Разработка контролю та визначенням типу логічних інтегральних мікросхем методом сигнатурного анализа

1. Запровадження … … 3 2. Постановка завдання … 5.

3. Призначення системы.

… 5.

4. Аналіз вихідної проектної ситуації … 5.

5. Перелік основних функцій, які підлягають реалізації. 7.

6. Основні технічні параметри … 9.

7. Вимоги до персонального комп’ютера та систему … 9.

8. Вимоги до інтерфейсу користувача … 9 9. Проектування структури системи … 11 10. Опис структури системи …

11 11. Вибір технічних і програмних засобів реалізації … 18 12. Вибір елементної базы.

… 18 13. Вибір програмних засобів …

25 14. Опис принципових схем.

… 27 15. Опис складу принципових схем у порівнянні з відповідними структурними схемами вузлів … 27 16. Проектування алгоритму функціонування системи … 47 17. Метод сигнатурного анализа.

… 47 18. Опис алгоритму функціонування системи … 49 19. Розподіл адресного простору LPT-порта … 50 20. Опис подпрограмм.

… 53 21. Опис конструкції системы.

… 59 22. Інструкція по эксплуатации.

… 60 23. Економічна часть.

… 61 24. Питання охорони праці та техніки безпеки … 65 25.

Заключение

.

…

… 75 26.

Литература

.

…

… 76 27. Приложения.

…

… 77.

28.

Введение

Заводы й українські підприємства, випускають радіодеталі (і зокрема — мікросхеми), після виготовлення, але до відправки готової своєї продукції склад, піддають їх контролю на працездатність, і навіть відповідність технічних умов і параметрами ГОСТ’а. Проте, радіодеталі, навіть минулі ВТК заводуизготовителе, мають певний відсоток відмови від процесі транспортування, монтажу чи експлуатації, наслідком чого стане у себе додаткові витрати робочого дня і коштів на їх виявлення заміна (причому більшу частину часу займає саме виявлення несправних деталей). Особливо 100% справність комплектуючих деталей при складанні відповідальних вузлів управляючих систем, коли несправність будь-якої однієї деталі може викликати у себе вихід із ладу інших деталей, вузлів, а можливо, і лише комплексу загалом. Задля більшої цілковитої певності щодо працездатності тій чи іншій радіодеталі, необхідно перевіряти в справність безпосередньо перед складанням вузла чи вироби («вхідний контроль» на заводах та підприємствах, котрі займаються виробництвом радіоелектронних пристроїв). Якщо більшість радіодеталей можна перевірити звичайним омметром (як, наприклад, резисторы чи діоди), то тут для перевірки інтегральної мікросхеми (ІМС) потрібно набагато більший асортимент устаткування. У цьому плані хорошу допомогу міг би надати пристрій, що дозволяє оперативно перевіряти працездатність ІМС, із можливістю перевірки як нових (підготовлених для монтажу), і вже демонтованих із плати мікросхем. Дуже зручна перевірка мікросхем, котрим конструктивно на платі вироби передбачені колодки. Це дає можливості виробляти досить швидку перевірку радіодеталі, звівши ризик її з експлуатації до мінімуму, що у цьому випадку повністю виключається її нагрівання й різні механічні ушкодження при монтаже/демонтаже. Існують певні методи маркування радіодеталей, які від стандартних (приміром, у разі, якщо їх випуск і складання готових виробів виготовляють тому ж заводі; і використовується скорочена чи колірна маркірування). Не винятком є і мікросхеми, що дуже утрудняє визначення їх типу. Таке маркірування обумовлена спрощенням (як наслідок, здешевленням) технологічного процесу виробництва радіодеталей. І тут визначення можливе з допомогою тієї самої устрою, функції якого було зведено до визначенню типу мікросхеми методом сигнатурного аналізу. Нині на заводах та підприємствах досить широке торгівлі поширення набули персональні IBM-совместимые комп’ютери. Оскільки завдання тестування й універсального визначення типу методом сигнатурного аналізу мікросхем вимагає наявності інтелектуального устрою до виконання алгоритму тестування та фінансової бази даних, що містить інформацію з мікросхемах, доцільно проектувати саме приставку до комп’ютера, подключаемую через зовнішній порт, а чи не окреме самостійне пристрій. Це зумовлено наявністю в стандартному комплекті IBM-совместимого комп’ютера багатьох компонент, необхідні вирішення даної задачі (мікропроцесора, що є основою комп’ютера; жорсткого диска, покликаного забезпечити зберігання інформації; зовнішніх портів виводу-введення-висновку — послідовних COM1, COM2 і паралельного LPT; клавіатури і дисплея — для введення та виведення інформації соответственно).

