一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统和方法技术方案

为了解决单片机80C196结构功能复杂而外部引脚有限，导致辐射效应测试难以覆盖单片机80C196所有内部功能模块的技术难题，本发明专利技术提供了一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统和方法。首先对待测单片机80C196进行功能模块划分，每个功能模块都有相应的电参数或功能参数进行表征，以监测每个功能模块的工作状态；再通过对各个功能模块的电参数和功能参数的诊断分析，将辐射效应导致的单片机80C196电参数和功能失效定义到单片机的内部功能模块。本发明专利技术能够满足单片机80C196辐射效应的测试需求。

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统和方法
本专利技术涉及一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统和方法。
技术介绍
单片机是卫星、航天器、战略武器电子系统使用的核心器件之一，集成了计算机的基本功能，具有体积小、功耗低、速度快、可靠性高等特点，在实时控制、信号采集测量和数据处理等方面有着广泛的应用。在实际应用中，单片机对射线和粒子十分敏感，当受到核辐射环境和空间辐射环境中射线、粒子的辐射损伤时，单片机的电参数和功能会退化甚至失效，严重威胁单片机的可靠性运行。因此，单片机的辐射效应实验测量和机理分析一直是国内外研究的热点问题。研制单片机辐射效应测试系统是开展单片机辐射效应实验研究的技术基础。单片机是一种大规模集成电路，结构和功能十分复杂，由大量的内部功能模块组成；现有辐射效应测量方法是通过单片机外部引脚测试，按测量方式不同，分为仪器(示波器、台式万用表)直接测试和上位计算机测试(接收单片机发送的数字信号)，而由于单片机外部引脚有限，提供的观测点较少，无法直接测试各个功能模块的电参数和功能参数，辐射效应测试难以覆盖所有内部功能模块的电学参数和失效模式，给单片机辐射效应测试和失效模块定位带来了困难。另外，由于辐射效应实验的特殊要求，辐射效应测试系统必须实现在线远距离实时测量，既要能实时测试单片机的电参数和功能参数，又要保证测试人员和测量仪器的安全，还要解决长线传输条件下信号串扰等测量难题。
技术实现思路
为了解决单片机80C196结构功能复杂而外部引脚有限，导致辐射效应测试难以覆盖单片机80C196所有内部功能模块的技术难题，本专利技术提供了一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统和方法。本专利技术的基本思路是：对待测单片机80C196进行功能模块划分，每个功能模块都有相应的电参数或功能参数进行表征，以监测每个功能模块的工作状态；通过对各个功能模块的电参数和功能参数的诊断分析，将辐射效应导致的单片机80C196电参数和功能失效定义到单片机的内部功能模块。单片机80C196辐射效应失效的宏观参数和单片机80C196内部功能模块的对应关系具体为：功耗电流：单片机全局性能；时钟输入：单片机时钟发生器；IO输出：单片机定时器溢出功能和IO模块功能；PWM输出：单片机PWM模块功能；AD转换数字输出信号：单片机AD转换器功能；运算和逻辑结果输出：单片机CPU功能；读、写、地址锁存信号：单片机时序控制模块；内部RAM数据错误数：单片机内部RAM功能；单片机和上位机通信状态：单片机串行口功能。为使单片机80C196的正常运行，本专利技术选取外围电路与单片机80C196组成在线测试系统，编制单片机80C196配置和运行程序使单片机80C196对各个功能模块进行配置和测试并将测试数据上传。