（微电子学与固体电子学专业论文）testpoint平台的iv、lv性综合测试系统.pdf

摘要 在半导体器件的研究中，经常需要测量器件的参数以表示其基 本特征。为了提高测试质量，更好地分析和处理数据，建立一套半 导体光电器件的自动化综合测试系统是非常必要的。 结合g p i b 通用接口技术和串行接口技术，我们在t e s t p o i n t 平台 下解决了具有广泛意义的并口和串口仪器的程控问题。在此基础上， 我们探讨了t e s t p o i n t 平台下自动测试系统的实现方法及应用程序开 发方法，设计了i v 、l v 特性综合测试系统和光谱辐射度测试系统， 并完成了对样品的i v 、l 。v 特性的综合测试和光谱辐射度的自动测 试。通过t e s t p o i n t ，我们完成了对测量数据的存储、处理、显示和 输出。 妊今后的工作中，我们只要按照本文中所探讨的方法，结合测量 仪器的具体程控特性和具体测试要求，就可以很方便地把新的仪器 接入系统，组建起测量所需的自动测试系统，从而在大量的重复测 试中节省人力、物力，以便研究者把精力更多地集中在分析测试结 果和改进器件性能上。1 ，一 f 。- 关键词：接口，t e s t p o i n t 平台， 程控，自动测试系统 a b s t r a c t i nt h er e s e a r c ho fs e m i c o n d u l c t o rd e v i c e 。w en e e dt om e a s u r et h e p a r a m e t e r so ft h ed e v i c et o i n d i c a t ei t sb a s i cf e a t u r e s t oi m p r o v et h e q u a l i t yo f t e s ta n dt oa n a l y z ea n d p r o c e s st h em e a s u r e m e n td a t ab e r e gi t i s n e c e s s a r yt o s e tu pas e to fc o m p r e h e n s i v ea u t o m a t i ct e s ts y s t e m ( a t s ) f o r s e m i c o n d u c t o rd e v i c e s c o m b i n i n gt e c h n i q u e so f g p i ba n ds e r i a li n t e r f a c e ，t h ep r o g r a m m e d p r o b l e m so fi e e e - - 4 8 8a n dr s - - 2 3 2 i n s t r u m e n t sh a v eb e e ns o l v e di n t e s t p o i n tp l a t f o r m o n t h eb a s i so f t h i s ，t h er e a l i z i n gm e t h o d so f a t sa n d d e v e l o p i n gm e t h o d s o f a p p l i c a t i o nw e r ee x p l o r e d ，a n dt h ec o m p r e h e n s i v e t e s t s y s t e mo fi - va n dl vp r o p e r t i e s a n dr a d i o m e t r i c ( s p e c t r a l ) t e s t s y s t e mw e r ed e s i g n e d u s i n gt h e s e ，t h ec o m p r e h e n s i v e t e s to fi - va n dl v p r o p e r t i e s o fs a m p l e sa n da u t o m a t e dt e s to fr a d i o m e t r i c d a t ao f s a m p l e s w e r ef u l f i l l e d a n dw i t h t e s t p o i n t ，w e c o u l d s a v e ，p r o c e s s ， d i s p l a ya n do u t p u t t h em e a s u r e m e n td a t a i nt h ef u t u r er e s e a r c h ，w ec a n c o n v e n i e n t l yp u tn e w i n s t r u m e n t si n t o s y s t e mt os e tu pr e q u i r e da t s ，a c c o r d i n g t ot h em e t h o d so ft h i sr e s e a r c h c o m b i n i n