路模块、控制模块(信号产生、信号采集、继电器控制、键

盘控制、数据处理、测试参数显示)、继电器切换模块。

1.2.2方案比较设计论证

1. 控制电路模块

方案一：采用AT89C51单片机进行控制。本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成数控部分、键盘输入以及显示输出功能。采用AT89C51进行控制比较简单，但是51单片机资源有限，控制输入输出，需要外接8279之类的芯片进行I/O扩展。

方案二：采用凌阳SPCE061A单片机进行控制。SPCE061A凌阳单片机具有强大功能的16位微控制器，它内部集成7路10位ADC和2通道10位DAC，

可以直接用于电流测量时的数据采集，以及数字控制输出；I/O口资源丰富，可以直接完成对键盘输入和显示输出的控制；存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。采用SPCE061A单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。

方案三：采用ARM7----LPC2138控制芯片。具有强大功能的32位微控制器，它内部集成8路10位ADC和8通道10位DAC，可以直接用于电流测量时的数据采集，以及数字控制输出；47路的I/O口资源丰富，可以直接完成对键盘输入和显示输出的控制；存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。UART可16字节收发FIFO，可数据发送到PC机上显示。与LPC2138配合的ARM控制板上有灵活的跳线组合，6个按键控制，1个复位键，一个报警电路等等功能。

我们综合上述方案考虑选择方案三，它具有较强的多功能集合，且现有ARM 的芯片。

2. 信号源产生模块

方案一：利用传统的模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038，可产生三角波、方波、正弦波，通过调整外围元件可以改变输出频率、幅度，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接电阻电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定度较差、精度低、抗干扰能力差、成本也较高。

方案二：采用LPC2138芯片产生三角波测试电压，再通过运放放大电压。这样可减少模拟元件以此简化电路，可充分利用芯片功能。

综合考虑，我们采用方案二，实现了高精度，高稳定度的测试信号源。3.测试电路模块

方案一：将测试集成电路参数的实现分成5个电路检测。该方案实现各个参数的测量比较好。但是对于要实现智能测试该方案较复杂，且不能实现电路的智能测试。

方案二：将测试电路分为左右两块，是间插入继电器切换模块并与74LS04的6个非门相连，可实现对每个非门的测量，同时可切换不同测试参数所对应的电路。综合上述，为了实现自动测量，采用方案二。

4. 信号采集模块

方案一：用AD736 RMS真有效值转换芯片，AD736的响应频率在0∽10KHZ，采用该器件只需将被测的信号加到它的输入端上，就可以得到它的有效值，无需软件处理，测试非常方便。但是他不能对有些参数进行计算转化为我们需要的参数，且对参数进行比较存储等后面的一系列处理。因此我们没有选用这个方案。

方案二：对弱信号进行放大，大信号进行直接设计相应电路。再测量采用A/D转换，将模拟信号数字化，然后进行数据处理。ARM---LPC2138内置有8路10位的A/D，运用起来非常的方便。无需外围的电路，转换精度也比较高。

综合比较，我们采用方案二。

5. 电路切换模块

方案一：用3个CD4053模拟开关切换相应的非门和测试电路，可达到以较少的控制线控制多条线路，简化电路。但其编程较为复杂一点，且输入阻抗较