Компьютеризация метода сигнатурного анализа

Представим микросхему в виде устройства с несколькими входами, на которые поступают двоичные входные сигналы, и несколькими выходами, с которых снимаются двоичные выходные сигналы.

Для проверки работоспособности такого устройства на его входы необходимо подать тестовую последовательность комбинаций входных сигналов и сравнить получаемые значения выходных сигналов со значениями, указанными в документации. В общем случае при проверке существенной проблемой является сжатие информации о правильных и наблюдаемых при контроле реакциях устройства на тестовые последовательности.

Для сжатия длинных двоичных последовательностей и получения кодов сигнатур используется сигнатурный анализатор, основу которого составляет сдвиговой регистр с внутренними обратными связями, замыкаемыми через сумматор по модулю 2, на вход которого также поступает последовательность бит, снимаемая с контролируемой точки.

Сигнатурный анализ основывается на следующем принципе сжатия данных: двоичная последовательность x в виде информационного полинома G(x) поступает с выхода проверяемой схемы на сдвиговой регистр и делится в виде полинома G(x) (где k - количество разрядов сдвигового регистра) на порождающий полином P(x) степени k. Деление не порождающий полином P(x) реализуется с помощью сдвигового регистра с обратными связями. Результатом деления является остаток R(x), получающийся в сдвиговом регистре после приема входной последовательности.

Математически процесс описывается формулой:



Где:

Q(x) - частное;

R(x) - остаток;

P(x) - порождающий полином степени k;

G(x) - информационный полином, соответствующий входной двоичной последовательности x.

При прохождении последовательности x через сдвиговый регистр R(x) изменяется до тех пор, пока не закончится вся последовательность x.

Конечное выражение R(x) является сигнатурой.

Для проектируемого устройства алгоритм работы заключается в подаче на вход устройства входной последовательности, считывании выходной последовательности с его выхода и ее сложении по модулю 2 с контрольной последовательностью.

В случае, если результат сложения не равен логическому “0” (выходная и контрольная последовательности не равны друг другу).

Для ускорения выдачи результатов процесс тестирования прерывается с возвратом ошибки.

Если же в результате сложения всех входных и контрольных последовательностей по модулю 2 получили логический “0” - микросхема исправна.

4.2 Описание алгоритма функционирования системы

Общая структурная схема работы системы в целом представлена на рис. 17.

Рисунок 17. - Алгоритм функционирования системы:

Комментарии к рис. 17 изложены в табл. 12.

Таблица 12:

Блок	Наименование	Комментарии
2	Инициализация устройства	Установка начальных значений регистров, снятие напряжения питания с панели для ИМС.
3	Ввод режима работы устройства	Выбор меню “Тестирование” или “Определение типа”.
4	Режим работы	В зависимости от п.3 переход на исполнение выбранной части программы.
5	Ввод напряжения питания ИМС и выбор выводов для его подачи	Ввод с клавиатуры напряжения питания ИМС и выбор выводов для его подачи из числа доступных в меню
6	Вызов подпрограммы определения типа микросхемы	Определение типа ИМС, возврат из п/п результата определения типа
7	Ввод типа микросхемы	Выбор в меню типа микросхемы
8	Вызов подпрограммы тестирования микросхемы	Тестирование микросхемы, возврат из п/п результата тестирования
9	Вывод результатов на экран	Вывод на экран результатов тестирования или определения типа
10	Инициализация устройства	См. п.2.
11	Завершить работу с устройством ?	В зависимости от выбора продолжить работу программы с п.3, либо завершить выполнение программы

4.3 Распределение адресного пространства LPT-порта

Весь обмен данными осуществляется через стандартные адреса LPT-порта. Порт 378H. Через него осуществляется запись информации во входные регистры, регистры управления напряжением и током (биты 0-7), а также для управления считыванием данных из “половинок” выходных мультиплексоров (бит 0).

Порт 379H. Используется для чтения данных из выходных мультиплексоров (биты 4-7), а также для контроля наличия напряжения питания на испытуемой микросхеме (бит 3).

Порт 37AH. Используется для дополнительной дешифрации регистров и мультиплексоров (биты 0-2), а также для стробирования записи во входные регистры (бит 3). Дополнительная дешифрация осуществляется следующим образом (табл. 13):

Таблица 13:

2 бит	1 бит	0 бит	Назначение
0	0	0	Запись во входной регистр DD2, чтение из выходного мультиплексора DD13
0	0	1	Запись во входной регистр DD3, чтение из выходного мультиплексора DD14
0	1	0	Запись во входной регистр DD4, чтение из выходного мультиплексора DD15
0	1	1	Запись во входной регистр DD5, чтение из выходного мультиплексора DD16
1	0	0	Не используется
1	0	1	Запись в регистр регулировки напряжения питания DD7
1	1	0	Запись в регистр регулировки макс. потр. тока DD8
1	1	1	Запись в регистр управления коммутацией питания, выбора типа МС и включения напряжения питания DD6

Запись 8-ми бит данных в соответствующий регистр производится из порта 378H (биты 0-7) при перепаде стробирующего сигнала 0-1 (бит 3, порт 37AH).