gt e s tr e q u i r e m e n ta n ds p e c i f i cp r o g r a m m e dc h a r a c t e r i s t i c s o f t h ei n s t r u m e n t s s ot h a tr e s e a r c h e r sc a n s p a r e t h e i r m a n p o w e r a n d m a t e r i a lr e s o u r c e s s p e n d i n g o nr e p e a t i n g t e s t ，a n dc o n c e n t r a t e m o r e a t t e n t i o no na n a l y s i so fm e a s u r e m e n tr e s u l ta n di m p r o v e m e n to fq u a l i t y o f d e v i c e k e y w o r d s ：i n t e r f a c e ，t e s t p o i n tp l a t f o r m ，p r o g r a m m e d ，a u t o m a t i c t e s t s y s t e m ( a t s ) 第一章绪论 随着电子科学技术和计算机技术的发展，自动测试系统从五十年代开始研 制，在短短的几十年中，已经得到了迅速的发展和普及。早期的自动测试系统 大都是为某种测试目的而专门设计制造的专用系统，亦即第一代自动测试系统。 这种系统没有解决系统内各设备之间连接用的接口标准化问题，系统组建者需 自行解决系统内各设备之间的接口问题，技术复杂，费用较高，而且适应性不 强，也难以改作它用。因此，很快就发展起由配有标准化通用接口的器件用标 准化无源多芯总线电缆按积木概念组建而成的第二代自动测试系统。这种系统 组建方便，使用灵活使用完毕后易于拆散，拆散后的计算机及其它设备又可 移作它用，显示了很大的优越性，因此得到了广泛的应用。在7 0 年代中期提出 的第三代自动测试系统带来了传统测量技术的革命，其测试系统和测试过程不 再限于简单地模仿人工测试，它把计算机和测试系统更紧密地结合起来，融合 成为一体，用强有力的软件代替传统仪器的硬件功能，通过计算机直接产生测 试信号和测试功能，形成一种所谓的“虚拟仪器”( v i r t u a li n s t r u m e n t ) 。第三代 自动测试系统目前尚处于发展阶段它的技术还不成熟，还存在着一些有待克 服和改进的缺点和限制，应用也不如第二代自动测试系统那么普遍，但充分发 挥计算机的作用、用软件代替硬件必将成为电子测量的主要发展趋势之一。 自动测试系统依靠具有很强实时控制、逻辑判断、记忆存储和运算处理能 力的计算机，可以自动校准、自动调整测试点，适时地切换量程或更换仪器设 备，自动记录和处理数据，其测试速度通常比人工测试快几十至几百倍，而且 容易获得极宽的频率范围和极广的动态范围。由于能把人为干预的因素减到最 小，自动测试系统避免了人身误差，能够获得十分良好的测试复现性：通过进 行大量的冗余测量和统计、分析与折算，它可以在很大程度上消除或消弱随机 误差和系统误差，从而得到极高的测量精确度。通过间接测量方法，可以用较 简单的测试设备测出为数不多的几个基本参量，再由计算机换算出许多其它参 量，从而可使自动测试系统在硬件尽量简化的情况下达到多参数、多功能的测 试效果。测试结果可以用多种方式输出，如显示、打印、绘图等。这些都是人 工测试难以达到、甚至根本无法实现的。高速度、高精确度、多参数、多功能 旦! 望! ! 坐兰鱼塑! ：! ：楚堡堡垒塑亟墨篓 的自动测试系统能完成大量、复杂的测试任务，能长期进行定时或不间断的测 试，能完成危险或测试人员难以进入测试场地的测试，能承担繁重的数据分析、 处理工作，快速、准确地给出测试结果。 另一方面，超大规模和大规模集成电路的发展，使计算机的价格性能比不 断下降，多种用于自动测试的接口芯片的出现使接口电路的实现变得简单、方 便。这些都促使采用标准化通用接口总线的第二代自动测试系统快速普及和广 泛流性。 在半导体器件的研究中，经常需要测量器件的参数以表示其基本特征。对 于a - s ip i n 、c i s 等太阳能电池，其特征参数为开路电压u 短路电流密度j s c 、 填充因子f f 及能量转换效率r l ，其中f f 是温度和u o c 的函数，在确定温度下 限定n 大小的主要因素是j 。c 和u o c 。而对有机发光器件o l e d ，除了它的i - v 特性，还应研究l v 特性。在我们的工作中，通过组建t e s t p o i n t 平台下的i v 、 l v 特性综合测试系统来对器件的i v 、l v 特性进行测量并对测得的数据进行 数学处理。这是一套基于g p i b 系统的综合测试系统，能够把配备有g p i b 接口 的可程控器件连接入系统。但是，这套综合测试系统与传统的第二代自动测试 系统又有所区别。在传统的第二代自动测试系统中，控者使用的语言为各种通 用高级编程语言及各种扩充高级编程语言。