本专利技术的技术方案是：一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统，其特殊之处在于，包括：待测80C196，用于对其内部各功能模块进行配置、测试和数据上传；电源，用于向待测80C196、外部程序存储器以及地址锁存器提供电压输入，同时为待测80C196提供AD转换的参考电压；晶振，用于为待测80C196内部的时钟发生器提供时钟输入，经时钟发生器二分频后输出待测80C196工作的时钟基准信号；复位电路，用于为待测80C196提供可靠的硬件复位；地址锁存器，用于实时锁存待测80C196的总线所发送的低8位的地址，地址锁存器的输入与待测80C196总线的低8位相连，地址锁存器的输出与外部程序存储器的地址线的低8位相连，地址锁存器的锁存使能端LE与待测80C196的地址锁存信号ALE相连；外部程序存储器，用于存储待测80C196的程序指令，外部程序存储器的读使能端OE与待测80C196的读信号RD相连；串行通信电路，用于实现待测80C196和上位机之间的通信；万用表，与待测80C196的电源输入端相连，用于测试待测80C196的功耗电流；示波器，其输入与待测80C196的输出相连，用于观测待测80C196的电参数和功能参数的变化；所述电参数和功能参数包括时钟、读信号、写信号、地址锁存信号、PWM输出、IO输出、定时器溢出周期。上位机，通过串行通信电路与待测80C196相连，用于向待测80C196发送工作指令，选定单片机的工作模式，包括正常模式、待机模式和掉电模式三种；用于发送复位指令使单片机复位重启；用于观测待测80C196的功能参数的变化；所述功能参数包括AD转换数据、内部RAM数据、CPU运算和逻辑指令功能。进一步地，上述待测80C196和外围电路之间采用总线设计将待测80C196和外围电路进行隔离；上述外围电路包括外部程序存储器和地址锁存器。进一步地，上述待测80C196和外围电路分别设计在两块电路板上；上述电路板采用双层布线，布线改变走向时角度不大于45度。进一步地，在上述待测80C196和上位机之间设置有用于放大传输信号RXD/TXD的差分放大电路。进一步地，上述电源为LM7805，复位电路为增加放电的RC电路，地址锁存器为74LS373，外部程序存储器为EEPROMAT28C256。本专利技术同时提供了一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试方法，包括以下步骤：1)硬件设置：1.1)搭建上述的在线测试系统；1.2)将待测80C196内部功能模块划分为时钟发生器、定时器、IO端口、脉宽调制器PWM、AD转换器、中央处理器CPU、时序控制模块、内部RAM和串行口；2)编制测试程序，具体为：2.1)设置中断向量，所述中断向量用于存储中断程序的入口地址；所述中断程序包括定时器溢出中断程序、串口发送中断程序以及串口接收中断程序；2.2)设置配置状态字节；程序状态字节的地址号为2018H，值为2DH；待测80C196每次复位时，地址2018H中的字节会加载至待测80C196的芯片配置寄存器CCR中，在下一次复位之前芯片配置寄存器CCR的值不会改变；2.3)自定义寄存器：将待测80C196内部RAM地址从1CH至21H的空间作为6个自定义寄存器，分别用作通信定时用标示寄存器、IOS1的映象寄存器、暂时存放SP_STAT的寄存器、暂时存放串口发送数据的寄存器、暂时存放串口接收数据的寄存器、串行口数据接收标志寄存器；2.4)关闭中断程序；2.5)中断程序初始化；2.6)开启中断程序；2.7)初始化P1：将IO配置寄存器的初始值配置为55H，使IO端口P1初始化；2.8)初始化PWM：将PWM控制寄存器配置为80H，使PWM输出波形的占空比为50％；2.9)设置波特率；2.10)测试RAM：在待测80C196内部RAM区域开辟一块缓冲区进行测试：对于RAM的写和读功能的测试，先写入00H后读出，再写入FFH后读出，若数据没有错误，则内部RAM的读写功能正常；若数据有错误，则内部RAM的读写功能不正常；对于测试RAM数据是否出错，写入55H，每一次循环周期内逐个读出，查看数据是否出错；2.11)测试CPU：让CPU执行加减乘除运算指令，与、或、异或、取反、清零、移位逻辑指令，将运算结果与正确结果进行对比，测试CPU指令运行是否正常；2.12)测试AD转换器：2.121)配置AD命令寄存器，用于选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统，其特征在于，包括：待测80C196，用于对其内部各功能模块进行配置、测试和数据上传；电源，用于向待测80C196、外部程序存储器以及地址锁存器提供电压输入，同时为待测80C196提供AD转换的参考电压；晶振，用于为待测80C196内部的时钟发生器提供时钟输入，经时钟发生器二分频后输出待测80C196工作的时钟基准信号；复位电路，用于为待测80C196提供可靠的硬件复位；地址锁存器，用于实时锁存待测80C196的总线所发送的低8位