一種可攜式、多功能、可擴展的數字電路測試儀的製作方法

2023-12-10 02:04:41 3

專利名稱：一種可攜式、多功能、可擴展的數字電路測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬電子測量設備類，是一種測試各種數字電路的通用測試儀。
目前的數字電路方面的測試儀器不少，如中國實用新型說明書CN2065766U介紹的測試儀的每一測試線接口需用4個三極體、4個電阻、兩個鎖存器、兩個三態門，一個可測40個引腳的接口電路需400多個元器件，不僅可靠性及可維護性差、儀器的體積大攜帶不便，而且只能測數字電路中的集成電路及40腳以內的微機系統，其編程功能對於廣大普通使用者來說使用過於複雜。又如中國實用新型說明書CN2153807Y中提到的只能測20腳以內的，電源端固定的TTL或CMOS集成電路，對於其它的數字電路無法測試，這在目前存在各種數字電路產品的情況下愈顯功能太弱。還有人民郵電出版社(1996.2)出版的《微型計算機系統的故障診斷與測試》37頁中介紹的「集成電路測試儀」是一種微機系統，價格昂貴、體積大、無法攜帶。由於目前的數字電略測試儀存在功能不足、體積寵大、價格昂貴等幾種不足，因此不能被數字電路研製開發以及維修、維護人員接受。
本實用新型是提供一種可與微機通訊，具有計算器功能，充電系統、可測試任何數字集成電路、數字線路的測試儀。它具有學習功能，便於擴展、體積小可攜帶，而且價格適中。
本實用新型是有控制(11)、接口(12)、電源(13)、測試器具(14)四部分。控制部分(11)由單片機8031系統、與微機通訊RS-232接口、鍵盤、顯示屏構成。接口部分是由高電壓態鎖存器、低電壓態鎖存器、測試線信號鎖存器及高電壓態、低電壓態模擬開關集成電路構成。電源部分是由低壓電源及充電電路和充電電池構成。測試器具部分是由集成電路插座、模擬晶片插頭、集成電路測試夾、擴展插頭構成。
測試數字電路時，從測試儀中引出若干條測試線，對於數字集成電路的離線測試，向與數字集成電路的輸入腳相連的測試線，按程序施加激勵信號，然後把與輸出腳相連的測試線信號和EPROM中的測試庫比較，如相同則說明集成電路是好的，否則說明集成電路已損壞；測在線的數字集成電路時，把集成電路測試夾具夾在待測的集成電路上，採用「快速測試」，即讀待測試的集成電路的各引腳，把信號與EPROM中的資料庫中的正確信號進行比較，如不相同說明損壞，相同則說明是好的，另一種方法是「學習」法，即首先用測試夾具夾到與待測相同的好的電路中同一個集成電路上，然後將信號集存入EEPROM中，然後再把測試夾具夾到待測的集成電路上讀取測試線的信號，與EEPROM中的信號比較，確定待測的在線的集成電路的好壞；測一般的數字電路，採用學習法，即首先把數字線路鱷魚夾或集成電路測試夾，夾到與待測電路相同的正常的電路上，電路工作的情況下讀取信號集存入EEPROM中，然後把夾具夾到待測的電路的相應點處，在待測電路通電源的情況下讀取信號並與EEPROM中的信號進行比較，如相同說明數字電路正常，否則損壞。
本實用新型用單片機控制接口部分完成對數字電路的測試，接口部分用兩個模擬開關的開合完成高電壓態、低電壓態、高阻態的轉換。其中兩個模擬一個接高中電壓，另一接地。模擬開關允許通過電流大，因此這種接口把電源態、邏輯「1」態合為一態，把地線態、邏輯「0」態合為一態。
