数字电路芯片毕业设计论文.doc
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1、 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科毕业设计(论文) 数字芯片功能检测电路设计学院名称: 专 业: 班 级: 姓 名: 指导教师姓名: 指导教师职称: 2012年 6 月 数字芯片功能检测电路设计摘要:为了保证数字集成电路的功能和性能参数符合技术要求,本文设计了一款以MCS-51 为核心通过串口与上位机通信,通过电脑操作,单片机控制的数字芯片功能检测电路。该电路可以完成对常用的TTL74系列芯片的功能检测。系统主要由上位机和下位机两部分组成。上位机部分由操作界面和通信模块组成,通过RS-232标准接口实现通信。由VB编写操作界面,发送测试指
2、令,并显示测试结果。下位机硬件部分以单片机STC89C52为核心,包括电源模块、显示模块、按键模块等。下位机软件部分包括中断系统、检测电路、显示电路等的软件设计。测试结果表明,本设计能够检测芯片的型号及功能好坏,成本低廉、操作简易、准确率高、测试速度快。关键词:集成电路测试;数字芯片;上位机;单片机;串口通信Design of Digital Chips Functions Detection CircuitAbstract: To ensure the functions of digital integrated circuits and performance parameters me
3、et the technical requirements, this paper designs a digital chips functions detection circuit of a MCS-51 as the core with the host computer through the serial communications, through the computer-operated, which controlled by single chip microcomputer. The system can make functions tests in TTL74 s
4、eries digital chip frequently-used. The system mainly consists of two parts of the upper and lower machine. The upper computer consists of user interface and communication modules, communicating via RS-232 standard interface. User interface written by VB language, to send a test command and displays
5、 the test results. Single chip microcomputer as the core of the hardware of lower machine, it constis of power module, display module, key module, etc.Software part consists of interrupt system, detection circuit, display circuit, etc. The test results show that this design is able to detect the qua
6、lity of models and functions of the chip, and it has a low cost, ease of operation, high accuracy and test speed.Keywords:Integrated circuit testing; Digital chips; Upper Computer; Single chip microcomputer; Serial communication目 录前 言1第1章 课题总体设计21.1 设计要求21.2 硬件设计21.3 软件设计31.4 软件工具介绍41.4.1 Protel 99
7、SE41.4.2 Keil Vision 241.4.3 STC-ISP5第2章 系统硬件设计72.1 单片机模块设计72.2 电源模块设计92.3 继电器模块设计102.4 按键输入电路模块设计112.5 数码管显示电路模块设计122.6 LED指示电路模块设计122.6 RS232串口通信电路模块设计13第3章 系统软件设计153.1 系统软件需求分析153.2 各功能模块软件设计153.3.1 主程序163.3.2 初始化程序183.3.3 数码管显示程序193.3.3 按键扫描程序203.3.4 数字集成芯片检测程序22第4章 运行与调试324.1 硬件电路的调试324.2 软件程序的
