135888 (Разработка для контроля и определения типа логических интегральных микросхем методом сигнатурного анализа)

Содержание:

1. Введение ..................................................................................... 3

2. Постановка задачи ..................................................................... 5

1. Назначение системы .......................................................... 5

2. Анализ исходной проектной ситуации ............................ 5

3. Перечень основных функций, подлежащих реализации. 7

4. Основные технические параметры .................................. 9

5. Требования к персональному компьютеру и системе ... 9

6. Требования к интерфейсу пользователя ......................... 9

1. Проектирование структуры системы ...................................... 11

1. Описание структуры системы .......................................... 11

1. Выбор технических и программных средств реализации .... 18

1. Выбор элементной базы .................................................... 18

2. Выбор программных средств ........................................... 25

1. Описание принципиальных схем ............................................. 27

1. Описание состава принципиальных схем в сопоставлении с соответствующими структурными схемами узлов ........ 27

1. Проектирование алгоритма функционирования системы ..... 47

1. Метод сигнатурного анализа ............................................ 47

2. Описание алгоритма функционирования системы ......... 49

3. Распределение адресного пространства LPT-порта ....... 50

4. Описание подпрограмм ..................................................... 53

1. Описание конструкции системы ............................................... 59

1. Инструкция по эксплуатации .................................................... 60

2. Экономическая часть ................................................................. 61

3. Вопросы охраны труда и техники безопасности .................. 65

4. Заключение ............................................................................... 75

5. Литература ................................................................................ 76

6. Приложения .............................................................................. 77

2. Введение

Заводы и предприятия, выпускающие радиодетали (и в частности - микросхемы), после изготовления, но до отправки готовой продукции на склад, подвергают их контролю на работоспособность, а также соответствие техническим условиям и параметрам ГОСТ’а. Однако, радиодетали, даже прошедшие ОТК на заводе-изготовителе, имеют некоторый процент отказа в процессе транспортировки, монтажа или эксплуатации, что влечет за собой дополнительные затраты рабочего времени и средств для их выявления и замены (причем большую часть времени занимает именно выявление неисправных деталей).

Особенно важна 100% исправность комплектующих деталей при сборке ответственных узлов управляющих систем, когда неисправность какой-либо одной детали может повлечь за собой выход из строя других деталей, узлов, а возможно, и всего комплекса в целом.

Для обеспечения полной уверенности в работоспособности той или иной радиодетали, необходимо проверять ее на исправность непосредственно перед сборкой узла или изделия (“входной контроль” на заводах и предприятиях, занимающихся производством радиоэлектронных устройств). Если большинство радиодеталей можно проверить обычным омметром (как, например, резисторы или диоды), то для проверки интегральной микросхемы (ИМС) требуется гораздо больший ассортимент оборудования.

В этом плане хорошую помощь могло бы оказать устройство, позволяющее оперативно проверять работоспособность ИМС, с возможностью проверки как новых (подготовленных для монтажа), так и уже демонтированных из платы микросхем. Очень удобна проверка микросхем, для которых конструктивно на плате изделия предусмотрены колодки. Это позволяет производить достаточно быструю проверку радиодетали, сведя риск ее выхода из строя к минимуму, поскольку в этом случае полностью исключается ее нагрев и различные механические повреждения при монтаже/демонтаже.

Существуют некоторые методы маркировки радиодеталей, отличающиеся от стандартных (к примеру, в случае, когда их выпуск и сборка готовых изделий производится на одном и том же заводе; при этом часто используется сокращенная или цветовая маркировка). Не исключением являются и микросхемы, что сильно затрудняет определение их типа. Такая маркировка обусловлена упрощением (и, как следствие, удешевлением) технологического процесса производства радиодеталей. В этом случае определение возможно с помощью того же устройства, функции которого сведены к определению типа микросхемы методом сигнатурного анализа.

В настоящее время на заводах и предприятиях достаточно широкое распространение получили персональные IBM-совместимые компьютеры. Поскольку задача тестирования и определения типа методом сигнатурного анализа микросхем требует наличия интеллектуального устройства для выполнения алгоритма тестирования и базы данных, содержащей информацию по микросхемам, целесообразно проектировать именно приставку к компьютеру, подключаемую через внешний порт, а не отдельное самостоятельное устройство. Это обусловлено наличием в стандартном комплекте IBM-совместимого компьютера многих компонент, необходимых для решения данной задачи (микропроцессора, составляющего основу компьютера; жесткого диска, предназначенного для хранения информации; внешних портов ввода-вывода - последовательных COM1, COM2 и параллельного LPT; клавиатуры и дисплея - для ввода и вывода информации соответственно).

