PCB背板自動(dòng)測(cè)試儀的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

隨著各種電子設(shè)備使用的PCB日益精密復(fù)雜，光靠人工檢測(cè)PCB背板故障不僅繁瑣且可靠性低，本文介紹的基于PLD的PCB背板自動(dòng)測(cè)試儀可提高工作效率并保證檢測(cè)可靠性。

　　隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備的印刷電路板（PCB）的產(chǎn)量大幅增加，技術(shù)人員需要快速確定背板上的短路、斷路故障或?qū)Τ瑯?biāo)的電阻進(jìn)行定位，如果單純依靠人工檢測(cè)則非常繁瑣，且可靠性低，因此對(duì)電路板背板自動(dòng)測(cè)試的需求大大增加。本文提出使用基于EPM7128控制多路選擇開(kāi)關(guān)ADG732實(shí)現(xiàn)電路板背板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方法，并給出了具體的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于電路板背板測(cè)試后表明，該測(cè)試方法快速有效。

　　系統(tǒng)硬件組成

　　自動(dòng)測(cè)試儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由微型機(jī)、USB總線DIO接口卡、PLD控制塊、多路選擇開(kāi)關(guān)、測(cè)試夾具等幾個(gè)部分組成。該系統(tǒng)可以快速測(cè)試單面、雙面和多層電路板背板的開(kāi)路和短路故障。

　　微型機(jī)沒(méi)有特殊要求，一般可采用普通計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)接口采用價(jià)格便宜的由宏拓測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的USB-7802ADIO工控模板，輸入輸出電壓為0~5V，符合USB總線+5V標(biāo)準(zhǔn)。USB-7802A是32路通用數(shù)字TTL電平輸入/輸出板，具有4個(gè)8位數(shù)字輸入口及4個(gè)8位數(shù)字輸出鎖存口，共有32路輸入及32路輸出；提供Win95/98/2000/NT下測(cè)試程序和動(dòng)態(tài)鏈接程序（DLL）。由于是USB總線， USB協(xié)議自動(dòng)分配該板的基地址。

　　多路選擇開(kāi)關(guān)采用ADG732組成。其有32通道模擬多路復(fù)用器，雙/差分16到1通道多路復(fù)用器，TTL/CMOS兼容輸入。

　　譯碼控制采用PLD器件EPM7128。EPM7128是Altera公司生產(chǎn)的CPLD芯片，其內(nèi)部有2，500個(gè)門可用，128個(gè)宏單元，允許對(duì)外有68個(gè)輸入、輸出引腳。該CPLD可編程邏輯器件支持在線現(xiàn)場(chǎng)可編程操作，只要用一根專用電纜接到芯片的特定引腳上，無(wú)需拆下芯片，不需要編程器及芯片適配器，通過(guò)上位機(jī)打印口就可對(duì)芯片編程。EPM7128利用邏輯信號(hào)來(lái)控制ADG732選擇電路板的被測(cè)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)EPM7128通過(guò)USB-7802A DIO工控模板向計(jì)算機(jī)輸出被測(cè)節(jié)點(diǎn)間的通斷信號(hào)。在EPM7128輸入口通過(guò)連接一定的電阻，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置被測(cè)電路板背板節(jié)點(diǎn)間通斷電阻的閥值，如果被測(cè)電路板背板兩節(jié)點(diǎn)間的阻值大于所設(shè)定的閥值，則可以判定兩節(jié)點(diǎn)間為斷路。在整個(gè)系統(tǒng)中PLD芯片除了起到控制譯碼作用以外還有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行中轉(zhuǎn)傳輸?shù)淖饔谩?/p>

　　微機(jī)通過(guò)測(cè)試設(shè)備的USB總線DIO卡輸出控制信號(hào)，EPM7128控制多路選擇開(kāi)關(guān)ADG732向底板上的節(jié)點(diǎn)施加激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)控制多路選擇開(kāi)關(guān)選擇出底板上的一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)（選擇多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)可以顯著提高測(cè)試速度），多個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)通過(guò)USB接口卡并行讀入微機(jī)的數(shù)據(jù)總線。由計(jì)算機(jī)處理采集到的數(shù)據(jù)并判斷電路板上節(jié)點(diǎn)的連通性，于是自動(dòng)測(cè)試儀自“學(xué)習(xí)”到電路板的電路連接圖，診斷模塊利用標(biāo)準(zhǔn)電路板的電路連接圖同采集到的故障電路板的電路連接圖比對(duì)，便能夠準(zhǔn)確判斷故障電路板的開(kāi)路和短路故障位置，并記入故障數(shù)據(jù)庫(kù)以備統(tǒng)計(jì)分析。

