Тестер цифровых микросхем на базе Arduino со встроенной таблицей истинности

Различные микросхемы имеют разные характеристики. Таким образом, становится обязательным применять различные конфигурации оборудования и подавать все возможные входы для проверки различных микросхем. Нам нужны простые и полезные методы для проверки функциональности различных типов микросхем. В этой статье представлен тестер цифровых микросхем на базе Arduino, который обладает широкими возможностями, высокой надежностью и экономичностью. Здесь мы разрабатываем программу с разными функциями для проверки разных микросхем. Мы систематически анализируем и тестируем прототип на нескольких микросхемах, обращаясь к каждому отдельному выводу со всеми возможными входами. Мы также исследуем таблицы истинности, связанные с различными микросхемами, по каналу отображения. Авторский прототип показан на рис. 1, а структурная схема тестера микросхем - на рис. 2.

Схема тестера цифровых микросхем на базе Arduino

Принципиальная схема цифрового тестера микросхем показана на рис. 3. Он построен на плате Arduino Mega ADK (BOARD1) на базе микроконтроллера ATmega2560 (MCU), Nokia 5110 LCD, подключенного к CON1, матричной клавиатуре 5×3 (от S1 до S15), разъему ZIF (ZIF1), адаптеру 12 В/1 А и некоторым другим. компоненты.

ATmega2560 в Arduino Mega оснащен загрузчиком, который позволяет загружать новые коды в MCU без использования внешнего аппаратного программатора.

Экран LCD, используемый в этом прототипе, имеет разрешение 48×84 пикселей. Он использует маломощный КМОП-контроллер LCD (PCD8544) с умеренным энергопотреблением 3,3 В. Это можно отрегулировать в соответствии с требованиями к мощности MCU с помощью подходящих резисторов. Для управления LCD была разработана простая библиотека lcd с некоторыми базовыми функциями.

Целью использования принципа матрицы клавиатуры является уменьшение необходимого количества контактов ввода/вывода (I/O) для управления клавишами. При вводе данных одновременно считывается только один столбец. Столбец, который нужно прочитать, подключен к логическому 0В.

Теперь, while проверяя состояние строк, можно определить, какая клавиша нажата в этом конкретном столбце. После чтения одного столбца MCU немедленно переходит к следующему, подключая новый столбец к логическому 0В. Очень важно, чтобы только этот конкретный столбец (проверяемый) был подключен к логическому 0В. В противном случае невозможно будет обнаружить правильный ввод. Таким образом, все столбцы считываются один за другим, чтобы получить один полный цикл сканирования матрицы.

При тактовой частоте 16 МГц ATmega2560 способен сканировать всю матрицу тысячи раз в секунду. Обратите внимание, что вдоль всех переключателей добавлены диоды, чтобы исключить неожиданные результаты из-за одновременного многократного нажатия клавиш. Для управления клавиатурой другая библиотека под названием «keypad» позволяет пользователю подавать различные входные данные на MCU.

В схеме каждый контакт ввода-вывода (связанный с разъемом ZIF) подключен к понижающему резистору сопротивлением 1 МОм. Эти резисторы (от R1 до R20) предотвращают плавающее состояние входных контактов, когда они не подключены ни к какому состоянию (высокий/низкий). Чтобы код, разработанный для этого тестера микросхем, работал идеально, рекомендуется, чтобы все подключения к контактам Arduino выполнялись точно так, как показано на принципиальной схеме. Если что-то в принципиальной схеме изменилось, необходимо изменить код.

Авторский прототип был использован для успешного тестирования следующих микросхем: 4000, 4001, 4002, 4011, 4012, 4023, 4025, 4029, 4030, 4049, 4050, 4068, 4069, 4070, 4071, 4072, 4073, 4075, 4077, 4081, 4082, 4093, 5408, 5409, 5411, 5421, 5479, 7266, 7400, 7401, 7402, 7403, 7404, 7405, 7408, 7409, 7410, 7411, 7412, 7414, 7420, 7421, 7427, 7430, 7432, 7473, 7474, 7476, 7478, 7479, 7486, 74132 и 74393.