1. Постановка задачи.

1. Назначение системы.

Целью данной работы является разработка относительно недорогого устройства, подключаемого к IBM-совместимому компьютеру, предназначенного для тестирования и определения типа методом сигнатурного анализа микросхем ТТЛ (серии К155, К555, К531, К1531) и КМОП (серии К176, К561, К1561) логики, позволяющее производить проверку всех статических режимов работы этих ИМС.

Проверка производится следующим образом:

К порту принтера (LPT) компьютера посредством кабеля подключается устройство. В колодку, выведенную на его корпус, вставляется испытуемая микросхема. На компьютере запускается программа поддержки. Она управляет выдачей сигналов в порт, которые в свою очередь поступают на входы микросхемы. Далее программа считывает данные с выходов микросхемы, анализирует считанные данные, сверяя их с табличными, и выводит на дисплей результат тестирования. При определении типа ИМС производится перебор всех известных для тестирования комбинаций (выполняется сигнатурный анализ), после чего осуществляется анализ поступивших данных и вывод результатов на экран.

1. Анализ исходной проектной ситуации.

Зачастую проверка микросхем (например, в радиомастерских), в связи с отсутствием широкодоступных и недорогих устройств такого класса, осуществляется по работоспособности того или иного изделия путем пайки или вставления в панель ИМС на плату данного изделия. Этот процесс занимает достаточно длительное время и не всегда может служить показателем полной исправности микросхемы (к примеру, когда микросхема исправна лишь частично).

Как показал поиск в технической литературе, а также во всемирной компьютерной сети InterNet, в настоящее время в нашей стране не существует серийных аналогов подобного устройства, позволяющего производить проверку статических режимов работы различных логических микросхем, хотя на заводах, производящих их выпуск, применяются единичные экземпляры подобных устройств. Они имеют достаточно ограниченный спектр применения, поскольку предназначены для проверки узкого ряда радиоэлектронных приборов (обусловленного выпускаемыми типами микросхем).

Так, например, в 80-х годах выпускался испытатель цифровых интегральных схем Л2-60, предназначенный для определения работоспособности логических интегральных схем с количеством выводов до 16 путем их проверки на выполнение логической функции. Для подключения испытуемых ИМС в разных корпусах к прибору служат адаптеры и 2 соединительных устройства, смена комбинации сигналов производится переключателями, расположенными на его лицевой панели, смена типов микросхем выполняется при помощи перемычек. Основные технические данные прибора Л2-60:

Максимальное количество выводов испытуемой микросхемы - 16

Регулируемое напряжение питания тестируемой микросхемы - 1...30в

Потребляемый микросхемой ток - 0...60мА

Продолжительность непрерывной работы в рабочих условиях - 8 часов

Напряжение питания устройства - сеть ~220в, 50Гц

Потребляемая от сети мощность, не более - 20Вт

Как видно из описания и характеристик прибора, его функциональные возможности по проверке сильно ограничены выпускающимся ассортиментом микросхем 80-х годов. Длительный процесс смены типа микросхемы и выставляемые вручную комбинации сигналов делают это устройство ныне морально устаревшим.

Ассортимент выпускаемых на данный момент микросхем ТТЛ и КМОП логики настолько велик, что делать устройство для тестирования каждого элемента в отдельности нерентабельно. Потому целесообразно, создавая устройство, интегрировать в нем проверку большого множества элементов, чтобы сделать его как можно более универсальным.

Данное устройство может с успехом применяться для проверки комплектующих микросхем на заводах, производящих их выпуск и сборку готовых изделий; в организациях, производящих ремонт бытовой техники, применяющих эти микросхемы; в любительской радиоэлектронике.

1. Перечень основных функций, подлежащих реализации.

Проектируемое устройство должно выполнять 2 основные функции:

а) Тестирование микросхем.

Серия и тип испытуемой микросхемы известны. Микросхема считается исправной, если все ее контролируемые входные и выходные сигналы соответствуют имеющимся в базе данных (и соответствующим ТУ) для данного типа в течение некоторого промежутка времени, называемого временем тестирования.

б) Определение типа микросхем.

Тип испытуемой микросхемы заранее неизвестен, и целью анализа служит именно определение типа данной микросхемы. При этом пользователь должен указать по меньшей мере напряжение питания данной микросхемы и выводы, на которые оно подается.

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.

1. 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