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

　　1 引言

　　電子裝備在海軍艦艇上應(yīng)用廣泛，如觀通、導(dǎo)航、指揮控制、電子戰(zhàn)和武器控制等，屬于艦艇關(guān)鍵設(shè)備，電子裝備以其智能化、小型化、高速、高復(fù)雜度的特點(diǎn)，在大幅度提高艦艇生命力和作戰(zhàn)效能的前提下，也為艦艇維修保障部門和人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)。隨著部隊(duì)信息化建設(shè)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(cè)試系統(tǒng)及設(shè)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(cè)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(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的故障診斷技術(shù)設(shè)備，投入使用后，加速了測(cè)試過程，提高了維修速度，還可以預(yù)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型，這里僅考慮針對(duì)單純的數(shù)字邏輯型電路板ATE設(shè)備的設(shè)計(jì)。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　測(cè)試單純的數(shù)字邏輯型電路板，首先需要找出電路板接口引腳上的信號(hào)特性，如信號(hào)電平(TTL型、CMOS型等)、信號(hào)方向(輸入、輸出或雙向)、信號(hào)功能(電源信號(hào)、邏輯信號(hào))，在此基礎(chǔ)上通過電路原理圖分析電路板功能，設(shè)計(jì)測(cè)試向量，以確定響應(yīng)向量。信號(hào)特性及電路原理圖的獲取有以下途徑：(1)由電路板研制設(shè)計(jì)單位提供;(2)使用測(cè)量?jī)x表手工測(cè)繪。

　　ATE測(cè)試的原理就是向電路板輸入測(cè)試向量，獲取相應(yīng)的輸出向量，將此輸出向量與正常的響應(yīng)向量相比較，結(jié)果一致表明電路板無故障，否則表明該電路板已損壞。整個(gè)過程由ATE自動(dòng)完成，因此效率高，但測(cè)試向量的完備與否對(duì)故障診斷結(jié)果有重要影響。該ATE設(shè)備是針對(duì)某電子裝備系統(tǒng)而研發(fā)的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　從圖1可見，ATE由信號(hào)發(fā)生、信號(hào)采集、與上位機(jī)的USB通信以及用于連接被測(cè)板的接插件4大模塊組成。信號(hào)發(fā)生模塊和信號(hào)采集模塊采用單片機(jī)AT89S51+FPGA的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，因此整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是一個(gè)PC機(jī)→單片機(jī)→FPGA→被測(cè)板的4級(jí)結(jié)構(gòu)。USB通信模塊選用USB/RS-232轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，AT89S51串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為RS-232接口后連接到USB/RS-232轉(zhuǎn)換器。接插件模塊主要考慮與被測(cè)板連接的電氣與機(jī)械特性。

　　3 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

　　3.1 信號(hào)發(fā)生模塊設(shè)計(jì)

　　該模塊由單片機(jī)控制橋(AT89S51)、測(cè)試向量存儲(chǔ)器(靜態(tài)存儲(chǔ)器HM628128x2，排列方式為256 Kx8 bit)、信號(hào)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)選通門陣列(74LS126x16)組成，模塊組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　單片機(jī)控制橋收到上位PC機(jī)傳來的測(cè)試向量后，將其寫入測(cè)試向量存儲(chǔ)器(單片機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)器不夠用)，并將被測(cè)電路板的引腳信號(hào)特性數(shù)據(jù)寫入通道控制CPLD。由CPLD控制三態(tài)門陣列的選通端，三態(tài)門陣列的輸入數(shù)據(jù)由信號(hào)發(fā)生FP-GA提供，F(xiàn)PGA接收到控制橋的信號(hào)發(fā)生命令后，從測(cè)試向量存儲(chǔ)器取出測(cè)試向量送往三態(tài)門陣列?？刂茦蛑赜肍PGA訪問測(cè)試向量存儲(chǔ)器的總線，為防止兩者對(duì)存儲(chǔ)器的訪問沖突，用信號(hào)Ctrl0和Ctrl1進(jìn)行開關(guān)控制，當(dāng)Ctrl0=0且Ctrl1=0時(shí)，控制橋掌控存儲(chǔ)器的訪問總線，否則由FPGA掌控。

　　這里要解決的關(guān)鍵問題之一是自動(dòng)配線問題。由于各塊電路板的輸入輸出引腳不固定，自動(dòng)配線除了保證信號(hào)送達(dá)被測(cè)板相應(yīng)的輸入通道外，需要避免信號(hào)發(fā)生模塊將信號(hào)輸出到被測(cè)電路板的輸出通道，以防止損壞被測(cè)板。設(shè)計(jì)中該問題通過三態(tài)門的高阻態(tài)得以解決。