8、调试324.3 综合联机调试334.4 调试结果34结束语37参考文献38致 谢40附录1 硬件实物图41附录2 硬件电路图42附录3 元器件清单43附录4 程序代码44前 言集成电路是二十世纪发展起来的新型高技术产业之一,也是二十一世纪全面进入信息化社会的必要前提和基础1。在数字化、信息化时代的今天,数字集成电路的发展以及应用显得尤为引人注目。到目前为止,集成电路仍然基本上遵循着摩尔定律发展,即集成度几乎每18个月增长一倍2。随着集成规模的进一步扩大,集成电路的应用领域日益广泛。为了保证数字集成电路的功能和性能参数符合技术要求,集成电路的测试自然必不可少3。集成电路测试是集成电路产业三大支撑
9、技术之一,因此受到很多国家的高度重视。当前,国际上集成电路测试的能力和水平进入了高速发展时期,高水平的集成电路测试系统主要集中在集成电路生产大国美国和日本4-5。我国集成电路测试技术和系统的研发始于20世纪70年代初。经过40多年的发展,我国集成电路测试产业从无到有、从小到大,由硬件开发、软件开发到系统集成,由仿制到独立自主开发,目前已形成了一个由专业研究所、测试集团公司为主,遍布于重点院校、中央和地方科研机构的广大测试群体6。本文从数字芯片的工作原理和组成结构出发,设计了该数字芯片功能检测电路。电路由上位机部分和下位机部分组成。上位机部分主要是PC机操作显示界面的设计,通过RS-232标准协
10、议与下位机通信,使得上位机可以发送指令,显示测试结果。下位机由五部分主要电路和辅助电路构成,其中主要电路的组成为:单片机STC89C52及相关元器件构成单片机电路、单片机STC89C52相关输入输出口及芯片测试插座和相关元器件构成芯片测试电路、芯片SN74LS07N和数码管构成显示电路;三个按键构成按键电路、继电器及相关元器件构成继电器开关电路,辅助电路为电源电路。本文共分为4个章节。第1章介绍了课题的设计要求以及总体设计方案;第2章详细说明了整套硬件电路的设计;第3章详细介绍了整套电路的软件设计;第4章讲述了整套软硬件电路的运行的调试。第1章 课题总体设计1.1 设计要求本设计的总体要求如下
11、:(1)设计原理图,焊接完成硬件电路板;(2)依据各待测芯片的真值表用C语言编写检测程序;(3)采用51单片机对硬件检测电路进行控制;(4)当在检测电路板上插入相应的芯片后,51单片机能对芯片进行检测,判断出芯片的好坏,并用相应的红绿指示灯显示出来;(5)通过上位机操作界面发送测试指令,并将测试结果显示在操作界面。本设计是基于单片机技术的数字芯片功能检测电路,利用MCS-51系列单片机作为系统的底层开发技术,C51作为系统开发平台7。1.2 硬件设计硬件部分以单片机STC89C52RC为核心,总体结构如图1-1所示。图1-1 硬件总体结构硬件电路分为7个模块。(1)电源电路:本设计中涉及到芯片
12、和单片机的工作电压都是5V,因此需设计一个AC 220VDC 5V的电路。在电压转换后接一个LED发光二极管,开关闭合二极管亮,电路工作正常;开关断开,二极管灭,电路停止工作;(2)按键电路:设计三个按键,包括选择键、确认键和切换键。选择键用来选择芯片型号,当芯片型号确认后按下确认键开始判断,切换键用来切换上下位机之间的操作;(3)单片机电路:包括时钟电路、复位电路的设计,时钟电路采用内部时钟方式,复位电路采用上电复位方式;(4)检测电路:待测数字集成芯片与单片机接口电路中,将P0口接上拉电阻后与芯片相连,由单片机给出数字集成芯片的输入信号,数字集成芯片处理后,将输出结果反馈给单片机。(5)数
13、码管显示电路:使得数码管可以显示数字芯片的最后两位数字,如“00”、“51”等;(6)继电器开关电路:利用继电器的吸合、断开为74LS00芯片提供VCC、GND8;(7)上位机与单片机通信:使得可以通过上位机发送指令给下位机,经测试后数据反馈至上位机显示芯片的正常与否。1.3 软件设计利用单片机STC89C52程序控制,通过软件编程控制实现待测芯片的信号输入,并对输出信号进行分析,与该芯片的真值表进行比较,相同则判为好,否则判为坏9 。将判断结果送上位机操作界面或LED指示灯显示其好坏。软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系简洁明了,使硬件在软件的控制下协调运作,方便程序的编写、修改及