Микросхемы 4011, 4023, 4029, 4030, 4069, 4093, 7402, 7404, 7414, 7476 и 74393 были протестированы в лаборатории EFY.

Количество поддерживаемых микросхем можно увеличить за счет включения в программу новых функций и библиотек. Поскольку ATmega2560 MCU имеет 256 КБ флэш-памяти, можно загрузить программу для очень большого количества микросхем.

В отличие от обычного тестера микросхем, это устройство предоставляет пользователю множество полезных функций. Панель дисплея Nokia 5110 и 15-клавишная клавиатура использовались в этом устройстве для разработки подходящего пользовательского интерфейса, который позволяет отображать таблицу истинности.

Пользователи могут найти помощь по процедуре тестирования. При вводе входных данных (например, номера IC и временного интервала) они могут стереть неправильно введенные цифры if и повторно ввести правильные. Таблицы истинности для каждого отдельного вентиля можно приостановить для лучшего наблюдения или пропустить для экономии времени. Есть возможность воспроизведения предыдущего этапа (для повторного ввода данных) без перезагрузки устройства.

Создание и тестирование

Одна сторона PCB передатчика показана на рис. 4, а расположение его компонентов на рис. 5. Этот PCB можно использовать в качестве экрана Arduino с платой Arduino Mega ADK, используя источник питания 12 В на CON2. В противном случае плату Arduino Mega ADK можно подключить к PCB с помощью кабельных разъемов и источника питания от адаптера 12 В/1 А.

Как показано на блок-схеме (рис. 2), MCU подключается через LCD, клавиатуру и разъем IC ZIF. Блок-схема, соответствующая основному рабочему процессу, показана на рис. 6. Как показано на блок-схеме, данный прототип оснащен двумя методами проверки конкретной ИС. Оба эти вопроса подробно описаны ниже.

Поскольку разные микросхемы имеют свои собственные характеристики, процесс проверки для каждой из них может отличаться. Здесь мы возьмем пример обычного вентиля И-НЕ IC 4011, таблица истинности которого показана в Таблице IV.

Метод автоматического поиска

В этом процессе сначала вводится количество контактов проверяемой микросхемы. Затем устройство начинает передавать все возможные входные сигналы в микросхему и возвращает свой ответ для каждого возможного входа. Если ответ соответствует выходным данным конкретной микросхемы в ее базе данных, он объявляет эту микросхему хорошей (рис. 7 и 8).

Метод проверки вручную

В этом методе сначала вводится номер IC (например, 4011, как показано на рис. 9). При продолжении отображаются основные сведения об этой микросхеме (рис. 10). В начале процесса проверки пользователю предоставляется опция таблицы истинности (рис. 11). Для просмотра таблиц истинности необходимо выбрать эту опцию. На следующем этапе MCU инициализирует задачу обработки сигнала.

В case этой конкретной микросхемы И-НЕ 4011 MCU обеспечивает питание 5 В на контакте 14 и 0 В на контакте 7. Поскольку эта микросхема имеет четыре вентиля И-НЕ, каждый из них проверяется один за другим. MCU обеспечивает необходимую комбинацию входов для каждого вентиля в соответствии с таблицей истинности (Таблица IV) и принимает выходные данные от IC (4011) в качестве входных данных.

Затем, сравнивая эти наблюдаемые результаты с ожидаемыми результатами в соответствии со спецификациями IC, MCU выдает заключение по этому конкретному элементу (на рис. 12 показан результат для первого элемента вместе с соответствующей таблицей истинности). Наконец, отображается количество хороших и плохих вентилей, а также общее состояние микросхемы (рис. 13).

Загрузить PDF-файлы и PDF-файлы компоновки компонентов: нажмите здесь

Загрузить исходный код: нажмите здесь

Ознакомьтесь с другими проверенными проектами Arduino.