在我们的系统中，由于使用了 t e s t p o i n t 软件包，用t e s t p o i n t 这个独特的通用编程语言的约定，通过鼠标拖放 操作就能编写出具有优美界面的测试程序，并自动生成w i n d o w s 下的图标。此 外，t e s t p o i n t 软件包对r s 2 3 2 仪器的支持使得我们能够把配备有r s 2 3 2 接口 的可程控器件连接入测试系统中，这也是传统的第二代自动测试系统所无法做 到的。 组建这样的一套综合测试系统需要完成的工作主要包括两个方面： 1 辅助准备工作 包括确定系统的组成、掌握器件的远控特性、掌握控者使用的语言。 根据测试任务和要求，确定测试方案及测试系统的组成，然后进一步确定 所需仪器、设备和对它们的性能要求。对选定的每台可程控仪器、设备，都需 要根据手册掌握它们的远控特性。此外，还应该掌握担任控者的计算机所用语 言的各种规定，了解每个语句完成什么操作，相应的消息传递序列是什么等。 堡塑! 坐! 鱼盟! ：k 堑丝堡垒型蔓墨篓 2 具体组建工作 包括设定系统内各器件的地址、接好总线电缆、编写测试程序、接好电源 和被测件并运行测试程序。其中，编写一个完善的测试程序包括以下几个方面： ( 1 ) 电子测量的基本原理和方法； ( 2 ) 测量仪器的远控特性及编码和格式惯例； ( 3 ) g p i b 系统的基本操作和消息传递序列： ( 4 ) 有关r s 2 3 2 串行接口系统的互连知识。 旦壁2 1 唑兰鱼箜! ：! ：生丝鳖盒翌彗墨篓 第二章g p i b 接口系统( g p i b 通用接口技术) 和接口的实现 当前，测试用测量仪器大都都配置有通信接口，以便能够实现程控、方便 地构成自动测试系统。目前国际上采用的仪用标准接口有g p i b 和r s 2 3 2 等。 1 9 7 2 年，h p 公司提出一个具有8 条控制状态线的h p 接口总线标准，简称 h p i b 。这个标准很快得到全美国的承认，上升为美国电气与电子工程师学会的 标准，称为i e e e 4 8 8 。经过i e e e 的推荐，又上升为国际标准，称为i e c i b 。 在我国和其它一些国家称其为g p i b ( g e n e r a lp u r p o s e i n t e r f a c eb u s ) 。 2 1g p i b 系统的基本特性 g p i b 系统是一个在有限距离内使用的通用系统，用它可以把任何厂家按 标准设计制造出来的任何器件连接起来，实现系统内各器件之间毫不含糊的可 靠通信。 g p i b 系统具有如下的一些基本特性： 1 采用总线方式连接，总线上最多可挂1 5 个器件( 包括系统的控者在内) 。 2 数据通过总线电缆传输的最大距离为( a ) 2 0 m ( b ) 2 m 所挂器件数目，( a ) 、 ( b ) 两项取其小者。 3 总线中数据的传输方式为位并行、字节串行的异步双向传递，最大数 传速率为1 mb y t e s s 。 4 地址容量：使用单字节地址时，系统内的听、讲地址各有3 1 个；使用 双字节地址时，则听、讲地址可扩大至9 6 1 个。 5 总线上采用正电压负逻辑。即以低电平+ o 8 v 为逻辑“1 ”，以高电 平+ 2 0 v 为逻辑“0 ”，高低电平的规定与标准1 v r l 电平相容。 2 2g p i b 的总线结构和三线挂钩技术 g p i b 接口总线共1 6 条，按功能分3 组。各器件接口的1 6 条信号线，全 部与总线中的1 6 条信号线并联。图2 1 给出一个典型的g p i b 系统。 在一个g p i b 系统中，要进行有效的通信联络，至少有讲、听、控三类仪 器装置。在同一时刻，总线上只允许有一个讲者，听者数目不限。控者通常由 4 计算机担任，为避免总线冲突，同一时刻仅允许一个控者作为当时的责任控者 起作用。 图2 1 一个典型的g p i b 系统 6 条总线 程控器件 一数据总线( d a l r ab u s ) 数据总线由d 1 0 1 至d 1 0 8 八条双向数据线组成，并行传送8 位数据。d 1 0 1 为最低位，d 1 0 8 为最高位。 在诸d i o 线上，即传递多线接口消息，也传递器件消息。所传的到底是哪 一类消息，由当时的a t n 线来区分。在诸d i o 线上传递的每一个字节，都由 三线挂钩来控制。 二数据字节传送控制总线( d 触队b y t et r a n s f e r c o n t r o lb u s ) 和三 线挂钩技术 数据字节传送控制总线又称挂钩总线，包括三条信号线： d a v ( d a r av a l i d )数据有效 、f50产ii n r f d ( n o tr e a d yf o rd a t a )未准备好接收数据 n d a c ( n o td a i aa c c e p t e d )未收到数据 这三条线用于控制数据字节的传送。 在g p i b 中采用的三线挂钩技术是h p 公司的一项发明专利，解决了一个 接口同时和多个外设之间的挂钩控制数据字节的传送，其目的在于自动适应测 试系统中各种不同器件的数据速率。 