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電子裝備數(shù)字電路板自動(dòng)檢測(cè)儀方案設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-08-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

3.2 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/193390.htm

  由于被測(cè)板是單純的數(shù)字邏輯電路,電路板的輸出信號(hào)是數(shù)字信號(hào),因此信號(hào)采集時(shí)無(wú)須A/D轉(zhuǎn)換,只需按照一定的采樣周期采集輸出信號(hào)即可。由于單片機(jī)數(shù)據(jù)輸入口的位寬一般僅為8位,為了保證采樣速度,利用FPGA器件的內(nèi)在并行性快速采集輸出信號(hào),并存入存儲(chǔ)器中,在到達(dá)測(cè)試深度后,F(xiàn)PGA向單片機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求,單片機(jī)從存儲(chǔ)器中讀取采集到的輸出信號(hào),通過(guò)USB傳送到上位PC機(jī)。該模塊組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

  

  與信號(hào)發(fā)生模塊類似,單片機(jī)控制橋重用FPGA訪問(wèn)輸出向量存儲(chǔ)器的總線,為了避免總線訪問(wèn)沖突,控制橋利用控制信號(hào)Ctrl0和Ctrl1,當(dāng)Ctrl0=0,Ctrl1=0時(shí),控制橋掌控訪問(wèn)存儲(chǔ)器的總線,否則由FPGA掌握該總線。

  4 系統(tǒng)工作原理

  4.1 系統(tǒng)工作過(guò)程

  ATE測(cè)試的基本原理:向被測(cè)板輸入測(cè)試信號(hào),然后獲取被測(cè)板的輸出信號(hào),并與響應(yīng)信號(hào)相比較,依據(jù)兩者是否完全一致,判斷被測(cè)板有無(wú)故障。ATE工作過(guò)程如下:

  (1)完成硬件連線:PC機(jī)與ATE的USB連接,被測(cè)板與ATE插接,電源連接;

  (2)在上位PC機(jī)上運(yùn)行ATE測(cè)試控制軟件TCS(Test Con-trol Software),TCS中已經(jīng)預(yù)先錄入每塊待測(cè)板的型號(hào),維修人員選擇電路板型號(hào),點(diǎn)擊啟動(dòng)測(cè)試按鈕;

  (3)TCS將該型號(hào)電路板的引腳信號(hào)特性、測(cè)試向量、響應(yīng)向量、觸發(fā)字、觸發(fā)方式、采樣周期、采樣深度、信號(hào)發(fā)生周期等測(cè)試數(shù)據(jù)和參數(shù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出,并將除響應(yīng)向量外的數(shù)據(jù)和參數(shù)分別發(fā)往信號(hào)發(fā)生模塊中的單片機(jī)AT89S51和信號(hào)采集模塊中的單片機(jī)AT89S51;

  (4)AT89S51單片機(jī)通過(guò)配置FPGA完成系統(tǒng)的自動(dòng)配線工作;

  (5)TCS依先后順序向信號(hào)采集模塊和信號(hào)發(fā)生模塊的單片機(jī)發(fā)送開(kāi)始測(cè)試命令;

  (6)TCS在收到信號(hào)采集模塊傳來(lái)的數(shù)字邏輯電路板輸入輸出向量后,以波形方式顯示采集到的數(shù)據(jù),并將輸出向量與從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀人的響應(yīng)向量相比較,依據(jù)兩者是否一致,得出被測(cè)數(shù)字邏輯電路板是否完好的診斷結(jié)果。

  上述(3)~(6)項(xiàng)由ATE自動(dòng)完成。

  4.2 測(cè)試向量與響應(yīng)向量設(shè)計(jì)

  測(cè)試診斷結(jié)果的正確與否也與測(cè)試向量的完備性有關(guān),測(cè)試向量可由兩種方式獲得:

  (1)向量空間完全集方式設(shè)電路板輸入管腳的數(shù)量為n,則n根信號(hào)線的信號(hào)組合共有2n種,即測(cè)試向量空間為集合{0,1,2,…2n-1},取此集合的所有元素作為測(cè)試輸入向量,該方式可以由機(jī)器自動(dòng)完成。

