集成电路老化试验温度测控系统的设计

吴瑞芳

摘    要： 集成电路广泛应用于航空、航天、通信、工业控制等行业，一些工作严苛的工作场所对集成电路的可靠性要求很高，因此需要对每个器件在常温和额定功率条件下进行常规的老化测试。借助单片机作为下位机实现现场温度采集，结合LabVIEW的测控技术和智能化功能，可有效实现对温度的检测与控制。

关键词： 集成电路老化测试    LabVIEW    单片机   温度测控

一、引言

航空航天、军工、电子、通讯行业等领域对集成电路的工作稳定性要求相当高，生产企业在将集成电路、分列器件投放生产时，必须进行高、低温老化、测试、筛选及可靠性试验，以确保集成电路的可靠性。集成电路生产厂家常常要根据不同要求环境的集成电路进行不同测试。主要针对集成的高低温老化测试而进行设计。所谓老化测试，就是保证被测试的芯片的可靠性，即在一定的时间内进行持续性周期性的测试，使有问题的芯片在这段时间内就失效。

基于以上的因素考虑，既要准确采集集成器件老化程度的温度数据，又要实现数据的保存并且有效地降低测试成本。可借助单片机作为下位机实现现场温度采集，利用LabVIEW作为测控系统，实现对温度的检测与控制，这样的上下位配合，实用性高，灵活度高，成本低且稳定可靠。

二、总体设计方案

为了实现温度检测系统提出的各项具体功能，将整个系统分解为上位机和下位机两个部分：上位机为装有LabVIEW2014软件的PC机，利用LabVIEW开发环境设计上位机的监控界面，上位机部分完成对硬件的驱动、数据显示、处理与存储及人机交互操作界面的生成。通过USB转RS232串行口与STC89C52单片机通信，读取温度传感器DS18B20的温度测量数据，从而实现对温度参数的实时采集。

三、硬件接口电路设计

1.LabView平台与单片机串口通信硬件接口电路设计

在本设计中，作为下位机的单片机负责数据的采集和通信，而上位机以PC机为操作平台，接收数据和保存数据，二者之间的核心在于数据通信。单片机与PC机通信是通过单片机的串口和PC机的串口之间的硬件连接实现的。

由于单片机的TTL逻辑电平与RS-232的电气特性完全不同，RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号功能都做了规定，在TXD和RXD数据线上：逻辑1为-3V～-15V的电压，逻辑0为3V～15V的电压。由此可见，RS-232C是用正负电压表示逻辑状态，与晶体管-晶体管逻辑集成电路（TTL）以高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。因此，在将PC机和单片机通信之前必须进行电平转换，本设计采用MAX232电平转换芯片实现单片机与串行口的电平转换。

上位机操作以PC机上的LabView虚拟仪器系统作为操作平台，实现对单片机的数据通信。因为现在大部分电脑都有USB接口，因此我们采用USB总线作为系统的通信方式。为了实现USB与单片机的串口连接，采用Prolific公司生产的PL2303接口转换器，实现USB信号与RS232信号的转换。

2.下位机硬件电路设计

下位机数据主要由单片机与DS18B20数字温度传感器测得，由单片机组成的小系统对温度信号进行采集，然后通过USB转RS-232串口将数据传送给计算机，在计算机上运行的LabVIEW程序对输入的数据进行分析处理，将结果由计算机显示出来，并且保存测量数据。

四、系统软件设计

1.串口异步通信的数据格式

在串行通信中，常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。本设计中，主要采用的异步通信方式，在进行程序设计时为了实现正常的通信，必须对端口号进行选择，设置合适的波特率、校验位、数据位及停止位等参数。两台通信机的参数必须一致才能实现通信，否则无法实现数据传输。

2.上位机LabVIEW程序设计

上位机LabVIEW对单片机的串口通信主要是通过VISA实现的，本机安装的是VISA5.3，VISA实质上是一个I/O接口软件库及其规范的总称。

I/O接口软件存在于仪器和仪器驱动程序之间，完成对仪器内部寄存器进行直接存储数据操作，并且为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。应用LabVIEW里的visa库对串口通信进行设置。本设计串口的设置参数为（波特率9600bps 8 位数据，1位停止，1位起始，无校验），下位机的串口设置与上位机一致。需要注意的是系统从串口读来的数据被自动转换为ASCII字符，要得到数据并显示，还要编写相应的子程序vi。

3.下位机程序设计

程序是整个系统的灵魂，硬件电路只有通过程序的驱动才能正常工作，因此程序对于系统来说非常重要。程序中出现一个小的错误可能使系统无法正常工作。系统软件设计的主要任务是：串口初始化，接收上位机发过来的下位机启动指令，控制单片机从温度传感器采集温度数据，通过读取温度值程序将采集到的温度值送入上位机系统中。系统初始化阶段，令单片机的定时器T1工作于方式2，用于产生串行通信所需的波特率，然后单片机开始等待PC上位机的指令，当单片机得到启动指令时，单片机开始采集温度数据。单片机将采集到的温度数据储存在缓冲区中，然后单片机将采集到的数据分为四个字节，送入上位机进行分析。

五、系统调试

LabVIEW程序的调试与其他计算机语言的编写调试类似，都需要找出语法错误，但LabVIEW的图形化编程方式就相对简单得多，大大提高编程的效率。如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行，这时这个按钮被称作错误列表，点击它，则LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个列出的错误，选用FIND功能，则出错的对象或端口会变成高亮。

在LabVIEW的工具条上有一个画着灯泡的按钮，这个按钮叫做“高亮执行”按钮。点击这个按钮或使该按钮图标变成高亮形式，再点击运行按钮，VI程序就以较慢的速度运行，没有被执行的部分以灰色显示，执行后的部分以高亮显示，并显示数据流线上的数据值，这样，就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。

六、结语

本设计是一个基于LabVIEW的温度检测系统，主要实现单片机与PC机的串口通信，能及时地将温度数据传给PC机，并将在上位机界面显示温度曲线，直观地表现温度变化。本设计的三个设计要点有：

1.串口通信的参数设置，以MAX232电平转换芯片实现单片机与串行口的电平转换，采用Prolific公司生产的PL2303接口转换器，实现USB信号与RS232信号的转换，与实现单片机与LabView的串口通信。

2.采用LabView软件的图形化界面设计出测量仪器，以实现上位机的数据传输和处理。

3.硬件方面采用单片机和DS18B20数字温度传感器进行现场温度的处理与传输。

参考文献：

[1]汪敏生，等著.LabVIEW基础教程.北京：电子工业出版社，2002：12-13.

[2]刘君华，贾惠芹.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程.西安：西安电子科技大学出版社，2001：21-22.

[3]孙焕铭，赵会成，等.51单片机C程序应用实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2010：1-5.