電子裝備數(shù)字電路板自動檢測儀方案設計

1 引言

　　電子裝備在海軍艦艇上應用廣泛，如觀通、導航、指揮控制、電子戰(zhàn)和武器控制等，屬于艦艇關鍵設備，電子裝備以其智能化、小型化、高速、高復雜度的特點，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)。隨著部隊信息化建設的不斷普及與深入，武器裝備的維修保障技術正在發(fā)生新的變化口_引：自動測試系統(tǒng)及設備ATE(Automatic　Test Equipment)、便攜式維修輔助PMA(Portable Maintenance Aids)、交互式電子技術手冊IETM(Interactive Electronic　Technical Manual)等已經(jīng)成為武器裝備維修領域的研究熱點。ATE是以計算機為基礎的故障診斷技術設備，投入使用后，加速了測試過程，提高了維修速度，還可以預防未發(fā)生的故障，進而提高裝備的質(zhì)量和性能。艦艇電子裝備中的電路板存在多種類型，這里僅考慮針對單純的數(shù)字邏輯型電路板ATE設備的設計。

　　2 系統(tǒng)總體設計

　　測試單純的數(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)使用測量儀表手工測繪。

　　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(jié)果一致表明電路板無故障，否則表明該電路板已損壞。整個過程由ATE自動完成，因此效率高，但測試向量的完備與否對故障診斷結(jié)果有重要影響。該ATE設備是針對某電子裝備系統(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的技術方案實現(xiàn)，因此整個測試系統(tǒng)是一個PC機→單片機→FPGA→被測板的4級結(jié)構(gòu)。USB通信模塊選用USB/RS-232轉(zhuǎn)換器實現(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板連接的電氣與機械特性。

　　3 關鍵模塊設計

　　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)選通門陣列(74LS126x16)組成，模塊組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　單片機控制橋收到上位PC機傳來的測試向量后，將其寫入測試向量存儲器(單片機內(nèi)的存儲器不夠用)，并將被測電路板的引腳信號特性數(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)由信號發(fā)生FP-GA提供，F(xiàn)PGA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)門陣列?？刂茦蛑赜肍PGA訪問測試向量存儲器的總線，為防止兩者對存儲器的訪問沖突，用信號Ctrl0和Ctrl1進行開關控制，當Ctrl0=0且Ctrl1=0時，控制橋掌控存儲器的訪問總線，否則由FPGA掌控。

　　這里要解決的關鍵問題之一是自動配線問題。由于各塊電路板的輸入輸出引腳不固定，自動配線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。設計中該問題通過三態(tài)門的高阻態(tài)得以解決。