29. Постановка задачи.

30. Призначення системы.

Целью даної роботи є підставою розробка щодо недорогого устрою, подключаемого до IBM-совместимому комп’ютера, покликаного забезпечити тестування та визначенням типу методом сигнатурного аналізу мікросхем ТТЛ (серії К155, К555, К531, К1531) і КМОП (серії К176, К561, К1561) логіки, яке дозволяє випускати перевірку всіх статичних режимів роботи цих ІМС. Перевірка виробляється так: До порту принтера (LPT) комп’ютера у вигляді кабелю підключається пристрій. У копил, виведену з його корпус, вставляється испытуемая мікросхема. На комп’ютері запускається програма підтримки. Вона управляє видачею сигналів до порту, які у своє чергу надходять на входи мікросхеми. Далі програма зчитує дані з виходів мікросхеми, аналізує лічені дані, звіряючи його з табличными, і виводить на дисплей результат тестування. При визначенні типу ІМС виробляється перебір всіх відомих для тестування комбінацій (виконується сигнатурный аналіз), після чого здійснюється аналіз які поступили даних, і висновок результатів на экран.

31. Аналіз вихідної проектної ситуации.

Зачастую перевірка мікросхем (наприклад, в радиомастерских), у зв’язку з відсутністю широкодоступных і недорогих пристроїв такого класу, здійснюється за працездатності тієї чи іншої вироби шляхом пайки чи вставления в панель ІМС на плату даного вироби. Цей процес відбувається займає час і не може бути показником повної справності мікросхеми (приміром, коли мікросхема справна лише частково). Як показав пошук у Вищій технічній літературі, і навіть у світовій комп’ютерну мережу InterNet, нині нашій країні немає серійних аналогів подібного устрою, що дозволяє робити перевірку статичних режимів роботи різних логічних мікросхем, хоча заводах, які виробляють їх випуск, застосовуються поодинокі екземпляри подібних пристроїв. Вони досить обмежений спектр застосування, оскільки призначені для перевірки вузького низки радіоелектронних приладів (обумовленого що випускаються типами мікросхем). Приміром, в 80-ті роки випускався випробувач цифрових інтегральних схем Л2−60, готовий до визначення працездатності логічних інтегральних схем з кількістю висновків до 16 шляхом перевірки на виконання логічного функції. Для підключення піддослідних ІМС у різних корпусах до приладу служать адаптери і 2 з'єднувальних устрою, зміна комбінації сигналів виробляється перемикачами, розташованими з його лицьової панелі, зміна типів мікросхем виконується з допомогою перемичок. Основні технічні дані приладу Л2−60:

Максимальное кількість висновків испытуемой мікросхеми — 16 Регульоване напруга харчування тестируемой мікросхеми — 1…30 В Споживаний мікросхемою струм — 0…60мА Тривалість безперервної роботи у робочих умовах — 8 годин Напруга харчування устрою — мережу ~220 В, 50 Гц Споживана від мережі потужність, трохи більше — 20Вт Как це випливає з описи і характеристик приладу, його функціональні спроби з перевірці сильно обмежені выпускающимся асортиментом мікросхем 80-х. Тривалий процес зміни типу мікросхеми і виставлені вручну комбінації сигналів роблять цей прилад нині морально застарілим. Асортимент випущених нині мікросхем ТТЛ і КМОП логіки такий високий, що робити пристрій для тестування кожного елемента у окремішності нерентабельно. Тому доцільно, створюючи пристрій, інтегрувати у ньому перевірку великого безлічі елементів, щоб зробити його максимально універсальним. Дане пристрій можна з успіхом застосовуватися для перевірки комплектуючих мікросхем на заводах, які виробляють їх випуск і складання готових виробів; в організаціях, які виробляють ремонт побутової техніки від, які використовують ці мікросхеми; в аматорською радиоэлектронике.