三线挂钩利用d a v 、n r f d 和n d a c 三条挂钩线，分别传递d a v 、i 心d 、 d a c 三个接口消息，当自动测试系统内几个数据率悬殊的听者同时接收数据 时，它能控制数据的传递，自动照顾到最慢的一个听者，从而保证一个讲者能 同时和多个听者进行可靠的通信。 图2 2 和2 3 分别表示三线挂钩控制字节传送的流程和时序。 源方操作受方操作 l 佥龇qlf 令n r f d a n d a c = 1i q 杂据否多q伶n 剐d a i 是| l j 图2 2 三线挂钩控制字节传送的流程图 6 源方 图2 3 三线挂钩控制字节传送的时序图 不难看出，三线挂钩方式保证了适应性极强的异步传递。不论源方器件和 受方器件各自的响应速度是快是慢，也不论有多少个速度悬殊的受方，它总能 保证一切受方全都准备好了以后才发数据，数据一直保持到最慢的一个受方收 到了以后才撤除或更新。 三接口管理总线( g e n e r a li n t e m 魄c em a n a g e m e n tb u s ) 接口管理总线包括： a t n ( a 1 t e n t i o n )注意 s r q ( s e r v i c er e q u e s t )服务请求 7 e o i ( e n do r i d e n t i f y ) 结束或识别 r e n ( r e m o t ee n a b l e )远控使能 i f c ( i n t e 褂a c ec l e a r )接口清除 这五条线用于信息的一般管理。 现将各线的作用分别说明如下： 1 a t n 线 a t n 线传递注意消息，由控者使用。控者功能令a t n = 1 ，表示诸d i o 线 上传递的是多线接口消息，提请总线上一切接口注意：这是控者广播的通令、 专令、地址和副令。控者功能令a t n = 0 ，表示诸d i o 线上传递的是器件消息， 翌生! ! ! ! ! 垒盟! ：! ：生塑丝堡鱼型垫墨竺 不要求一切接口注意，只与事先通过寻址指定的讲者( 源方) 和听者( 受方) 有关系。 系统中的一切器件都必须随时监测总线上的a t n 消息，并应在2 0 0 n s 内作 出必要的响应。 2 s r q 线 s r q 线传递服务请求消息，为系统内一切配置有服务请求接口功能的器件 所共用。总线上所挂的任何一个有此接口功能的器件都可以使此线变低，发服 务请求消息。控者发现s r q 线的逻辑电平变为低态，就知道系统中至少有一个 器件请求控者中断当前的工作为其服务。 3 e o i 线 e 0 1 线与a t n 线配合使用，表示两种不同的含意。 ( 1 ) a t n = 0 且e o i = i ，表示结束消息e n d ，这时e o i 线由讲者使用。当讲 者讲完一个序列的多线器件消息，在发最后一个数据字节的同时发e o i = 1 ，表 示讲者所发送的一个数据块于此结束。 注意，e n d 消息本质上是一个器件消息，但却以接口消息的形式来传递。 ( 2 ) a i n = l 且e o i = i ，表示识别消息i d y ，这时e o i 线由控者使用，表示控 者要进行一次并行查询来对请求服务的器件进行识别。 4 r e n 线 r e n 线传递远控使能消息，- 由系统控者使用。当系统控者发r e n = 1 时， 一切已受命为听者的器件进入可以接受远地控制状态；当系统控者发鼬n = 0 时，系统中的一切器件均返回本地控制状态。 一切具有远地，本地接口功能的器件，都必须随时监测r e n 消息，并在1 0 0 g ts 之内作出响应。 5 i f c 线 i f c 线传递接1 ：3 清除消息，由系统控者使用。当系统控者发i f c = i 时，总 线上所挂的一切器件的接口功能都被置于预先确定的初始状态，这时，一切讲 者和听者都被解除受命。 系统内的一切器件都必须随时监测i f c 消息，并在1 0 0 us 之内作出响应。 四总线连接器 i e e e - 4 8 8 标准中规定的总线连接器是一个2 4 芯的带有插头和插座的组合 式接头，引脚采用簧片式接点，与我国国家标准对总线连接器的规定相同。当 它的插头插入某外设的插座时，它本身所带的插座又可供其它外设插入。以此 类推，可程控器件通过其后面板上的插座式连接器就可用总线电缆相互连接起 来。通过多根电缆的叠插，就能随意把各个器件连接成链形、星形或混合形。 2 3 通用接口系统中消息的分类、编码和传递 采用通用接口总线系统。目的在于提供一种有效的通信联络，以便在一群 互相连接的器件间有效地传递消息。一个测试过程，可以看成是各种消息进行 传递和处理的过程。因此，弄清这些消息的性质和作用，就显得十分重要。 一远地消息 各器件间通过接口总线传递的消息称为远地消息，包括多线接口消息、单 线消息和器件消息。g p i b 有关标准规定远地消息用三个大写英文字母表示。 1 多线接口消息 多线接口消息由诸d i o 线传递，此时a 1 n = 1 ，g p i b 系统工作于命令状态。 多线接口消息的分类和编码如表2 1 所示。 