14、以后的完善10。本设计的软件模块分为以下6个部分,软件模块的总体结构如图1-2所示。图1-2 软件模块总体结构(1)初始化程序:初始化程序主要是P0,P1,P2,P3口的设置,数码管、LED指示灯初始化及变量设置,以及继电器控制端电压的设置;(2)按键程序:按键程序主要是判断确定键、选择键、上位机与下位机操作切换键是否有动作;(3)数字芯片检测程序:数字芯片检测程序给出待测芯片的输入信号,并对输出信号进行分析,与该芯片的真值表进行比较,并将判断结果送LED指示灯显示;(4)数码管显示程序:在数码管上显示数字芯片型号后两位数字;(5)LED指示灯显示程序:当检测到芯片好的时,LED灯灭;当检测到
15、芯片坏的时,LED灯亮;(6)上位机显示程序:使用VB语言编写,可以输入待测芯片编号以及发送测试指令。1.4 软件工具介绍本设计硬件电路图绘制选用了Protel 99 SE软件,软件程序编写调试选用的是Keil Vision 2,单片机下载烧录选用的是宏晶公司开发的STC-ISP软件。1.4.1 Protel 99 SEProtel 99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。Protel 99SE 由两大部分组成:电路原理图设计(Advanced Schematic)和多层印刷电路板设计(Advanced PCB)11。本设计中利用该软件进行电
16、路图的设计、绘制与仿真。Protel 99SE的操作步骤如下。(1) 打开Protel 99SE后,点击“File”菜单下的“New”,选择新建的项目名称以及存放目录,项目名称以“.ddb”为后缀;(2) 新建好“.ddb”文件后,在“Documents”目录下点击“File”菜单下的“New”,即可新建新的“.sch”文件,也就是电路图设计项目;(3) “.sch”文件新建好后,在默认的Protel 99SE元器件库里,可以添加元器件到电路图中,一般用到的元器件库为“Miscellaneous Devices.lib”,常用的电路元器件基本都包含在内。1.4.2 Keil Vision 2K
17、eil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,是基于32位Windows环境的应用程序。与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起12。应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤如下。(1)新建工程单击“Project”菜单,在弹出的下拉菜单中选择“New Project”选项,然后选择你要保存的路径,输入工程名称。此时会弹出一个对话框,要求选择单片机的型号
18、,Keil几乎支持所有的51核的单片机,选择好后点击确定;(2)新建文件单击“File”菜单,选择“New”选项,此时光标在编辑窗口内闪烁,这时可以键入程序。程序输入完成后,单击“File”菜单下的“Save”,输入文件名,以“.asm”为后缀,保存到相应文件夹中;(3)添加文件在编辑界面上,单击“Target 1”前面的“”号,然后在“Source Group 1”上单机右键,在菜单中单击“Add File to Group Source Group 1”,在选择相应的文件即可;(4)汇编单击汇编图标,成功编译后生成“.hex”文件;(5)运行单机运行图标,即可进入运行状态。1.4.3 ST
19、C-ISPSTC-ISP 是一款单片机下载编程烧录软件,是针对STC系列单片机而设计的,可下载STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC单片机,使用简便,现已被广泛使用。STC-ISP界面如图1-1所示。图1-3 STC-ISP界面图在程序汇编运行结束后,即可将程序烧录至单片机内,具体操作如下。(1) 打开STC-ISP,在“MCU Type”栏目下选中单片机,如STC89C52RC;(2) 选择正确的COM口,一般为COM 1。波特率一般保持默认,如果遇到下载问题,可以适当下调一些;(3) 先确认硬件连接正确,按点击“打开程序文件”并在对话框内找到相应的“.hex”文件
20、;(4) 点击“Download/下载”,然后打开电源开关,即可把“.hex”文件写入都单片机内;(5) 写入完毕后,实验板开始运行程序结果。第2章 系统硬件设计在本设计中,硬件部分包括电源、单片机、继电器、按键、数码管、指示灯等电路。本章将详细分析各模块电路作用及原理。2.1 单片机模块设计单片机基本设计如图2-1所示。图2-1 单片机基本设计单片机基本设计所选择的单片机内部资源已能满足系统的硬件需求,不需外接存储器或I/O接口,含有时钟电路和复位电路,外由电源供电。这种单片机内含有用户的程序存储器,用户程序写入到内部只读程序存储器中13。该单片机采用STC公司的高密度非易失性存储技术制造,
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