32. Перелік основних функцій, які підлягають реализации.

Проектируемое пристрій має виконувати 2 основні функції: а) Тестування мікросхем. Серія і тип испытуемой мікросхеми відомі. Мікросхема вважається справної, якби її контрольовані вхідні і вихідні сигнали відповідають наявних у базі даних (і відповідатиме ТУ) для такого типу протягом деякого проміжку часу, званого часом тестування. б) Визначення типу мікросхем. Тип испытуемой мікросхеми заздалегідь невідомий, і метою аналізу служить саме визначення типу даної мікросхеми. У цьому користувач повинен зазначити по меншою мірою напруга харчування даної мікросхеми і деякі висновки, куди воно подается.

При проектуванні необхідно врахувати кілька обмежень, що виникають у процесі разработки:

33) Різноманітне номінальне напруга харчування мікросхем (+5 В ТТЛ і +9 В.

КМОП);

34) Різноманітне призначення висновків мікросхеми (вхід, вихід, GND,.

+Uпит); повинно бути конфліктів у разі визначення типу (під час подачі потенціалів, виділені на входу мікросхеми, їхньому вихід, коли тип мікросхеми заздалегідь неизвестен);

35) Обмеження максимально споживаного мікросхемою струму (у разі перевірки несправної микросхемы);

36) Перетворення ТТЛ-уровней LPT-порта в рівні, придатні тестування мікросхеми (min струми входів, max струми виходів і пр.);

37) Недостатня розрядність LPT-порта для тестування окремих мікросхем логики;

38) Можливість подачі +9 В харчування на мікросхему з номінальним напругою харчування +5 В щодо типу ІМС. Необхідно враховувати можливість установки в панель для тестування несправної мікросхеми, щоб за яких умов недопущення ушкодження устрою, чи тим паче LPT-порта комп’ютера. Захист можна організувати, вводячи у блок харчування апаратне відключення напруги харчування, якщо струм споживання перевищив максимально допустимі для ІМС параметри. Значення порога відключення бажано встановлювати програмно. Також необхідна гальванічна розв’язка вторинних ланцюгів блоку харчування від мережі змінного тока.

39. Основні технічні параметры.

Исходя зі сказаного вище, сформулюємо основні технічні характеристики проектованого устройства:

Максимальное кількість висновків испытуемой мікросхеми — 32 Логічні рівні сигналів — КМОП, ТТЛ. Номінальне напруга харчування мікросхеми ТТЛ типу — +5 В Номінальне напруга харчування мікросхеми КМОП типу — +9 В Регульоване напруга харчування испытуемой мікросхеми — +2…+9 В Крок регулювання напруги харчування — трохи більше 0.05 В Максимально припустимий споживаний мікросхемою струм — ~250мА Розрядність ЦАП управління напругою — 256 Розрядність ЦАП управління споживаним струмом — 256 Точність виміру споживаного мікросхемою струму — (1мА Час 1-го кроку тестування — ~100мкс Напруга харчування устрою — мережу ~220 В, 50 Гц Максимально споживаний від мережі струм — 0.1А.

40. Вимоги до персонального комп’ютера і операційній системе.

Для роботи даного устрою необхідний IBM-совместимый персональний комп’ютер з урахуванням процесора 80 286 чи вище, що у собі стандартний порт принтера (LPT). Вибір 80 286 обумовлений використанням для створення підпрограм тестування команд 286-го процесора (яких були на більш ранніх моделях з урахуванням 8086). Робота програми підтримки устрою необхідна операційна система MS-DOS версії не нижче 3.3.

2.6. Вимоги до інтерфейсу пользователя.

Пользовательский інтерфейс — це спілкування між людиною і комп’ютером. На практичному рівнях інтерфейс — це набір прийомів взаємодії з комп’ютером. Користувачі виграють від цього, що знадобиться менше часу, щоб навчитися використовувати докладання, і потім — до виконання роботи. Грамотно побудований інтерфейс скорочує кількість помилок і сприяє з того що користувач почувається і системи комфортніше. Від цього, зрештою, залежить продуктивність работы.

