Разработка для контроля и определения типа логических интегральных микросхем методом сигнатурного анализа (стр. 2 из 12)

При проектировании необходимо учесть несколько ограничений, возникающих в процессе разработки:

1) Различное номинальное напряжение питание микросхем (+5в ТТЛ и +9в КМОП);

2) Разнообразное назначение выводов микросхемы (вход, выход, GND, +Uпит); не должно быть конфликтов в случае определения типа (при подаче потенциалов, предназначенных для входа микросхемы, на ее выход, когда тип микросхемы заранее неизвестен);

3) Ограничение максимально потребляемого микросхемой тока (в случае проверки неисправной микросхемы);

4) Преобразование ТТЛ-уровней LPT-порта в уровни, пригодные для тестирования микросхемы (min токи входов, max токи выходов и пр.);

5) Недостаточная разрядность LPT-порта для тестирования отдельных микросхем логики;

6) Возможность подачи +9в питания на микросхему с номинальным напряжением питания +5в при определении типа ИМС.

Необходимо учитывать возможность установки в панель для тестирования неисправной микросхемы, чтобы ни при каких условиях не допустить повреждения устройства, или тем более LPT-порта компьютера. Защиту можно организовать, вводя в блок питания аппаратное отключение напряжения питания, если ток потребления превысил максимально допустимые для ИМС параметры. Значение порога отключения желательно устанавливать программно. Также необходима гальваническая развязка вторичных цепей блока питания от сети переменного тока.

2.4. Основные технические параметры.

Исходя из вышесказанного, сформулируем основные технические характеристики проектируемого устройства:

Максимальное количество выводов испытуемой микросхемы - 32

Логические уровни сигналов - КМОП, ТТЛ.

Номинальное напряжение питания микросхемы ТТЛ типа - +5в

Номинальное напряжение питания микросхемы КМОП типа - +9в

Регулируемое напряжение питания испытуемой микросхемы - +2...+9в

Шаг регулировки напряжения питания - не более 0.05в

Максимально допустимый потребляемый микросхемой ток - ~250мА

Разрядность ЦАП управления напряжением - 256

Разрядность ЦАП управления потребляемым током - 256

Точность измерения потребляемого микросхемой тока - ±1мА

Время 1-го шага тестирования - ~100мкс

Напряжение питания устройства - сеть ~220в, 50Гц

Максимально потребляемый от сети ток - 0.1А

2.5. Требования к персональному компьютеру и операционной системе.

Для работы данного устройства необходим IBM-совместимый персональный компьютерна базе процессора 80286 или выше, имеющий в своем составе стандартный порт принтера (LPT). Выбор 80286 обусловлен использованием для создания подпрограмм тестирования команд 286-го процессора (которых не было в более ранних моделяхна базе 8086). Для работы программы поддержки устройства необходима операционная система MS-DOS версии не ниже 3.3.

2.6. Требования к интерфейсу пользователя.

Пользовательский интерфейс - это общение между человеком и компьютером. На практическом уровне интерфейс - это набор приемов взаимодействия с компьютером. Пользователи выигрывают от того, что понадобится меньше времени, чтобы научиться использовать приложения, а потом - для выполнения работы. Грамотно построенный интерфейс сокращает число ошибок и способствует тому, что пользователь чувствует себя с системой комфортнее. От этого, в конечном итоге, зависит производительность работы.

Потому пользовательский интерфейс необходимо проектировать так, чтобы было обеспечено максимальное удобство пользователям в работе с данной программой. Т.е. в программе должны быть заложены:

· подсказки, позволяющие пользователю принять решение в создавшейся ситуации;

· интерактивная помощь (возможность ее вызова из любого места программы);

· очевидность меню (простая формулировка, иерархическая структура, логическое соответствие пунктов и подпунктов);

· возможность использования “горячих” клавиш;

· экстренный выход из программы.

Более подробную информацию о проектировании пользовательского интерфейса можно найти в [8], [9].

3. Проектирование структуры системы.

3.1. Описание структуры системы.

Исходя из поставленных технических условий разработаем структурную схему устройства, на основании которой можно будет вести дальнейшее проектирование системы.

Общая структурная схема приведена на рис.1.

Рис.1. Общая структурная схема.

Питание устройства осуществляется от сети переменного тока ~220в, обмен данными между устройством и компьютером осуществляется посредством порта принтера LPT.Микросхема вставляется в колодку, расположенную на корпусе проектируемого устройства.

LPT-порт компьютера в нормальном режиме представляет собой параллельный регистр, который имеет 12 линий на вывод и 5 линий на ввод [7]. Поскольку микросхемы имеют самую разнообразную структуру, то этого явно недостаточно для тестирования микросхем, имеющих, к примеру, 6 входов и 16 выходов (К155ИД3), или 21 вход и 1 выход (К155КП1).