Чтение 4-х бит данных из соответствующего мультиплексора производится из порта 379H (биты 0-3). Входы данного мультиплексора переключаются при помощи бита 0 порта 378H. Далее два считанных (по 4 бита) программно собираются в 1 байт (8 бит).

Значение, записываемое в регистр коммутации питания, зависит от типа микросхемы.

Биты 0-2 регистра отвечают за коммутацию “+” питания микросхемы (табл. 14), биты 3-5 - за коммутацию GND (табл. 15), бит 6 отвечает за тип микросхемы (табл. 16), бит 7 - за включение напряжения питания (табл. 17):

Таблица 14:

0 бит	1 бит	2 бит	Коммутируемый вывод разъема X3
0	0	0	13
0	0	1	14
0	1	0	23
0	1	1	24
1	0	0	26
1	0	1	28

Таблица 15:

3 бит	4 бит	5 бит	Коммутируемый вывод разъема X3
0	0	0	16
0	0	1	19
0	1	0	20

Таблица 16:

6 бит	Тип микросхемы
0	ТТЛ
1	КМОП

Таблица 17:

7 бит	Напряжение питания испытуемой микросхемы
0	Неизменно
1	Включено

5. Описание подпрограмм

5.1 Подпрограмма инициализации устройства

После включения питания устройства в регистрах находится случайная информация. Для того, чтобы привести его в исходное состояние, необходимо записать начальные значения в управляющие регистры.

Эти же действия необходимо будет выполнять после каждого цикла тестирования, чтобы избежать выхода из строя испытуемой микросхемы при ее смене. Блок-схема подпрограммы инициализации приведена на рис. 18.

Рисунок 18. - Блок-схема подпрограммы инициализации устройства:

5.2 Подпрограмма тестирования микросхем

Блок-схема подпрограммы тестирования представлена на рис. 19.

При помощи интерфейса пользователь выбирает тип микросхемы. Программа находит в базе данных значения, соответствующие выбранной микросхеме и считывает их.

Данные для каждой микросхемы представляют собой следующую структуру:

1 байт - данные по коммутации напряжения питания (значение записывается в регистр DD6, 7-й бит не используется);

1 байт - данные по максимально потребляемому микросхемой току (в мА), значение записывается в регистр DD8;

2 байта - количество 8-байтовых данных в повторяющейся последовательности записи-сверки;

4 байта - данные, записываемые во входные регистры;

4 байта - данные, сверяемые со считанными с выходов испытуемой микросхемы (контрольная последовательность).

При программировании учтены следующие особенности:

- инверсия данных, записываемых во входные регистры, в устройстве согласования по входу;

- инверсия данных, считываемых из выходных мультиплексоров, в устройстве согласования по выходу;

- дополнительное потребление по току в устройстве коммутации, равное 7 мА.

Рассмотрим процесс тестирования на примере микросхемы К555ЛА3:

Значение, записываемое в регистр DD6. Для подачи питания на данную микросхему используются выводы 7 (GND) и 14 (+5 в). Им соответствуют контакты 16 и 23 разъема X3. Для коммутации +U_пит.мс. необходимо в разряды 0-2 регистра DD6 записать значение 010B. Для коммутации GND необходимо в разряды 3-5 регистра DD6 записать значение 000B. Поскольку тип микросхемы ТТЛ, необходимо в разряд 6 регистра DD6 записать значение 0B. Просуммировав, получим значение, которое необходимо записать в регистр 2H. Значение потребляемого микросхемой тока - 4,4 мА. Округляем до целого в большую сторону - 5H. Число циклов тестирования. Зависит от микросхемы. Для тестирования микросхемы К555ЛА3 достаточно 2²=4 цикла тестирования.

Рисунок 19. - Блок-схема подпрограммы тестирования:

Периодически повторяющаяся последовательность. Представляет собой 4 записываемых байта и 4 байта, с которыми производится сверка считанных значений.

Для неиспользуемых разрядов записываемое и считываемое значения должны соответствовать друг другу, для выводов “+” питания микросхемы будет считываться логическая “1”, для GND - логический “0”. Для данной выбранной микросхемы тестирование будет заключаться в переборе комбинаций по 2-м ее входам (т. е., 00, 01, 10 и 11) и сравнении выходных сигналов с заведомо верными. Разработанная подпрограмма тестирования на языке Ассемблер для микросхемы К555ЛА3.