9 表2 1多线接口消息分类和编码表 类别名称代号编码 本地封锁l o c a ll o c k o u t l l o0 0 10 0 0 1 通 器件清除d e v i c ec l e a rd c l 0 0 10 l o o 令 串行查询使能s e r i a lp o l le n a b l e s p e0 0 11 0 0 0 串行查询禁止s e r i a lp o l ld i s a b l e s p d0 0 11 0 0 1 并行查询解组p a r a l l e lp o l lu n c o n f i g u r e p p u0 0 10 1 0 1 群执行触发g r o u p e x e c u t et r i g g e rg e t0 0 01 0 0 0 专 进入本地g o t o l o c a lg t l0 0 00 0 0 l 令 并行查询组态p a r a l l e lp o l lc o n f i g u r ep p c 0 0 00 1 0 1 有选择的器件清除s e l e c t e dd e v i c ec l e a r s d c0 0 00 1 0 0 取控t a k ec o n t r o lt c t0 0 0 1 0 0 l 地 我的听地址m y l i s t e na d d r e s sm l a01 l 5l bl 2l i 我的讲地址m y t a l ka d d r e s sm t a l 0 t s l t 3 t 2 t 】 址 不听u n l i s t e nu n l 01 l 11l1 副地址 我的副地址m ys e c o n d a r y a d d r e s sm s a1 1s ，s 4s 3s 2s l 或 并行查询禁止p a r a l l e lp o l ld i s a b l e p p d1 11d 4 d 3 d 2 d l 副令 并行查询使能p a r a l l e lp o l le n a b l e p p e1 10sp 1 p ，p i 通令是控者广播周知的命令，专令是控者发给指定器件的命令，地址是对 被寻址的仪器而言的，副地址或副令则是对主令和主地址的补充。 2 单线消息 在总线中单根信号线上传递的单比特消息称为单线消息。在同一时刻，系 统内可以同时传递多个单线消息，与此同时，还可以传递一个多线消息。 单线消息包括挂钩d a c 、d a v 、r f d ，通令a t n 、i d y 、i f c 、r e n ，和 状态e n d 、p p r l - p p r 8 、r q s 、s r q 等。 3 器件消息 依赖于器件的消息( d e v i c ed e p e n d e n tm e s s a g e s ) ，简称器件消息，是器件功 能与另一个器件的器件功能间通过各自的接口功能而交换的消息。器件消息由 器件功能产生，并为另一有关器件的器件功能所利用，它虽然要通过接口功能 来传递，但接口功能对器件消息却并不直接加以利用，也不对器件消息进行处 理，而只不过是让它们通过或不通过接口。 与器件消息相对应的是接口消息( i n t e r f a c em e s s a g e s ) ，这是用来管理接口 系统本身工作的消息。在各个接口间交换的远地接口消息不进入器件本体内部， 对器件功能不起作用。 o 除由控者器件功能发出的远地接口消息以外，通常接口消息和器件消息的 区分可由图2 4 概括。 器件x器件y 器件功能 援口舅髂r 1 卜 接口功能器件功能 nr 总线结构 器件消息 卜i 图2 4 接口消息和器件消息的区分 器件消息的具体内容和形式，与器件的性能、特性、用途紧密相关，无法 予以统一严格的规定。然而，为了系统内各器件间的信息相容性以及系统运行 上的统一性，g p i b 有关标准提出了器件消息的编码和格式惯例。 器件消息包括数据字节、状态字节、程控命令和显示数据。 二本地消息 在一个器件内部接口功能与器件功能之间传递的消息称为本地消息。g p i b 有关标准对由器件功能引入接口功能的本地消息作了统一规定，规定本地消息 用三个小写英文字母表示，标准中未规定的本地消息不允许被引入到接1 ：3 功能 中去。 三消息的传递途径 一个g p i b 测试系统由多个器件组成，接口系统是各器件接口的功能、电 气、机械要素总和。接口功能是提供基本操作手段的一种系统要素，借助于它， 一个器件能接收、处理和发送消息。 在一个器件内部，主要包括器件功能和接口功能两大部分，此外还有消息 编码、驱动器与接收器部分。一个器件内部功能的划分和消息传递途径如图2 5 所示，图中a 区内的能力由g p i b 有关标准予以统一规定，b 区内的能力则由 器件设计者自行规定。 器件( 装置) 远地消息接口消息器件消息 状态交连本地消息 由控者器件功能发出的远地接口消息 图2 5 一个器件内部功能的划分和消息传递途径 2 4 综合测试系统中g p i b 接口的实现 一g p i b 接口的实现方法 g p i b 接口的实现方法主要有下面三种： 1 硬连线逻辑法； 2 软件法； 3 l s i 芯片法。 在g p i b 标准推行初期，主要采用前两种方法来实现g p i b 接口。