本實用新型功能較強因為接口採用模擬開關集成電路，驅動電流可達300MA(當用MAX313)，可驅動任何數字集成電路；接口電路板只要和總線連接即可擴展為接口中的一部分，本測試儀最多可擴展十塊接口電路，即可有400條測試線；用「學習法」較可編程測試儀使用更方便；RS-232串行口可與微機通訊，可彌補單片機系統處理能力的不足。本實用新型體積較小因為接口電路用模擬開關，40條測試線的接口部分，包括解碼部分只用44片集成電路，這樣測試儀體積較小，便於攜帶；因有充電電路所以可在沒有市電的情況下使用，適用於野外檢修等工作中。本實用新型價格適中因元器件如8031、74LS373等價格低廉，模擬開關集成電路每片也只有2至3元，所以整機的成本不高，能夠為大部分人接受。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細的說明。


圖1.總體框圖。
圖2.控制部分框圖。
圖3.接口部分原理電路圖。
圖4.電源部分框圖。
圖5.控制部分電路圖。
圖6.接口部分電路圖。
圖7.總體外觀圖。
圖8.擴展接口部分外觀圖。
圖1中(11)是控制部分，(12)是接口部分，(13)電源部分，(14)是測試器具部分，(15)是雙向數據總線，(16)是地址總線，(17)是控制總線，(18)是40根測試線，(19)是擴展的接口板。其中接口部分(12)是可擴展部分，每擴展一塊接口電路板，就增加40根測試線，本測試儀最多可擴展10塊，即有400根測試線。如果提高控制部分(11)的驅動能力，還可擴展更多的接口電路板(19)。
圖2中的8031單片機(21)控制整個測試儀的工作，EPROM(22)、(215)中存放工作程序及數字電路的測試集，MAX823(23)是「看門狗」電路，它使單片機(21)正確復位及防止由於幹擾而使程序跑飛的現象。8279(24)是鍵盤(25)及LED顯示器(26)的管理晶片，當有鍵按下時，它向單片機(21)發出中斷，使主機響應鍵入的命令，以及單片機(21)通過8279(24)使LED(26)顯示命令及測試結果。LCD液晶顯示模塊(27)可顯示字符，具體應用時可根據情況選擇(26)(27)中的一種顯示器。ICL232(28)是一種串行通訊專用IC，單片機(21)通過ICL232(28)與微機進行雙向串行通訊，可接受微機的命令或利用微機的各種資源，使測試儀即可單獨使用也可與微機成為一個系統。EEPROM(29)是掉電不丟失的數據存儲器，用於「學習法」測試數字電路時學習信號的存儲。總線驅動(210)使控制部分(11)能夠帶動更多的接口部分(12)。
解碼(211)是完成各接口部分(12)的地址解碼。
用「學習法」測數字電路時，單片機(21)按EPROM(22)、(215)中的工作程序，首先通過總線(212)、(213)、(214)及接口部分(12)讀取要學習的數字電路的正常工作時的信號，並存在EEPROM(29)中，即使斷電「學習」的信號仍不會消失。之後，測試器具部分(14)放到要測的與學習數字電路相同的測試點處，並鍵入命令，這時，單片機(21)仍通過接口部分(12)讀取工作中的數字電路的信號，並按工作程序與EEPROM(24)中的「學習」信號測試集進行比較，如不同說明止測試的數字電路已損壞，否則說明待測數字電路工作正常，最後將結果顯示在LED(26)或LCD(27)顯示器上。只要在使用時注意使正常的數字電路與待測的數字電路有相同的結構，工作在相同狀態下，那麼測試結果的準確率是非常高的。
圖3是接口部分(12)中的一條測試線的原理電路圖。其中
是高電壓態鎖存器，
是低電壓態鎖存器，
是讀測試線信號鎖存器，
是高電壓態的轉換模擬開關，
是低電壓態的轉換模擬開關。
其中
的輸入端接數據總線而輸出端接高電壓態轉換模擬開關(34)的控制端，(34)的一端接高電壓，另一端接測試線而測試線與待測的數字電路相連。
輸入端接數據總線而輸出端接低電壓態轉換開關
的控制端，模擬開關(35)的一端接地線，另一端接測試線。
