河北省职业院校技能大赛集成电路开发及应用.docx
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河北省职业院校技能大赛集成电路开发及应用
2021年河北省职业院校技能大赛
集成电路开发及应用赛项技能竞赛任务书(C卷)
一、比赛要求
比赛现场将下发比赛所需的集成电路芯片、配套的焊接套件及相关技术资料(芯片资料手册、焊接套件清单等)。
参赛选手应在规定时间内,完成集成电路制造工艺仿真操作,并按照相关电路原理与电子装接工艺,设计、焊接、调试集成电路功能测试工装板,借助于测试平台完成相应测试任务,完成芯片分选,填写测试报告,并将分选出的芯片按要求焊到集成电路应用装置,编程实现装置功能。
二、比赛内容
1.集成电路工艺仿真操作
参赛选手应使用专用仿真软件完成集成电路工艺理论测试、数字芯片测试环境设置、数字芯片电参数测试、模拟芯片外观检查等。
2.元器件核查
参赛选手应按照赛题所提供的焊接套件清单进行元器件的辨识、清点和焊接。
赛题所涉及的元器件种类可能包括:
电阻、电容、电感、二极管、三极管、电位器、LED发光二极管、MCU、晶振、74系列芯片、CMOS系列芯片、运算放大器芯片等,包含DIP、SOP等常见集成电路封装形式,具体涉及到的元器件以现场下发为准。
集成电路测试任务提供测试辅助元器件,其中电阻均为0805封装,电位器均为3296封装,可供选择的电阻阻值包括:
100、1K、1.5K、2K、2.4K、2.7K、3K、3.3K、6.8K、7.5K、10K、15K、20K、100K(每个品种不少于2只),电位器阻值为:
20K(2只)。
参赛选手应同样予以核查测试。
2.测试工装焊接调试
参赛选手针对现场下发的芯片,按照给定的芯片资料和现场下发的测试工装DUT板、Mini转换板及综合应用电路板上焊接测试工装并调试,完成测试工装与测试平台之间的信号接入。
测试工装电路板焊接调试完成后,必须用万用表测试测试工装板VCC及GND之间是否存在短路,若存在短路现象,必须排除后方可使用测试平台进行测试,以免造成设备损坏。
为便于测试中使用不同要求的测试电压,DUT板中设置了输出正电压调节电位器RW2
和输出负电压调节电位器RW1,分别可以实现+1.25V~+11.5V,-1.25V~-11.5V的输出调节。
可调的正电压输出端子为DUT板P1及P2中的+V端子,可调的负电压输出端子为DUT板P
1及P2中的-V端子,选手使用前必须使用万用表调节好输出电压,方可接入电路,因选手未合理操作引起的后果由选手自行承担。
注意:
每个测试任务所需的工装仅装配在一个Mini转换板及DUT板中,选手演示测试结果供裁判评判时不得再次进行接线操作,仅允许选手更换测试程序接受测试。
选手需要重新接线的测试任务,裁判不予以测试,该任务以0分计入总成绩。
3.集成电路测试程序的编写
参赛选手在WindowsXP/WIN7(32位)操作系统的VisualStudio6.0开发环境下编写基于C语言的测试程序,U盘2的下发资料中提供了测试所用的相应函数,选手可在提供的参考程序基础上按照任务书的要求编写测试程序并完成调试及测试任务。
参赛选手应根据任务书测试要求及被测集成电路的芯片资料,将需要测试的结果按照要求通过编写的上位机程序界面呈现。
4.芯片参数、基本功能及综合应用电路的测试
测试时仅评判任务书要求测试的相关功能,对于选手未按照要求额外完成的功能不予以评判。
测试结果统一在比赛完成后的评测环节由选手按要求在屏幕呈现,具体呈现要求见任务书描述,评测过程中不允许选手对代码做任何调整。