用前两种 方法实现起来相当繁琐，在设计上有定的困难。到7 0 年代末8 0 年代初，g p i b 专用l s i 芯片开始相继出现并在价格上日益下降，g p i b 接口设计也转向以l s i 1 2 b a r、iiiilil、iflijl， 芯片法为主，设计上的困难消失了。目前，世界上各著名芯片厂家几乎都生产 有g p i b 专用接口芯片，它们成功地把g p i b 标准规定的全部接口功能集成在一 至几片芯片上，即提高了接口的工作速度和可靠性，又降低了接口的体积和功 耗。在我们的综合测试系统中使用的g p i b 接口就是用l s i 芯片法实现的。 二采用大规模集成电路接口芯片实现g p i b 接口 1 接口芯片简介 在我们的综合测试系统中，采用n e c 公司的up d 7 2 1 0 接口芯片来构成p c 机g p i b 接口。下面就g p i b 接口的核心器件up d 7 2 1 0 作一简单介绍。 7 2 1 0 通用接口适配器具有g p i b 标准规定的全部1 0 种接口功能，每种接口 功能选用功能最强的子集。用7 2 1 0 构成p c 机的g p i b 接口，不但电路简单， 结构精巧，而且功能强大，编程控制容易。 7 2 1 0 的内部结构框图如图2 6 所示。 一 1t ，r 控制j g p i b 数据 螂 堪 暑| ：i _ - - 一 增 蚕 避s 1 r 3 l 辱 嗽 止 酉 羹蚤 糕 熊卜 剐 文 摄 1 丁 州f 刮消息译码i j i 图2 67 2 1 0 内部结构框图 1 tp d 7 2 1 0 内部有1 6 个可寻址的8 位寄存器。占计算机的八个连续口地址， 其中每一个地址可寻址读和写两个寄存器，由读、写信号来区分。通过对这些 寄存器组进行一系列的读写操作，就可完成对7 2 1 0 的程控。 为满足g p i b 标准在总线和电气方面的规定，7 2 1 0 在使用时必须经总线收 发器才能并联于g p i b 总线上。 器发收线总去 、iii、，ij 2 p c i 4 8 8 接口卡 在我们的综合测试系统中，采用l , tp d 7 2 1 0 接口芯片构成的g p i b 接口是一 种p c i 总线支持的接口卡，其型号为p c i 4 8 8 。由于p c i 总线的规范保证了自动 配置的实现，p c i 4 8 8 卡具有即插即用( p l u g a n d - p l a y ) 功能，安装时无需手工 设置开关或跳线，一旦插入p c i 总线槽，计算机的p c ib i o s ( b a s i ci os y s t e m ， 基本输入输出系统) 功能将自动完成有关配置。 p c i 4 8 8 卡使用8 个i o 地址寄存器和一个可选的中断级，不使用d m a ( d i r e c t m e m o r ya c c e s s ，直接存储器存取) ，在配置时也可使用额外的1 2 8 个i o 地址范 围。 第三章串行接口技术和亮度计接口硬件描述 由于t e s t p o i n t 平台对r s 一2 3 2 仪器的支持，根据需要，在我们的综合测试 系统中接入了配备有r s 2 3 2 串行接口的可程控器件p r 6 5 0 亮度计。 下面，我们就以p r - 6 5 0 亮度计为例，介绍串行接口技术。 3 1 串行通信概述 串行通信不同于并行通信数据在一条传输线上以一位一位传送的方式进 行通信。相对于并行通信传输速度快、通信线路复杂及成本高的特点，串行通 信具有通信线路简单、通信成本低、传送速度较慢等特点。 一异步通信及其协议 根据同步方式的不同，串行通信又分为同步通信( s y n c ) 和异步通信 ( a s y n c ) 。p r 6 5 0 亮度计采用异步通信，以一个字符为通信单位进行发送和 接收，每一个字符用起始位和停止位标记字符的开始和结束。 为了有效地进行通信，异步通信协议规定通信双方必须采用统一的数据格 式和相同的数据传送速率( 即波特率) 。 异步串行通信的数据格式如图3 1 所示，其中各位的意义如下： 1 起始位，当发送设备要发送一个字符数据时，先发出一个逻辑“0 ”信 号，占一位，这就是起始位。 2 数据位，它紧接着起始位之后，可以是5 8 位，从最低位开始逐位发 送，靠时钟定时。 3 奇偶校验位，在数据位后可根据需要加上一个奇偶校验位，以校验数据 传送的正确性。 4 停止位，这是一个字符数据的结束标志，可以是1 位、1 5 位或2 位的 高电平。 5 空闲位，用高电平表示，用于等待传送( 在异步通信中，字符间隔不周 定，在停止位后可以是若干个空闲位) 。 关于波特率：这是衡量通信速度的指标，以每秒传送的二进制位数表示。 ! ! ! 塑! 型垩鱼箜! ：! ：y 鳖丝堡全型垫墨墼 一 通信时，发送设备将数据格式和波特率通知接收设备。传送开始后接收 设备不断地检测传输线，当在测到一系列的“l ”之后检测到一个“0 ”就确认 一个字符开始，于是以位时间( 1 波特率) 为间隔移位接收规定的数据位和奇 偶校验位，并拼装成一个字符的并行字节，之后再接收规定位长的停止位“1 ”。 一个字符接收完毕，接收设备又继续测试传输线，监视“0 ”电平的到来和下一 个字符的开始。