　　本文應(yīng)用設(shè)計(jì)為可以測(cè)試4，096個(gè)節(jié)點(diǎn)的PCB背板，為了便于測(cè)試，測(cè)試儀的PLD控制電路和多路選擇開(kāi)關(guān)部分根據(jù)需要可以分布在多塊電路板上，由微機(jī)選擇出多塊電路板中的一塊電路板。在每塊電路板上，能完成對(duì)所要測(cè)的節(jié)點(diǎn)激勵(lì)信號(hào)的發(fā)送和狀態(tài)信號(hào)的接收；由一塊EPM7128選擇出測(cè)試孔中的一個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)輸入+5V激勵(lì)信號(hào)，由一塊EPM7128控制ADG732每次選擇出3個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)作為響應(yīng)信號(hào)，然后并行輸入U(xiǎn)SB數(shù)據(jù)采集卡的3個(gè)輸入端口。測(cè)試的基本原理如圖2所示。

　　測(cè)試時(shí)，在多路選擇開(kāi)關(guān)部分，由DIO卡的輸出端口輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為控制信號(hào)，控制EPM7128選擇出電路板中的一塊，再由DIO卡的輸出端口1輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為譯碼信號(hào)選擇出每塊電路板上的節(jié)點(diǎn)中的1個(gè)節(jié)點(diǎn)，在選擇出的這個(gè)節(jié)點(diǎn)上施加+5V的電壓激勵(lì)信號(hào)。在多路受控開(kāi)關(guān)部分，由DIO卡的端口3輸出的高位數(shù)字量信號(hào)作為譯碼信號(hào)選擇出多塊電路板中的1塊電路板和在這塊電路板上選擇出有響應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，輸入信號(hào)為1則代表有激勵(lì)信號(hào)的節(jié)點(diǎn)與有響應(yīng)信號(hào)的節(jié)點(diǎn)連通， 無(wú)響應(yīng)信號(hào)則代表兩節(jié)點(diǎn)不相連通，由計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理，從而建立電路板的電路連接圖。

　　另外，測(cè)試夾具的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。我們選用針床作為被測(cè)板與測(cè)試平臺(tái)的夾具，針床一次性投入成本低，測(cè)試效率高，但隨著產(chǎn)品的變化需要不斷制作新的測(cè)試針床，后期需要不斷投入。通常一個(gè)針床只能連接一類電路板，因此針床必須與相應(yīng)的電路板成套同時(shí)使用。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　廠家根據(jù)USB7502ADIO工控模板提供了USB7502A.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，是用VC編寫(xiě)的，供VC調(diào)用，通過(guò)VC++6.0調(diào)用USB7502A.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)完成測(cè)試系統(tǒng)地址擴(kuò)展譯碼器譯碼信號(hào)的輸出和被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)信號(hào)的采集。而譯碼控制采用的PLD器件EPM7128需要VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)其控制。

　　PCB電路自動(dòng)測(cè)試儀的軟件在Windows XP操作系統(tǒng)平臺(tái)上，采用VC++6.0編程語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)編程，實(shí)現(xiàn)窗口、事件和消息的WINDOWS工作方式與USB7502A硬件驅(qū)動(dòng)程序相融合，軟件完全按事件驅(qū)動(dòng)順序來(lái)執(zhí)行程序，而非按“過(guò)程化”來(lái)執(zhí)行程序；同時(shí)軟件本著方便儀器測(cè)試使用和提高可靠性的原則設(shè)計(jì)，改善人機(jī)接口界面，便于軟件功能擴(kuò)充和系統(tǒng)維護(hù)。按照系統(tǒng)的功能劃分，軟件系統(tǒng)功能可分為以下幾塊：

　　1. 主控模塊，利用VC++6.0編程，能提供良好人機(jī)接口界面，使熟悉Windows XP操作系統(tǒng)的人員能夠迅速掌握和使用；

　　2. 系統(tǒng)設(shè)備自檢模塊，自檢時(shí)，由自檢板代替被測(cè)試電路板，主控程序調(diào)用自檢模塊對(duì)測(cè)試設(shè)備的功能進(jìn)行自檢。全開(kāi)路測(cè)試時(shí)，檢測(cè)全部測(cè)試點(diǎn)兩兩間有無(wú)短路故障存在，全短路測(cè)試時(shí)，檢測(cè)全部測(cè)試點(diǎn)兩兩間有無(wú)開(kāi)路故障存在；

　　3. PCB電路連接采集模塊，該模塊按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)電路板的電路連接進(jìn)行提取，注意采取好的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)避免多余的連線測(cè)試；

　　4. 電路板診斷模塊，把標(biāo)準(zhǔn)PCB電路連接圖和待測(cè)PCB電路連接圖進(jìn)行比對(duì)，準(zhǔn)確判斷故障位置并把故障情況錄入數(shù)據(jù)文件或故障數(shù)據(jù)庫(kù)；

　　5. 測(cè)試診斷結(jié)果報(bào)告模塊，顯示、打印或者存儲(chǔ)PCB的測(cè)試診斷結(jié)果。

　　結(jié)語(yǔ)

　　基于PLD和多路選擇開(kāi)關(guān)ADG732的電路板自動(dòng)測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)4，096個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路板背板的故障檢測(cè)，該系統(tǒng)模型能夠很好地提高工作效率，減少測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的勞動(dòng)強(qiáng)度和人為因素引起的記錄錯(cuò)誤，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。