测试集成电路的某些基本参数时持续时间不能过长(例如运算放大器的最大短路输出电流),以免损坏芯片或者测试平台。
本测试任务中涉及的所有集成电路引脚从其第1脚开始编号依次为PIN1、PIN2…….。
5.芯片分选及测试报告填写
参赛选手应根据现场下发的任务书规定的需要分选的集成电路型号和现场提供的芯片资料,参照给定的芯片测试参考程序自行编写分选程序,要求选手从现场下发的芯片中分选出指定型号的集成电路,并填写测试报告。
三、比赛任务
第一部分集成电路工艺仿真
软件操作须知:
1)根据要求在电脑上运行下发U盘中的“集成电路制造工艺虚拟仿真考核平台”软件,本任务所有答题均在该软件中运行。
2)在打开界面的输入框内输入本次考核规定的试卷号口令,口令:
“YYJTHD58”,确认后,点击“开始测试”,依次进行制造工艺题、数字芯片参数测试、模拟芯片参数测试等环节答题;答题完成,点击“提交”,即完成集成电路工艺仿真比赛。
3)注意:
数字芯片测试环境设置中,需对“探针台选择”、“探针工作步进值设定”、“测试程序加载”进行正确选择,如果2次选择错误,选手将无法进行后续答题,比赛结束。
4)任何形式的复制操作和删除U盘内任何文件视为成绩无效;所有题目答题完成后,需点击“提交”按钮,视为答题结束且不能再次答题,不提交本部分将无成绩。
1.集成电路制造工艺
所涉及的典型集成电路制造工艺包含以下的部分或全部表述:
晶圆制造、流片工艺、晶圆测试工艺、集成电路封装工艺、集成电路测试工艺等流程知识点。
2.数字集成电路晶圆MAP图标定。
1)数字芯片测试环境设置:
在软件上进行给定芯片测试前软硬件环境的主要操作。
项目1.选择给定芯片标定所需探针台;
项目2.选择合适的探针台运行步进值;项目3.选择正确的测试运行程序。
“测试环境设置”选错2次后后续任务将不再进行,本题不得分。
2)数字芯片电参数测试:
通过软件对晶圆上各芯片逐个进行电参数测试,选手需根据屏幕上出现的电参数表判断并在MAP图中标定对应芯片的好坏,电参数符合要求则标定为Pass片,电参数不符合要求则标定为Fail片。
3.模拟集成电路晶圆MAP图标定
1)模拟芯片电参数测试:
通过软件对晶圆上各芯片逐个进行电参数测试,选手需根据屏幕上出现的电参数表判断并在MAP图中标定对应芯片的好坏,电参数符合要求则标定为Pass片,电参数不符合要求则标定为Fail片。
2)模拟芯片外观检查:
通过软件对经过模拟芯片电参数测试后的Pass片逐个进行外观检查,若芯片外观有瑕疵,在MAP图中标定对应芯片为Fail片。
第二部分集成电路测试
1.数字集成电路测试
待测型号:
74LS283
芯片参考资料参见随U盘下发资料中相应文档。
任务描述:
设计测试工装电路,在下发的MiniDUT板中完成焊接装配,装入DUT转换板中,完成测试平台信号接入,根据测试任务要求,编写测试程序完成测试并将测试结果在屏幕显示,显示要求见任务①、②中说明。
①输入电流测试
要求:
测试电压设置为0.4V,VCC设置为4.5V,输入电流测试任务如表1所示。
表1输入电流测试任务表
管脚编号
引脚输入电流
PIN2
PIN5
PIN11
PIN2电流:
****PIN5电流:
****
PIN11电流:
****
屏幕显示测试结果示例格式(**为实际测试获得的数值及对应单位,要求一屏显示全部结果,以四舍五入方式保留2位小数):
评测时,裁判确认上述输出后,将现场指定另一组测试参数,选手现场重新设定后,再次编译、运行程序,按相同格式在屏幕上显示。
②芯片应用功能测试
结合测试平台资源和功能,利用74LS283芯片,设计一个代码转换电路,将8421BCD码转为5211码。