輸入端接測試線(314)，輸出端接數據總線(313)。(313)是來自控制部分(11)的8位數據總線中的1根，(36)是高電壓態鎖存器(31)和測試線信號鎖存器(33)的地址線，(38)是低電壓態鎖存器(32)的地址線。(36)(38)是按單片機(21)的外部數據存儲器統一編址。WR(37)是寫有效信號，RD(311)是讀有效信號，ALE(312)是單片機(21)發出的鎖存信號，DE(39)是鎖存器允許輸出信號。
因為74LS373集成電路是8個鎖存器共用一個鎖存允許G(313)及允許輸出E(314)。因此8個高電壓態鎖存器(31)、8個測試線信號鎖存器(33)共用一個地址，8個低電壓態鎖存器(32)共用一個地址。
給測試線激勵高電壓態的過程是，單片機(21)執行以下程序MOV DPTR.#KIO#KIO是(21)和(33)的地址MOVX A，@DPTR；讀測試信號SETB A.O；假設(313)是第0位總線MOV DPTR，#KIO；MOVX@DPTR，A；高電壓態控制信號寫入(31)第二句是單片機(21)讀八個地址為#KIO測試線信號鎖存器(33)的內容，這時這八個鎖存器(33)的地址線(310)及讀有效RD(311)同時為低電平有效，經過74LS32(315)後，輸出低電平、使(33)允許輸出E(316)有效，因為ALE(312)信號以1/6的單片機(21)機器周期振蕩，所以會不斷使(33)的鎖存允許(317)有效，這樣測試信號經(33)，出現在數據總線(313)，八條測試線信號同時被讀入單片機(21)的累加器A中。
第三句是只給地址為#KIO並接在數據總線0位的測試線激勵高電壓態，即把(34)的開關閉合，使+V接到測試線上。
消除測試線高電壓態的過程除第三句以外其餘都相同，第三句應為CLR A.O；控制信號為「0」給測試線激勵低電壓態的過程與激勵高電壓態不同的是地址#KIO應為#KO，鎖存器為(32)、開關為(35)外，其餘過程完全相同。
圖4中低壓直流電源(41)把220V市電變換為適用於測試儀的+15V及+5V的直流。充電電路(42)利用(41)輸出的電流為充電電池(43)充電，當在無市電的環境中使用測試儀時，可用充電電池(47)為測試儀提供低壓直流電源。
圖5中的單片機8031(51)的(RD)、(WR)、(PSEN)及(P1.2)構成控制總線，(P0)為八位數據總線，8031(51)的復位由MAX823(52)完成。
8031(51)與8279(53)相連而8279(53)與5×5鍵盤(55)、16位LED(56)相連，8031(51)還與LCD模塊1611(57)相連，完成人機互動。其中(56)與(57)可選其中一個做為顯示器。
8031(51)與27512(54)、27512(58)、EEPROM2864A(59)相連。構成存儲系統。(P1.3)作為(58)的片選信號，這樣程序存儲器空間為64K以內時(P1.3)為高電平，當訪問程序存儲空間為64K以上時(P1.3)為低電平。其中(58)、(59)中都存有監控程序，使程序進入64K以上範圍時也可以自己返回64K以內，這樣程序空間就由64K增加為128K。
ICL232(510)是8031(51)與外界進行串行通訊的RS-232接口晶片。
圖6中74LS373(61)～(65)是高電壓態鎖存器、74LS373(66)～(610)是低電壓態鎖存器，74LS373(611)～(615)是測試線信號鎖存器。(61)～(65)接MAX313(617)高電壓態鎖存器控制端。(66)～(610)接MAX313(617)低電壓態轉換開關的控制端。(611)～(615)的輸入端接測試線，輸出端接數據總線(616)。
(620)是跳線開關，選擇接口板的地址號，共有14個跳線，每個接口板只能選其中一個跳線。
圖7中測試儀由顯示器(71)、鍵盤(72)、殼體(73)、電源開關(74)、充電部分(75)、電源線(76)、充電允許開關(711)、充電顯示(710)、充電部分市電插頭(712)、充電部分輸出插頭(713)、集成電路插座(79)構成。