5.3 Подпрограмма определения типа микросхем

Задача определения типа микросхемы представляет собой перебор всех известных для тестирования комбинаций при заданном значении напряжения питания микросхемы. Блок схема алгоритма определения типа приведена на рис. 20.

Рисунок 20. - Блок-схема подпрограммы определения типа:

Нужно учесть, что в приведенной на 20-ом рисунке блок-схеме, внутри подпрограммы тестирования имеется программно выставляемое напряжение питания испытуемой микросхемы меняться не должно.

Т. е., это необходимо учитывать при использовании алгоритма, представленного на рис. 19.

5.4 Описание конструкции системы

Устройство собрано на плате из двустороннего стеклотекстолита размерами 260x130.

Корпус устройства - алюминиевый, размеры корпуса - 310x140x60. Внутри корпуса размещен трансформатор T1 блока питания.

Сетевой выключатель плана SA1, держатель предохранителя марки FU1, а так же индикатор вида HL1 - все они находятся исключительно на лицевой панели корпуса, колодка для микросхемы X3 находится на его верхней панели.

На задней панели размещены: теплоотвод размерами 100x60x36, клемма заземления, разъем “LPT-порт” для подключения стандартного интерфейсного кабеля 25М-25М. При помощи этого кабеля устройство подсоединяется к соответствующему разъему (LPT) компьютера (кабель в комплект не входит).

На теплоотвод установлены микро схемный стабилизатор DA2 и транзистор VT114.

Эти элементы должны быть изолированы от теплоотвода прокладками из листовой слюды.

Эскиз устройства приведен на рис. 21.

Устройство питается от сети переменного тока ~ 220 в.

Рисунок 21:

6. Инструкция по эксплуатации

Порядок работы с устройством:

Подсоединяем устройство к LPT-порту компьютеру при помощи интерфейсного кабеля (устройство и компьютер при этом должны быть выключены).

Включаем компьютер при помощи переключателя, расположенного на панели компьютера (обычно лицевой).

Включаем устройство при помощи переключателя SA1, расположенного на лицевой панели устройства.

Запускаем на компьютере программу поддержки (testing.exe).

Вставляем микросхему в колодку, расположенную на верхней панели устройства.

Выбираем в меню режим работы устройства (“Тестирование”/”Определение типа”).

Если выбран режим “Тестирование”, далее выбираем тип микросхемы из списка предлагаемых к тестированию (например, К555ЛА3). Если выбран режим “Определение типа”, то выбираем напряжение питания микросхемы (+2, +9) и выводы для подачи питания в меню из числа доступных.

В зависимости от выбранного режима визуально наблюдаем на дисплее результат тестирования (“Исправна”/“Неисправна”) или определения типа.

Вынимаем микросхемы из колодки устройства.

При необходимости повторного анализа (например, для другой микросхемы) повторяем пп. 5-9.

По окончании работы выключаем устройство переключателем SA1.

Выключаем компьютер.

Отсоединяем от компьютера интерфейсный кабель.

7. Экономическая часть

В настоящей главе производится расчет производственной себестоимости устройства.

Себестоимость устройства включает в себя:

- Стоимость сырья и основных материалов;

- Стоимость покупных изделий и полуфабрикатов;

- Заработную плату производственных рабочих;

- Отчисления на социальное страхование;

- Накладные расходы.

Расчет стоимости материалов сведен в табл. 18.

Таблица 18:

Материалы	Кол-во	Ед. изм.	Цена за единицу (тыс. руб./ед.)	Сумма (тыс. руб.)
Провод МГТФ	10	м	0.6	6
Припой ПОС-61	0.1	кг	45	4.5
Канифоль	0.005	кг	50	0.25
Спирт технический	0.02	л	44	0.88
Итого:				11,63

Транспортные расходы составляют 10% от стоимости материалов и равны 1,16 тыс. руб.

Таким образом, затраты на материалы составляют ~ 12,8 тыс. руб.

Расчет затрат на покупные изделия и полуфабрикаты сведен в табл. 19.