即在74LS283芯片输入管脚A3~A0送入一8421码时,屏幕应显示对应的5211码及芯片输出管脚S3~S0的管脚电压。
注:
5211码是一种恒权码,其最高位到最低位的权分别为5、2、1、1。
其转换过程为先将8421码转为十进制数,再将十进制数按5211码的权转换为二进制数。
选手编写测试程序实现上述代码转化功能,对8421BCD码“0111”进行转码显示,并按照规定格式实现转码显示。
8421码:
****5211码:
****
屏幕显示测试结果示例格式:
S3电压:
**S2电压:
**S1电压:
**S0电压:
**
(若相关信息有单位的,例如电压或者信号等,必须显示其单位。
)
评测时,裁判确认上述输出后,将现场指定另外一个8421BCD码,选手现场重新设定后,再次编译、运行程序,按相同格式在屏幕上显示。
2.模拟集成电路测试待测型号:
LM2902
芯片参考资料参见随U盘下发资料中相应文档。
任务描述:
设计测试工装电路,在下发的MiniDUT板中完成焊接装配,装入DUT转换板中,完成测试平台信号接入,根据测试任务要求,编写测试程序完成测试并将测试结果在屏幕显示,显示要求见任务①、②中说明。
测试条件:
在本任务中,芯片LM2902电源供电电压均为±12V。
①输出电流测试
要求:
运用芯片中的资源设计并搭建电路,VID设置为1V。
输出电流有效值为:
**
屏幕显示测试结果的屏幕输出格式为(**为实际测试获得的数值及对应单位,要求一屏显示全部结果,以四舍五入方式保留2位小数):
②芯片应用功能测试
要求:
在正常放大状态的前提下,设计一个运算放大电路,利用测试平台输入两路直流信号分别为Ui1和Ui2,要求对Ui1信号的放大倍数为-0.7,对Ui2信号的放大倍数为-1.8。
选手利用测试平台资源编写测试程序,完成测试任务,在屏幕上显示输入Ui1为1V,Ui2为
输出电压有效值为:
**。
-1.3V时的输出电压有效值。
显示格式如下(**为实际测试获得的数值及对应单位,要求一屏显示全部结果,以四舍五入方式保留2位小数):
评测时,裁判确认上述输出后,现场指定其他输入参数,选手现场重新设定后,再次编译、运行程序,在屏幕上显示对应结果。
3.综合应用电路功能测试
①工作条件设置
任务描述:
充分利用测试平台的资源,根据电路板工作条件及表2设置综合应用电路板工作状态。
电路板工作条件:
♦调节DUT板的正负电源为±10V输出,若测试任务有特别要求,以测试任务要求为准,正负电源输出电压按照要求调整好后方可执行后续操作。
♦调节J1端子的短路帽接至PIN4端、J2端子的短路帽接至PIN3端。
♦利用测试平台资源,使得综合应用电路板P1端子中的PIN5与PIN10短接,PIN6与PIN8短接,PIN7与PIN9短接。
♦J3~J10初始状态:
J3~J9端子短路帽接至+VCC端,J10端子短路帽接至GND端,实现相关任务时以具体任务设置要求为准。
综合应用电路板功能引脚说明如表2所示。
表2电路板功能引脚说明
序号
引脚编号
功能说明
1
PIN1
测试信号输入:
可以输入直流信号(正负电压),交流信号
2
PIN2
信号输出
3
PIN3
模拟电路正电源输入,根据任务书要求输入
4
PIN4
模拟电路负电源输入,根据任务书要求输入
5
PIN5
编码输入,根据任务书要求设置
6
PIN6
编码输入,根据任务书要求设置
7
PIN7
编码输入,根据任务书要求设置
8
PIN8
编码输入,根据任务书要求设置
9
PIN9
编码输入,根据任务书要求设置
10
PIN10
编码输入,根据任务书要求设置
11
PIN11
悬空
12
PIN12