由于异步通信是按字符传输的，接收设备在收到起始信号后 只要在一个字符的传输时间内和发送设备保持同步就能正确接收。 空 叫 l 稠位 一d 。d ，蛩。- $ - , l v $ d i i 皇望位 ， 1 0l ，oi 0i 0i 0i 0l1 ll 0l ，0 i 0 _ 霾卜_ s 位，一霾蓑位i位位 图3 1 异步串行通信的数据格式 二数据传送方式 在串行通信中，数据传送是在两个通讯方之间进行的。根据数据传送方向 的不同有单工、半双工和全双工三种方式。p r - 6 5 0 亮度计采用全双工方式，需 要两根数据传输线，允许通信双方在同一时刻即可发送又可接收数据。全双工 系统不存在倒向闯题，并提供了回波。 3 2 串行接口标准r s 2 3 2 c 串行通信必须依靠必要的接口硬件来实现。目前串行接口已有广泛使用的 标准，这就是r s 2 3 2 c 标准。 r s 2 3 2 c 标准是美国电子工业协会( e i a ) 制定和推荐的串行接口标准。 它最初是为远程通信连接数据终端设备( d t e ) 和数据通信设备( d c e ) 而制 定的，但目前已广泛用于计算机与终端或外设之间的近距离异步串行通信。这 种接口采用点对点连接，每个设备需要有一个单独的通道。其主要性能指标为： 数据传输速率0 1 9 2 0 0 位s ，最大通信物理距离1 5 m 。 6 一r s 2 3 2 c 机械性能 r s 2 3 2 c 接口采用2 5 针或9 针d 型连接器，并规定d t e 应该配插头( 带 插针) ，d c e 应该配插座( 不带插针) 。 图3 2 给出d b 2 5 型和d b 9 型两种串行接口连接器。 发送电流( 一 发送电流( + 器 d b 2 5 型 d b - 9 型 图3 2 串行接口连接器 二础；2 3 2 c 接口信号 r s 2 3 2 c 标准规定有2 5 根连线，但在一般的微机通信中，只需要使用其中 的9 个通信信号，就可以建立起一条串行连接。 r s 2 3 2 c 常用信号线如表3 1 所示。 表3 1r s 2 3 2 c 常用信号线 d b 2 5 管脚d b 9 管脚方向功能描述 23 输出发送数据( t d ) 32 输入接收数据( r d ) 47 输出请求发送( r t s ) 58 输入清除发送( c t s ) 66 输入数据设备就绪( d s r ) 75 地公共或信号地( g n d ) 8l 输入接收线路信号检测( d c d ) 2 04 输出数据终端就绪( d t r ) 2 29 输入振铃指示( r j ) 三r s - 2 3 2 c 电气性能 r s 2 3 2 c 是一种非平衡型电气连接，即每个信号各用一根连线，所有信号 回路共用一根地线。 由于单线连接的线间干扰较大，r s 2 3 2 c 的逻辑电平采用e i a 电平，规定 “l ”的逻辑电平在一3 v 一1 5 v 之间，“0 ”的逻辑电平在+ 3 v + 1 5 v 之间。 e i a 电平与t t l 电平完全不同，因此，为了同计算机接口的t t l 集成电路连接， 必须进行电平和逻辑变换。 3 3p r 6 5 0 亮度计接口硬件描述 p r - 6 5 0 的r s 2 3 2 电缆即c t r l x f e r 电缆一端为1 2 针圆形插入式连接器， 连到亮度计，一端为带一个c t r l x f e r 开关的2 5 针d 型连接器，连到计算机一 由于系统中使用的计算机配备9 针插头，因此，在和计算机连接时需要使用2 5 针与9 针的转换器。 c t r l x f e r 电缆结构如图3 3 所示。 图3 3c t r l x f e r 电缆结构 c t r i ，x f e r 电缆的引出线如下： t d ( d b - 2 5 脚2 )送串行数据至p r _ 6 5 0 r d ( d b 2 5 脚3 )接收来自p r - 6 5 0 的串行数据 r t s ( d b 2 5 脚4 )输出至p r - 6 5 0 d t r ( d b 2 5 脚2 0 ) g n d ( d b 2 5 脚7 ) 当这根信号线为低时。p r 6 5 0 启动一个0 1 s 的复位 使其进入一个已知状态。 输出至p r 6 5 0 只有当d t r 线为高时，数据才能从p r - 6 5 0 发送出 来。如果不被驱动，这根信号线为高。 信号地 第四章t e s t p o i n t 平台的i v 、l - v 特性 综合测试系统的实现 4 1 t e s t p o i n t 简述及其基本概念 一t e s t p o i n t 屏幕参观 t e s t p o i n t 的屏幕如图4 1 所示，分“s t o c kw i n d o w ”、“o b j e c tp a n e l ”、“u s e r w i n d o w ”和“a c t i o nl i s t ”等四个区域。 图4 1 t e s t p o i n t 的屏幕 1 s t o c kw i n d o w 在这个窗口中，可以得到诸如显示、图形、开关和接口硬件等之类的自定 义或标准对象。