電子裝備數字電路板自動(dòng)檢測儀設計

1 引言

　　電子裝備在海軍艦艇上應用廣泛，如觀(guān)通、導航、指揮控制、電子戰和武器控制等，屬于艦艇關(guān)鍵設備，電子裝備以其智能化、小型化、高速、高復雜度的特點(diǎn)，在大幅度提高艦艇生命力和作戰效能的前提下，也為艦艇維修保障部門(mén)和人員帶來(lái)了巨大的挑戰。隨著(zhù)部隊信息化建設的不斷普及與深入，武器裝備的維修保障技術(shù)正在發(fā)生新的變化口_引：自動(dòng)測試系統及設備ATE(Automatic　Test Equipment)、便攜式維修輔助PMA(Portable Maintenance Aids)、交互式電子技術(shù)手冊IETM(Interactive Electronic　Technical Manual)等已經(jīng)成為武器裝備維修領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。ATE是以計算機為基礎的故障診斷技術(shù)設備，投入使用后，加速了測試過(guò)程，提高了維修速度，還可以預防未發(fā)生的故障，進(jìn)而提高裝備的質(zhì)量和性能。艦艇電子裝備中的電路板存在多種類(lèi)型，這里僅考慮針對單純的數字邏輯型電路板ATE設備的設計。

　　2 系統總體設計

　　測試單純的數字邏輯型電路板，首先需要找出電路板接口引腳上的信號特性，如信號電平(TTL型、CMOS型等)、信號方向(輸入、輸出或雙向)、信號功能(電源信號、邏輯信號)，在此基礎上通過(guò)電路原理圖分析電路板功能，設計測試向量，以確定響應向量。信號特性及電路原理圖的獲取有以下途徑：(1)由電路板研制設計單位提供;(2)使用測量?jì)x表手工測繪。

　　ATE測試的原理就是向電路板輸入測試向量，獲取相應的輸出向量，將此輸出向量與正常的響應向量相比較，結果一致表明電路板無(wú)故障，否則表明該電路板已損壞。整個(gè)過(guò)程由ATE自動(dòng)完成，因此效率高，但測試向量的完備與否對故障診斷結果有重要影響。該ATE設備是針對某電子裝備系統而研發(fā)的，其結構框圖如圖1所示。

　　從圖1可見(jiàn)，ATE由信號發(fā)生、信號采集、與上位機的USB通信以及用于連接被測板的接插件4大模塊組成。信號發(fā)生模塊和信號采集模塊采用單片機AT89S51+FPGA的技術(shù)方案實(shí)現，因此整個(gè)測試系統是一個(gè)PC機→單片機→FPGA→被測板的4級結構。USB通信模塊選用USB/RS-232轉換器實(shí)現，AT89S51串口經(jīng)電平轉換電路轉換為RS-232接口后連接到USB/RS-232轉換器。接插件模塊主要考慮與被測板連接的電氣與機械特性。

　　3 關(guān)鍵模塊設計

　　3.1 信號發(fā)生模塊設計

　　該模塊由單片機控制橋(AT89S51)、測試向量存儲器(靜態(tài)存儲器HM628128x2，排列方式為256 Kx8 bit)、信號發(fā)生FPGA(Altera公司Cyclone系列PLD器件EP1C3)、通道控制CPLD(Altera公司MAX7000系列PLD器件EPM7128S)及三態(tài)選通門(mén)陣列(74LS126x16)組成，模塊組成結構如圖2所示。

　　單片機控制橋收到上位PC機傳來(lái)的測試向量后，將其寫(xiě)入測試向量存儲器(單片機內的存儲器不夠用)，并將被測電路板的引腳信號特性數據寫(xiě)入通道控制CPLD。由CPLD控制三態(tài)門(mén)陣列的選通端，三態(tài)門(mén)陣列的輸入數據由信號發(fā)生FP-GA提供，FPGA接收到控制橋的信號發(fā)生命令后，從測試向量存儲器取出測試向量送往三態(tài)門(mén)陣列?？刂茦蛑赜肍PGA訪(fǎng)問(wèn)測試向量存儲器的總線(xiàn)，為防止兩者對存儲器的訪(fǎng)問(wèn)沖突，用信號Ctrl0和Ctrl1進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，當Ctrl0=0且Ctrl1=0時(shí)，控制橋掌控存儲器的訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)，否則由FPGA掌控。

　　這里要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一是自動(dòng)配線(xiàn)問(wèn)題。由于各塊電路板的輸入輸出引腳不固定，自動(dòng)配線(xiàn)除了保證信號送達被測板相應的輸入通道外，需要避免信號發(fā)生模塊將信號輸出到被測電路板的輸出通道，以防止損壞被測板。設計中該問(wèn)題通過(guò)三態(tài)門(mén)的高阻態(tài)得以解決。