数字电源输入,输入+5V
13
PIN29
GND,接地输入
14
PIN30
DS1显示编码输入A
15
PIN31
DS1显示编码输入B
16
PIN32
DS1显示编码输入C
17
PIN33
DS1显示编码输入D
18
PIN34
DS1小数点输入,输入高电平,DS1小数点点亮
19
PIN35
DS2显示编码输入A
20
PIN36
DS2显示编码输入B
21
PIN37
DS2显示编码输入C
22
PIN38
DS2显示编码输入D
23
PIN39
DS2小数点输入,输入高电平,DS2小数点点亮
24
PIN40
悬空
25
J3~J10
编码输入,根据任务书要求设置
说明:
DS1及DS2显示编码输入为十进制数,对应的DCBA输入十进制数,输入0000~1001,DS1及DS2将对应显示0~9。
②综合应用电路功能测试
任务描述:
充分利用测试平台的资源,编写测试代码完成相应测试。
测试条件设置要求:
♦DUT板正负电源调节输出为±10V。
♦J2端子短路帽接至PIN12端。
♦J6(J3~J10之一)端子短路帽接至GND端,J10端子短路帽接至+VCC端,其余端子短路帽状态不变。
♦DS1、DS2显示PIN2输出信号与PIN1输入信号的幅度比值(交流信号为有效值之比),按照四舍五入的原则保留小数点后1位,其中DS1显示高位,DS2显示低位。
如果输出为直流正信号,则DS1的DP点亮;如果输出为直流负信号,则DS2的DP点亮;如果输出为交流信号,则DS1及DS2的DP均点亮。
电路板功能测试数据表如表3所示。
第一种测试状态的PIN1输入信号为直流0.4V,第二种测试状态的PIN1输入信号直流值在裁判测试时告知选手,由选手修改参数设置。
测试结果直接观察数码管的显示,不需要在屏幕显示测试结果。
表3电路板功能测试数据表
测试
状态
PIN1
输入信号
DS1
显示
DS2
显示
DS1的
DP状态
DS2的
DP状态
状态1
0.4V
状态2
测试时选手应完成状态1的测试,按照要求在功能板上准确显示对应内容。
裁判测试时,确认上述输出后,现场指定另一组输入参数,选手直接在代码中修改某个测试状态数据,运行测试程序,测试裁判现场确认选手编写代码的正确性。
注意:
裁判评判时,因选手未按照测试条件设置状态导致的测试结果偏差,后果由选手
自行承担。
第三部分集成电路分选
现场下发SOP16封装的集成电路芯片。
参赛选手需将芯片安装在分选测试工装板及测试工装DUT板中,根据待分选芯片的相关资料,编写分选程序,完成芯片分选,在测试报告中填写分选出指定型号芯片的编号等信息。
1.任务描述
需要分选的芯片型号为:
74HC595,CD4511,74HC138。
选手从分选出的74HC595,CD4511中各选择一颗装入SOP转DIP转接板,然后装入集成电路应用电路人机交互模块中的相应位置,其对应关系为:
人机交互模块中的U3为74HC595,U4为CD4511。
选手完成分选后,将分选出的指定型号的芯片编号填入下表中。
2.测试报告
序号
需分选芯片型号
分选出的指定型号芯片的编号
(直接填写芯片表面的丝印编号)
1
74HC595
2
CD4511
3
74HC138
评判时,裁判查看确认选手填写的测试报告进行评判。
第四部分集成电路应用
1、比赛要求
集成电路应用部分由平台配置的M0主控模块、人机交互模块和部分应用模块组成。
选手自行将分选出的规定芯片(74HC138)焊接到人机交互板的U2处(请选手自行按照下发的
图纸进行装配),将以上模块电路根据下发的装配图级联,编写相应功能程序代码并下载到
M0主控模块中。
2、比赛内容
