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

　　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。因此該電子裝備系統(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)完成單塊數(shù)字電路板故障檢測(cè)工作，操作簡(jiǎn)單，工作效率高。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　針對(duì)某電子裝備系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路板而設(shè)計(jì)的ATE，能夠完成該系統(tǒng)中所有數(shù)字電路板的故障測(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)該電子裝備系統(tǒng)中數(shù)字電路板的快速維修任務(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。