的地址，地址锁存器的输入与待测80C196总线的低8位相连，地址锁存器的输出与外部程序存储器的地址线的低8位相连，地址锁存器的锁存使能端LE与待测80C196的地址锁存信号ALE相连；外部程序存储器，用于存储待测80C196的程序指令，外部程序存储器的读使能端OE与待测80C196的读信号RD相连；串行通信电路，用于实现待测80C196和上位机之间的通信；万用表，与待测80C196的电源输入端相连，用于测试待测80C196的功耗电流；示波器，其输入与待测80C196的输出相连，用于观测待测80C196的电参数和功能参数的变化；所述电参数和功能参数包括时钟、读信号、写信号、地址锁存信号、PWM输出、IO输出、定时器溢出周期；上位机，通过串行通信电路与待测80C196相连，用于向待测80C196发送工作指令，选定单片机的工作模式，包括正常模式、待机模式和掉电模式三种；用于发送复位指令使单片机复位重启；用于观测待测80C196的功能参数的变化；所述功能参数包括AD转换数据、内部RAM数据、CPU运算和逻辑指令功能。...

【技术特征摘要】
1.一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统，其特征在于，包括：待测80C196，用于对其内部各功能模块进行配置、测试和数据上传；电源，用于向待测80C196、外部程序存储器以及地址锁存器提供电压输入，同时为待测80C196提供AD转换的参考电压；晶振，用于为待测80C196内部的时钟发生器提供时钟输入，经时钟发生器二分频后输出待测80C196工作的时钟基准信号；复位电路，用于为待测80C196提供可靠的硬件复位；地址锁存器，用于实时锁存待测80C196的总线所发送的低8位的地址，地址锁存器的输入与待测80C196总线的低8位相连，地址锁存器的输出与外部程序存储器的地址线的低8位相连，地址锁存器的锁存使能端LE与待测80C196的地址锁存信号ALE相连；外部程序存储器，用于存储待测80C196的程序指令，外部程序存储器的读使能端OE与待测80C196的读信号RD相连；串行通信电路，用于实现待测80C196和上位机之间的通信；万用表，与待测80C196的电源输入端相连，用于测试待测80C196的功耗电流；示波器，其输入与待测80C196的输出相连，用于观测待测80C196的电参数和功能参数的变化；所述电参数和功能参数包括时钟、读信号、写信号、地址锁存信号、PWM输出、IO输出、定时器溢出周期；上位机，通过串行通信电路与待测80C196相连，用于向待测80C196发送工作指令，选定单片机的工作模式，包括正常模式、待机模式和掉电模式三种；用于发送复位指令使单片机复位重启；用于观测待测80C196的功能参数的变化；所述功能参数包括AD转换数据、内部RAM数据、CPU运算和逻辑指令功能。2.根据权利要求1所述的CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统，其特征在于：所述待测80C196和外围电路之间采用总线设计将待测80C196和外围电路进行隔离；所述外围电路包括外部程序存储器和地址锁存器。3.根据权利要求1或2所述的CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统，其特征在于：所述待测80C196和外围电路分别设计在两块电路板上；所述电路板采用双层布线，布线改变走向时角度不大于45度。4.根据权利要求3所述的CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统，其特征在于：在待测80C196和上位机之间设置有用于放大传输信号RXD/TXD的差分放大电路。5.根据权利要求4所述的CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测试系统，其特征在于：所述电源为LM7805，复位电路为增加放电的RC电路，地址锁存器为74LS373，外部程序存储器为EEPROMAT28C256。6.一种CMOS工艺单片机80C196辐射效应的在线测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，金晓明，杨善潮，齐超，郭晓强，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61