Поэтому необходимо наращивание разрядности LPT-порта путем введения входных запоминающих регистров, выходных мультиплексоров и дешифратора, управляющего записью в регистры и чтением данных при помощи мультиплексоров соответственно. Применение в данном случае выходных мультиплексоров, а не регистров, обусловлено упрощением схемы, и возможно благодаря статическому характеру сигналов на выводах испытуемой микросхемы. Так как стандартный LPT-порт компьютера имеет на выходе ТТЛ-уровни, то целесообразно выбрать в качестве регистров и мультиплексоров именно ТТЛ-микросхемы.

Структурная схема устройства представлена на рис.2.

Рис.2. Структурная схема устройства.

Входные регистры необходимы для запоминания выставленных значений, предназначенных для подачи на вход микросхемы. Выходные мультиплексоры предназначены для чтения сигналов с выходов микросхемы. При проектировании необходимо ориентироваться на 32 разряда (поскольку максимальное число выводов микросхем ТТЛ- и КМОП-логики не превышает 32). Так как число входных и выходных линий LPT-порта ограничено, то наиболее эффективным и удобным для программирования в этом случае будет использование 8-ми выходных линий LPT-порта для записи данных в регистры и 4-х входных линий LPT-порта для чтения данных из мультиплексоров. Для записи данных понадобятся четыре 8-разрядных регистра, для чтения данных - четыре двухвходовых 4-разрядных мультиплексора.

Поскольку входные и выходные линии разделены (для ввода и вывода данных будут использоваться различные физические линии LPT-порта), то мультиплексоры можно адресовать параллельно регистрам (для адресации понадобится 4-е линии вместо 8-ми). При этом для управления выборкой входов мультиплексоров будет использоваться один бит LPT-порта на вывод (0-й бит порта 378H).

В блоке питания аналогично входным будут использованы еще три 8-разрядных регистра (2 на управление и 1 на коммутацию, речь о них пойдет ниже), которые потребуют еще 3 адресные линии.

Таким образом, для адресации 7-ми регистров понадобятся 3 дополнительные линии LPT-порта (37AH) на вывод (адресуемые при помощи дешифратора 3x8). И еще одна линия порта 37AH на вывод будет нужна для управления записью в регистры.

Так как проектируемое устройство предназначено как для тестирования микросхем ТТЛ, так и для тестирования микросхем КМОП, то после входных запоминающих регистров необходимо ввести устройство согласования по входу (для преобразования выходных ТТЛ-уровней регистров в уровни испытуемой микросхемы (КМОП или ТТЛ, в зависимости от серии). Для чтения данных с выходов испытуемой микросхемы, перед входами мультиплексоров необходимо поставить аналогичное устройство согласования по выходу (преобразование выходных КМОП или ТТЛ сигналов в ТТЛ-уровни).

При определении типа микросхемы для каждого разряда заранее неизвестно, является ли подключенный к нему вывод микросхемы входом или выходом. Потому ток, протекающий через ее вывод, должен быть выбран таким, чтобы обеспечивать максимально возможный входной ток для проверяемой серии. Нужно учесть тот факт, что ток выхода некоторых микросхем меньше этого входного тока, потому при попытке определения их типа, результаты могут быть искажены; т.к. таких микросхем очень мало, они могут быть исключены из списка определяемых. Также необходимо учитывать различие входных/выходных токов для микросхемКМОП и ТТЛ серий.

Рис.3. Структурная схема блока питания.

Блок питания устройства должен обеспечивать необходимое питание аппаратной части проектируемого устройства. Структурная схема блока питания представлена на рис.3. Величины напряжения и максимально потребляемого тока в цепи нагрузки должны устанавливаться программно. Регулировка напряжения и тока нужна для того, чтобы иметь возможность измерить минимальное напряжение питания и максимально потребляемый ток для каждого конкретного экземпляра. Учитывая все вышеизложенное, в его состав включены следующие узлы:

1) источник питания устройства;

2) 8-разрядный регистр для запоминания выставленного значения напряжения питания испытуемой микросхемы;

3) 8-разрядный ЦАП для преобразования цифрового значения напряжения в аналоговое, источник опорного напряжения для него;

4) регулируемый стабилизатор напряжения испытуемой микросхемы;

5) 8-разрядный регистр для запоминания выставленного значения максимально потребляемого тока;

6) 8-разрядный ЦАП для преобразования цифрового значения макс. тока в напряжение, источник опорного напряжения для него;