Тому користувальницький інтерфейс необхідно проектувати те щоб було забезпечено максимальне зручність користувачам регулярно працюють з даної програмою. Тобто. у програмі мають бути заложены:

. підказки, дозволяють користувачеві прийняти на створеної ситуации;

. інтерактивна допомогу (можливість виклику із будь-якої місця программы);

. очевидність меню (проста формулювання, ієрархічна структура, логічне відповідність пунктів і подпунктов);

. зокрема можливість використання «гарячих» клавиш;

. екстрений вихід із программы.

Більше докладну інформацію про проектуванні користувальницького інтерфейсу можна знайти у [8], [9].

46. Проектування структури системы.

47. Опис структури системы.

Исходя з поставлених технічних умов розробимо структурну схему устрою, виходячи з якою можна буде вести подальше проектування системи. Загальна структурна схема приведено на рис. 1.

[pic].

Мал.1. Загальна структурна схема.

Харчування устрою здійснюється від мережі змінного струму ~220 В, обмін даними між пристроєм і комп’ютером здійснюється з допомогою порту принтера LPT. Мікросхема вставляється в копил, розташовану на корпусі проектованого устрою. LPT-порт комп’ютера нормального режимі є паралельний регістр, який має 12 ліній виведення і п’яти ліній на введення [7]. Оскільки мікросхеми мають найрізноманітнішу структуру, то цього недостатньо для тестування мікросхем, мають, приміром, 6 входів і 16 виходів (К155ИД3), чи 21 вхід і одну вихід (К155КП1). Тому необхідно нарощування розрядності LPT-порта шляхом введення вхідних запам’ятовувальних регістрів, вихідних мультиплексоров і дешифратора, управляючого записом в регістри і читанням даних з допомогою мультиплексоров відповідно. Застосування у разі вихідних мультиплексоров, а чи не регістрів, зумовлено спрощенням схеми, і, можливо завдяки статичному характеру сигналів на висновках испытуемой мікросхеми. Оскільки стандартний LPT-порт комп’ютера тримає в виході ТТЛ-уровни, то доцільно вибрати в ролі регістрів і мультиплексоров саме ТТЛ-микросхемы. Структурна схема устрою представлена на рис. 2.

[pic].

Рис. 2. Структурна схема устройства.

Входные регістри необхідні запам’ятовування виставлених значень, виділені на подачі на вхід мікросхеми. Вихідні мультиплексори призначені для читання сигналів з виходів мікросхеми. Під час проектування необхідно поступово переорієнтовуватися під 32 розряду (оскільки максимальну кількість висновків мікросхем ТТЛі КМОП-логики вбирається у 32). Оскільки число вхідних і вихідних ліній LPT-порта обмежена, та найбільш ефективним та зручним для програмування у разі буде використання 8-місячного вихідних ліній LPT-порта для записи даних в регістри і 4-х вхідних ліній LPT-порта для читання даних із мультиплексоров. Для записи даних знадобляться чотири 8-разрядных регістру, для читання даних — чотири двухвходовых 4-разрядных мультиплексора. Оскільки вхідні і вихідні лінії розділені (для введення та виведення даних використовуватимуться різні фізичні лінії LPT-порта), то мультиплексори може бути паралельно регістрам (для адресації знадобиться 4-те лінії замість 8-місячного). У цьому керувати вибіркою входів мультиплексоров використовуватиметься один біт LPT-порта виведення (0-ї біт порту 378H). У блоці харчування аналогічно вхідним буде використано ще три 8-разрядных регістру (2 управління і одну на комутацію, промову про них піде нижче), які зажадають ще 3 адресні лінії. Отже, для адресації 7-ї регістрів знадобляться 3 додаткові лінії LPT-порта (37AH) виведення (адресуемые з допомогою дешифратора 3×8). І ще одне лінія порту 37AH виведення потребуватимуть керувати записом в регістри. Оскільки проектоване пристрій призначено як тестування мікросхем ТТЛ, так тестування мікросхем КМОП, то після вхідних запам’ятовувальних регістрів необхідно провести пристрій узгодження по входу (для перетворення вихідних ТТЛ-уровней регістрів в рівні испытуемой мікросхеми (КМОП чи ТТЛ, залежно від серії). Для читання даних із виходів испытуемой мікросхеми, перед входами мультиплексоров необхідно поставити аналогічне пристрій узгодження після виходу (перетворення вихідних КМОП чи ТТЛ сигналів в ТТЛ-уровни). При визначенні типу мікросхеми кожному за розряду заздалегідь невідомо, чи є підключений щодо нього висновок мікросхеми входом чи виходом. Тому струм, протекающий через її висновок, може бути обраний таким, щоб забезпечувати максимально можливий вхідний струм для перевіреній серії. Потрібно зважити на факт, що струм виходу деяких мікросхем менше цього вхідного струму, тому під час спроби визначення їхніх типу, результати може бути спотворені; т.к. таких мікросхем обмаль, є підстави усунуто від списку визначених. Слід також враховувати відмінність входных/выходных струмів для мікросхем КМОП і ТТЛ серий.