Таблица 19:

Наименование	Цена/шт. (тыс. руб.)	Кол-во (шт.)	Цена (тыс. руб.)
Микросхемы:
К555ИД7	1	3	3
К555ИР27	2	7	14
К155ЛП4	1	1	1
К561ТМ2	1	1	1
К555КП11	1	4	4
К142ЕН1А	2,5	1	2,5
К142ЕН5А	1,5	1	1,5
К554СА3А	3	1	3
К140УД6	3	1	3
К572ПА1А	5	2	10
Транзисторы:
КТ315, КТ361	0,3	39	11.7
КТ814, КТ815	0,8	11	8,8
КП301	2	32	64
КП303	2	32	64
Диоды и стабилитроны:
КД522А	0,2	64	12.8
КД202В	1	8	8
Д814А, КС818Г, КС147А, КС168А	0,5	5	2,5
АЛ307Б	0,3	1	0,3
Резисторы:
Постоянные МЛТ-0.125	0,2	197	39,4
Подстроечные СП5-3ВА	1,5	1	1,5
Прецизионные С5-16	3	1	3
Конденсаторы:
Керамические КМ-3б	0,5	1	0,5
Электролитические K50-6, 2000 x 16 в	4	2	8
Электролитические К50-16 10 x 16 в, 100 x 16 в	1	5	5
Переключатели ПКН-41	3	1	3
Печатная плата	20	1	20
Панель SLC-32	1	1	1
Разъемы DB25M	2	1	2
Вставка плавкая 0,5 А, с держателем	2,5	1	2,5
Итого:			301

Основная заработная плата равна:

Где:

Br_i - часовая тарифная ставка рабочего;

Tн_i - норма времени.

Расходы на основную заработную плату составят 120 тыс. руб.

Дополнительная заработная плата составляет 8% от основной и равна 9,6 тыс. руб.

Отчисления на социальное страхование составляют 41% от заработной платы основных производственных рабочих, и равны 49,2 тыс. руб.

Накладные расходы составляют 300% от заработной платы основных производственных рабочих, и равны 360 тыс. руб.

Стоимость разработки равна:

S_раз. = B_осн. N (1 + W_с + W_д)

Где:

S_раз. - стоимость разработки, тыс. руб.

B_осн. - заработная плата разработчика, тыс. руб. в месяц;

N - количество месяцев разработки;

W_с - отчисления на социальное страхование;

W_д - дополнительная заработная плата.

S_раз. = 400 2 (1 + 0,41 + 0,5) = 800 1,91 = 1528 тыс. руб.

Таким образом, накладные расходы, включающие затраты на разработку, равны 1888 тыс. руб.

На основании проведенных выше расчетов определим цену устройства (таблица 20):

Таблица 20:

N п/п	Статьи расходов	Сумма (тыс. руб.)
1	Основные материалы	12.8
2	Покупные изделия и полуфабрикаты	301
3	Заработная плата производственных рабочих	129,6
4	Отчисления на социальное страхование	49,2
5	Накладные расходы, включая затраты на разработку	1888
	Производственная себестоимость:	2380,6
6	Прибыль (25%)	595,2
	Цена устройства	2975,8

Прибыль составляет 25% от себестоимости устройства и равна 595,2 тыс. руб.

Таким образом, цена устройства составляет 2975,8 тыс. руб.

Заключение

Краткая информация о результатах разработки, выполненной при создании аппаратных средств и ПО.

Целью данной работы являлась разработка устройства, подключаемого к персональному компьютеру, предназначенного для контроля и определения типа интегральных логических микросхем методом сигнатурного анализа. В ходе дипломного проектирования была разработана структурная схема устройства. После выбора элементной базы результатом проделанной работы явилась разработка принципиальной схемы проектируемого устройства; разработка алгоритмов и выбранные программные средства позволили создать подпрограммы тестирования и определения типа микросхем на языке Ассемблер. В экономической части диплома была рассчитана себестоимость и цена данного устройства.

Литература

1. Р. Джордейн “Справочник программиста персональных компьютеров типа IBM PC XT и AT”: пер с англ. М: Финансы и статистика, 1992 г.

2. С.Т. Усатенко, Т.К. Каченюк, М.В. Терехова. “Выполнение электрических схем по ЕСКД”: справочник, М.: Издательство стандартов, 1989. - 325 с.

3. Д.В. Стефанков “Справочник программиста и пользователя”. - М: “Кварта”, 1993. - 128 с.

4. Под ред. М. Дадашова “Проектирование пользовательского интерфейса на персональных компьютерах. Стандарт фирмы IBM.” - M: фирма “ЛЕВ”, 1992. - 186 с. интеллектуальный компьютер программирование

5. Коутс Р., Влейминк И. “Интерфейс Человек-Компьютер”: пер. с англ. - M.: Мир, 1990. - 501 с.

6. П. Нортон, Д. Соухэ “Язык Ассемблера для IBM PC”: Пер. с англ., - M.: Издательство “Компьютер”, 1993 г. - 352 с.

7. Каган Б.М., Мкртумян И.Б. “Основы эксплуатации ЭВМ”: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Б.М. Кагана. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 376 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...