其它測試器具還有集成電路測試夾(78)、模擬晶片插頭(714)、數字線路測試鱷魚夾(716)、擴展集成電路插座(715)幾種。電源開關(74)按下後，把待測的集成電路插入(79)或把測試器具放置到數字電路的測試點，然後鍵入相應的命令鍵，測試儀開始工作，並把測試結果在顯示屏(71)上顯示。
測試儀也可在沒有220V電源的情況下依靠充電部分(75)中的電池工作，充電部分也可單獨方便拆下。
圖8接口部分由接口電路板(81)、總線插座(82)、總線插頭(83)、測試線插座(84)、測試器具構成。控制電路板(86)引出總線插在總線插座(82)上，當要擴展接口部分時，只要在新增加的接口電路板的總線插座(83)中插入原有的接口電路板的總線插頭(82)，即可增加40條測試線。
本實用新型功能齊全，攜帶方便，可做數字電路的維修、研製開發的得力工具。可測各腳最大電壓相同的任何數字集成電路，對於各腳電壓不同的，只要手動將高電壓分別接到相應的電壓上也可以測試。也可測試任何數字線路，包括各種遊戲機、微機等高速電路。
還具有和微機通訊功能，測試儀不僅可單獨使用，還可和微機組成一個測試系統；不僅可在研製、開發、維修等場合均可應用，還可成為數字電路生產線中的一部分，在自動化生產中發揮作用。
權利要求1.一種可攜式、多功能、可擴展的數字電路測試儀，其組成有由8031單片(5 1)、EEPROM(59)、總線驅動器74LS244、74LS245、鍵盤、顯示屏構成的控制部分(11)，由變壓器、充電部分構成的電源部分(13)；由地址解碼、寫測試線部分、讀測試線部分構成的接口部分(12)；由插座、插頭構成的測試器具部分(14)；其特徵在於控制部分(11)中採用多片EPROM，容量之和大於64K，用空閒的P1口或P2口作為大於64K的EPROM的片選信號，用EEPROM(59)存儲「學習」的信號；8279(53)用來做鍵盤(55)和16位LED(56)的接口晶片，另一種顯示屏是16位LCD(57)，(56)和(57)可選其一；用RS-232接口晶片(28)做為測試儀與微機或其它設備進行串行通訊的接口；充電部分做成單獨一部分，通過插頭(712)、(713)從外部和測試儀相接；接口部分中的高電壓態鎖存器(31)、低電壓態鎖存器(32)、測試線信號鎖存器(33)中分別存有控制高電壓態轉換開關(34)，低電壓態轉換開關(35)及測試線(314)的信號；測試器具部分插座(79)是40腳測試插座，插頭包括各種模擬插頭(714)、多腳的集成電路在線測試夾具(78)、數字線路測試鱷魚夾(716)、從各塊接口電路板輸出的各種擴展插頭(715)。
2.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於選用兩片型號為27512的EPROM(54)、(58)，用P1.3做為(58)的片選信號；EEPROM(59)選用的型號為2864A。
3.根據權利要求1所述的測試儀，其特徵在於高電壓態轉換模擬開關(34)、低電壓態轉換模擬開關(35)選用型號為DG271或MAX313的模擬開關集成電路；RS-232串行接口晶片(510)選用ICL232。
專利摘要本實用新型是一種數字電路測試儀,用於在生產、科研開發,維修中使用。不僅可測任何數字集成電路、數字線路。還具有串行通訊、充電電池備用、計算器等功能。由於用模擬開關集成電路做接口電路的三態轉換器件,驅動力增加而元器件數目減少,因此成為一種可攜式、多功能、價格適中的測試儀。
文檔編號G01R31/28GK2284963SQ9624176
公開日1998年6月24日 申請日期1996年11月12日 優先權日1996年11月12日
發明者滿都拉 申請人:滿都拉