1).系统使用资源:
(1)、M0主控模块:
可用I/O端口PA2~PA9,PA15,PB8~PB15(J5短路帽不插入),
PC3,PC4,PC6,PC7,PC13~PC15。
(2)、M0主控模块OLED1,U4,均不使用。
(3)、本次考核所用的按键均使用M0主控模块的按键:
S1~S4。
(4)、人机交互模块:
U5不用焊接,使用LED1~LED2,LS1,LCD。
DS1的小数点不使用,其余字段均使用。
(5)、人体感应模块:
仅使用P1端口(信号输出端口)和电源输入端口。
(6)、交通灯模块:
使用CN3的INR1,INY1,ING1,INR2,INY2,ING2,其余不使用。
OLED1及OLED2均不使用。
2).显示要求:
(1)人机交互模块的LCD液晶屏根据后续任务描述显示相应信息。
(2)人机交互模块的DS1根据后续任务描述显示相应数值。
3.元器件焊接装配要求:
将待焊接芯片:
74HC138对照人机交互板原理图,直接焊接装配至人机交互板U2处,对应关系请选手根据原理图自行确认。
4.硬件级联要求:
(1)选手需合理分配可以使用的资源,按照图1完成M0主控模块、人机交互模块、人体感应模块、交通灯模块的级联,所有模块之间的级联均采用杜邦线连接,供电部分由1拖4的5V适配器分别插入四块电路板的适配器接口。
图1模拟智能交通灯系统级联示意图
(2)选手自行定义人机交互模块功能按键:
秒表“启停键”,秒表“复位键”,智能交通灯“启动键”,智能交通灯“停止键”,均使用M0主控模块中的按键S1~S4,由选手自行完成相关按键功能定义。
5.系统功能要求:
(1)开机自检功能
编写代码实现开机自检功能,上电后:
1)M0主控模块:
D9~D12,D14~D17以1Hz频率闪烁3次后熄灭,蜂鸣器LS1鸣响3S后停止鸣响。
2)人机交互模块:
a.DS1中的每个数码管从左至右依次显示1031,以1Hz频率闪烁3次后熄灭。
b.LED1~LED2点亮。
c.LCD显示屏在第一行以居中方式显示:
2020年山东朗迅杯。
d.蜂鸣器LS1鸣响3S后停止鸣响。
d.按M0核心模块S1~S4任意键后,DS1熄灭(不显示任何字符),LED1、LED2以1Hz频率闪烁点亮,LCD显示屏清屏(不显示任何信)。
3)交通灯模块:
R1,R2,Y1,Y2,G1,G2以1Hz频率闪烁3次后熄灭。
(2)倒计时功能
编写代码实现10S倒计时秒表功能,包括启动、暂停、复位等,由人机交互模块DS1显示。
倒计时秒表功能如下:
秒表“启停键”(选手自行选定)按下后,DS1最右侧数码管显示9并开始倒计时(依次为9、8、7、6、5、4、3、2、1、0、9、8……),再次按下秒表“启停键”,停止计时,显示当前秒表计时状态值。
秒表在计时过程中,按下秒表“复位键”(选手自行选定),秒表重新复位,人机交互模块DS1最右侧数码管显示9。
(3)智能交通灯功能
编写程序代码实现智能交通灯功能,按下智能交通灯“启动键”,交通灯模块上G1,G2以1Hz频率闪烁(此为初始状态),其余LED灯均熄灭,人机交互模块DS1最左侧数码管显示为“0”。
当有人体靠近人体感应模块使之感应触发,R1,R2以1Hz频率闪烁,Y1,Y2点亮;当人体离开人体感应模块,R1,R2熄灭,G1,G2点亮。
此过程中人机交互模块DS1最左侧数码管实时记录人体感应模块的触发次数。
按下智能交通灯“停止键”,G1,G2点亮,其余LED等均熄灭,人机交互模块DS1最左侧数码管和最右侧清零,显示为“0”。
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