选定对象，并把它们放在需要的地方即可，无需布线。 1 9 2 o b j e c tp a n e l 在一个应用程序中所用的全部对象都呈现在o b j e c tp a n e l 中。在这里，库 存对象承担了应用程序中要用的自定义信息。在一个a c t i o nl i s t 中，相同的对 象能够多次使用。 3 u s e r w i n d o w 。 应用程序可以有一个或多个面板来显示按钮、图形、数据输入字段和其它 项目等。这些面板属于用户界面。面板可以制作成任何尺寸和任意颜色，也可 以制作成可见的或隐藏的。 4 a c t i o nl i s t 通过把对象拖往一个a c t i o nl i s t ，就可以建立起- n n 试将要做的事情。 t e s t p o i n t 完成键入工作，所提供的动作行描述了将要做的测试。拖动并放下， t e s t p o i n t 创建了一个已编译成的c 程序。 二t e 爆t p o i n t 的基本概念 1 o b j e c t s ( 对象) t e s t p o i n t 中的一个对象( o b j e c t ) 代表了应用程序中诸如用户界面项目、 外部测量器件、磁盘数据文件或计算等之类的一个组件。一个单一的对象合并 了诸如此类的一个组件的动作和信息( 数据) 。 对象有若干特性： 动作每一个t e s t p o i n t 对象都有一个或多个能够执行的动作。例如，显 示对象能做“s e tt o ”动作，这个动作改变显示值：文件对象有写 名字图标 用户界面 动作列 文件、读文件、清除文件等动作。 每一个t e s t p o i n t 对象有一个数据值。数据值可以作为对象的一个 动作的结果而被改变。对象数据值可以用在数学计算中，也可用 作其它对象的动作中的参数。 每个对象都有一个名字以方便程序设计者。名字是一个正文标 签；在有些情况中，名字也可用作应用程序面板上的对象的标题。 对象还有一个小的图形化图标，它表明了对象的类别。 有些对象具有用户界面。按钮、开关、数据输入、显示、指示器 和图形等对象都是具有用户界面的对象的例子，并且显示在面板 上。有些对象通过鼠标或键盘对用户输入作出反应。接受输入的 用户界面对象在用户与它们相互作用时改变其数据值。 许多对象具有一个与其相关的动作列。动作列指明了当相关的对 象得到一个事件时，应用程序的对象将要执行的一连串动作。 2 a c t i o nl i s t s ( 动作列) t e s t p o i n t 中的动作列( a c t i o nl i s t s ) 详细说明了应用程序所做的事情。 通过选择想要相互作用的对象，并把它们拖到动作列窗口中，就可建立起 动作列。通过建立一个描述所选动作的正文动作行，t e s t p o i n t 作出响应。 一个动作列显示为一系列的编号动作。通过在对象中拖动，新的动作可以 添加进来。动作也可以删除掉，这时它们的顺序将会重新排列。动作列还能包 括循环和有条件地被执行的部分( 通过使用循环和条件对象) 。 2 3 d a t a ( 数据) 每个t e s t p o i n t 对象都具有一个数据值，它可以作为其动作的结果而被改变 这些数据值也可随后用作另一个动作中的参数。 一般地说，改变对象数据的动作用一个新值替换旧的数据值。正常情况下 处理或存储数据的动作应当跟在一个读取新数据的动作后面。 4 e x e c u t i o n ( 执行) 当事件发生时，t e a t p o i n t 执行动作列。事件可以是： 用户输入( 鼠标和键盘) 定时器 来自g p i b 或a d 等硬件接口的中断 来自其它w i n d o w s 应用程序的动态数据交换信息 或者，作为一种重要的特殊情况： 另一个动作列中所执行的动作结果 用加到t e s t - p o i n t 的外部代码还能够定义新的事件( 通过使用代码对象) 。 每一类对象都定义了其响应的事件，同时提供了一个可供填充的动作列。 有些纯粹用于数据处理或输出的对象，没有事件或动作列。 4 2i v 、l v 特性综合测试系统的组建 一测试要求分析( t r a ) 在实验中，我们需要测量有机发光器件( o l e d ) 的i v 、l v 特性，也就 是测量o l e d 在加一定偏压下的电流和亮度值，然后绘制其i v 、l v 曲线， 以研究o l e d 的性能特性。我们采用的o l e d 样品在偏压加至2 5 伏时，其电 流值为十几毫安，满足实验中所用的静电计k e i t h l e y 6 1 7 电流档最大量程2 0 毫 安的要求。由于k e i t h l e y 6 1 7 的电压源最大电流输出为2 毫安，为安全起见，我 们在实验中不用k e i t l l l e y 6 1 7 的电压源向o l e d 样品提供偏压，而是另外用一个 电压范围为4 2 3 1 v 的可调直流电压源来供给偏压，同时用另一台k e i t h l e y 6 1 7 静电计的电压档读取这个偏压值。发光面积为5 m m 5 m m 的o l e d 样品可以 充满实验中所用的亮度计p r 6 5 0 的测量视场，满足p r 6 5 0 对