  (2)人工方式由人工分析電路板的邏輯功能。以每個(gè)邏輯門(mén)、觸發(fā)器等器件的各種狀態(tài)能夠完全遍歷為原則,設(shè)計(jì)測(cè)試輸入向量,對(duì)時(shí)序邏輯電路板還需確定復(fù)位存儲(chǔ)功能器件的復(fù)位向量,由此獲得整個(gè)電路板的測(cè)試輸入向量。

  人工方式獲得的測(cè)試向量的規(guī)模比向量空間完全集方式要小很多,有利于節(jié)約時(shí)間和存儲(chǔ)空間,且人工方式設(shè)計(jì)的測(cè)試向量對(duì)時(shí)序邏輯電路來(lái)說(shuō)更容易反映電路板的功能特性。因此該系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路板的測(cè)試向量全部由人工方式分析、設(shè)計(jì)而得。

  判斷測(cè)試結(jié)果所需要的響應(yīng)向量也有兩種方式:(1)響應(yīng)向量由ATE測(cè)試無(wú)故障板獲得并保存,作為測(cè)試維修時(shí)比對(duì)的基準(zhǔn),此種方式可以由機(jī)器自動(dòng)完成;(2)根據(jù)人工分析,確定測(cè)試輸入向量相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)向量,此響應(yīng)向量還需與ATE測(cè)試無(wú)故障電路板獲得的電路板輸出向量進(jìn)行人工比對(duì),兩者一致,才能確定該響應(yīng)向量是正確可用的。

  4.3 測(cè)試結(jié)果自動(dòng)比較設(shè)計(jì)

  為實(shí)現(xiàn)ATE測(cè)試所得輸出向量與響應(yīng)向量之間的自動(dòng)比對(duì),在測(cè)試向量中引入虛信號(hào)BASE,該信號(hào)在測(cè)試向量的每步之間跳變,將該信號(hào)送往ATE上空閑的第64路信號(hào)口。采集到的響應(yīng)向量(無(wú)故障板)和輸出向量(被測(cè)板)中包含BASE信號(hào),此信號(hào)成為步長(zhǎng)指針,信號(hào)的兩次跳變之間的時(shí)間成為一個(gè)窗口,該窗口代表測(cè)試步驟中的一步,用此窗口分別截取響應(yīng)向量和輸出向量,再進(jìn)行比較,即可實(shí)現(xiàn)軟件自動(dòng)診斷。這種自動(dòng)診斷方式能夠處理單步中出現(xiàn)單穩(wěn)的情形。至此整個(gè)測(cè)試過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,可在1分鐘內(nèi)完成單塊故障檢測(cè)工作,操作簡(jiǎn)單,工作效率高。

  5 結(jié)束語(yǔ)

  針對(duì)某系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路板而設(shè)計(jì)的ATE,能夠完成該系統(tǒng)中所有的故障測(cè)試工作,測(cè)試過(guò)程自動(dòng)完成,高效經(jīng)濟(jì),能夠滿足戰(zhàn)時(shí)該系統(tǒng)中的快速維修任務(wù),操作簡(jiǎn)便,實(shí)際應(yīng)用效果良好。該ATE在以下方面還可進(jìn)一步改進(jìn):(1)對(duì)接插件模塊進(jìn)行改造,將該ATE用于艦艇上其他電子裝備系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路板的維修工作,這是下一步的工作重點(diǎn),即將該ATE由某電子裝備系統(tǒng)的專用數(shù)字電路板維修自動(dòng)測(cè)試設(shè)備,改進(jìn)為該艦艇上所有電子裝備系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路板的通用ATE;(2)該ATE目前尚只能用于較低速數(shù)字電路板(20 MHz以下)的故障測(cè)試,需要進(jìn)一步改進(jìn);(3)在前述基礎(chǔ)上,可以考慮改進(jìn)、研制成我國(guó)海軍在役主要艦艇上電子裝備系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路板的通用ATE。


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