[pic].

Рис. 3. Структурна схема блоку питания.

Блок харчування устрою має забезпечити необхідне харчування апаратної частини проектованого устрою. Структурна схема блоку харчування представлена на рис. 3. Величини напруження і максимально споживаного струму у ланцюги навантаження повинні встановлюватися програмно. Регулювання напруження і струму потрібна у тому, щоб матимуть можливість виміряти мінімальне напруга харчування і максимально споживаний струм кожному за конкретного примірника. З огляду на вищевикладене, до його складу включено такі узлы:

1) джерело харчування устройства;

2) 8-разрядный регістр для запам’ятовування виставленого значення напруги харчування испытуемой микросхемы;

3) 8-разрядный ЦАП для перетворення цифрового значення напруги в аналоговий, джерело опорного напруги для него;

4) регульований стабілізатор напруги испытуемой микросхемы;

5) 8-разрядный регістр для запам’ятовування виставленого значення максимально споживаного тока;

6) 8-разрядный ЦАП для перетворення цифрового значення макр. струму в напруга, джерело опорного напруги для него;

7) датчик і перетворювач споживаного струму в напруга (з одночасним посиленням — за погодженням з наступним звеном);

8) пристрій порівняння (компаратор) виставленого значення струму з реально споживаним мікросхемою (при перевищенні останнього повинна спрацьовувати апаратна защита);

9) 1-разрядный регістр для запуску регульованого джерела харчування у разі спрацьовування защиты;

10) 8-разрядный регістр управління комутацією напруги харчування ИМС;

11) пристрій комутації харчування ИМС.

8-разрядные регістри і ЦАП’ы можуть забезпечити ступінчасту регулювання в 28=256 значень напруги. Тобто. при опорному напрузі в 9 В, крок буде дорівнює [pic], цього досить для регулювання напруги харчування ІМС. Оскільки максимально припустимий споживаний мікросхемою струм обраний ~250мА, то змінюючи коефіцієнт посилення перетворювача можна домогтися дискретності зміни струму в [pic]. Для визначення реально споживаного струму такий точності буде предосить. Для читання стану устрою порівняння споживаного струму необхідний ще один розряд LPT-порта на введення (3-й біт порту 379H). Оскільки в різних мікросхем харчування подається різні висновки (до прикладу, у К155ЛА3 — 14 і аналогічних сім висновки, а й у К155ИЕ2 — 5 і десяти висновки на шляху подання +5 В і GND відповідно), слід передбачити все варіанти подачі харчування різні висновки колодки, настановленим испытуемой мікросхеми. Як показав аналіз різновидів харчування мікросхем [3,4], можливі 6 варіантів включення «+» харчування і трьох варіанта включення GND (мікросхема вставляється зі зміщенням убік 16-го контакту колодки, «ключ» мікросхеми у своїй має бути спрямований убік 1-го контакту колодки). Отже, пристрій комутації содержит:

1) регістр комутації питания.

2) 2 дешифратора (для «+» і GND соответственно);

3) комутаційні ключі по «+» питания;

4) комутаційні ключі по GND.

Структурная схема устрою комутації приведено на рис. 4.

[pic].

Рис. 4. Структурна схема устрою комутації харчування ИМС.

4. Вибір технічних і програмних засобів реализации.

5. Вибір елементної базы.

Задля реалізації програмного управління напругою харчування і струмом споживання ІМС як ЦАП обраний К572ПА1А, який відповідає вимогам розрядності (>=8 біт) і швидкодії (.