電路板智能檢測技術(shù)基于LABVIEW軟件

1、電路板智能檢測技術(shù)【基于LABVIEW軟件】湖北國土資源職業(yè)學(xué)院題目:電路板檢測先進(jìn)技術(shù)學(xué)生姓名詹宏健指導(dǎo)教師周老師系(部)機(jī)電工程系專業(yè)電子信息工程技術(shù)班級電信0901班學(xué)號56209127提交日期2012年06月16日答辯日期200年月日2012年06月16日-0-電路板檢測先進(jìn)技術(shù)摘要PCBA中文叫實(shí)裝電路板?在PCBA勺批量生產(chǎn)過程中?由于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和操作者的人為因素等?不可能保證生產(chǎn)出來的PCBA全部都是完好品?這就要求在生產(chǎn)勺末端加入各種勺測試設(shè)備和測試工具?以保證出廠勺所有實(shí)裝電路板與設(shè)計(jì)時的各種規(guī)格和參數(shù)完全一致?這就產(chǎn)生了ICT、AOI、X-Ray、FCT等各種測試手段。關(guān)

2、鍵字:虛擬儀器,數(shù)據(jù)采集,LabVIEW1.FCT功能測試現(xiàn)狀現(xiàn)在大多數(shù)的PCB板都會下載相應(yīng)的Firmware來對板卡進(jìn)行程序控制，通過ICT的PCB板雖然能夠準(zhǔn)確定位電子元器件的優(yōu)劣，卻無法對整個電路板的功能好壞作出判斷。這就需要測試工程師搭建一個適合PCB板的模擬電路環(huán)境，對電路板的TP(TestPoint)點(diǎn)進(jìn)行FCT功能測試。當(dāng)今社會正處于一個正在高速發(fā)展的狀態(tài)中，要在有限的時空內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的信息交換，系統(tǒng)對信息的處隨之而來的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過程中要求數(shù)據(jù)采集理速度越來越高，功能越來越強(qiáng)。先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅希望設(shè)備能夠單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，還希望他們之間能夠互相通

3、信，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，甚至是測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，以便對眾多的被測信號進(jìn)行對比、綜合和自動分析、從而得出準(zhǔn)確的判斷。然而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器在此方面受到很大的限制。總體設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)原理系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)采集卡的模擬和數(shù)字輸出端口進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)檢測向量的生成，然后，通過采集模擬和數(shù)字器件的反饋信號進(jìn)行分析和處理來實(shí)現(xiàn)電路板上元器件的檢測。對于模擬和數(shù)字輸入信號，只需要根據(jù)所采集信號的特點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計(jì)算機(jī)，然后調(diào)用相應(yīng)的軟件進(jìn)行分析和處理。對于模擬和數(shù)字輸出端口，可通過調(diào)用相應(yīng)的LabView程序，生成各種測試向量，來實(shí)現(xiàn)電路板上各種元器件的檢測。1. 系統(tǒng)控制中心:這部分是由PC中央

4、處理器組成，是整個測試系統(tǒng)的核心部件，它的主要作用是控制整個測試過程的運(yùn)行狀態(tài)，并對每一步的測試內(nèi)容及結(jié)果進(jìn)行判斷和記錄，最終得出測試結(jié)果。2. 控制執(zhí)行部分:-1-控制執(zhí)行部分主要由GPIB通信I/O卡部件組成，它是測試過程邏輯動作的感應(yīng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)通過它來搭建測試環(huán)境，實(shí)現(xiàn)測試功能。3.參數(shù)測量部分:測量部分主要由測量專用板卡、儀表組成，它主要完成測試過程中各種模擬或者數(shù)字量的采集工作，有時我們又稱其為數(shù)據(jù)采集部分。4.數(shù)據(jù)處理和輸出部分據(jù)存儲、每一步以及最終的測試結(jié)果，才是我們整個測試的目的。如何把這些結(jié)果和數(shù)輸出，更方便于對PCBA產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效控制，數(shù)據(jù)處理和輸出部分,則是處于

5、最重要的部分，由于很多數(shù)據(jù)不可以直接引用，則需要在程序中添加處理分析數(shù)據(jù)功能，2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 1線路板的設(shè)計(jì)在線路板的設(shè)計(jì)中，只需要考慮線路板的輸入、輸出信號接插件的結(jié)構(gòu)。在這里是由計(jì)算機(jī)向線路板輸入測量信號并接收線路板的輸出信號，所以在設(shè)計(jì)電子線路板的時候，需要在線路板上設(shè)計(jì)相應(yīng)的測試點(diǎn)，把這些輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)安排在適當(dāng)?shù)奈恢?，讓?jì)算機(jī)能夠輸入和檢測這些信息。1.2測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)為了能夠向電子線路板輸入和獲得信號，需要設(shè)計(jì)一個測試夾具。當(dāng)電子線路板放置在測試夾具上時，測試夾具的測試頂針正好與電子線路板上的所有測試點(diǎn)相接觸，測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。信RI憂儀叁卜卡GPIB

6、測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)【圖U1.3GPIB:裳件LabVqiV平臺即通用接口總線(GeneralPurposeInterfaceBus)是國際通用的儀器接口標(biāo)準(zhǔn)。目前生產(chǎn)的智能儀器幾乎無例外地都配有GP-舊標(biāo)準(zhǔn)接口。GP-舊標(biāo)準(zhǔn)包括接口與總線兩部分：接口部分是由各種邏輯電路組成，與各儀器裝置安裝在一起，用于對傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行發(fā)送、接收、編碼和譯碼；總線部分是一條無源的多芯電纜，用做傳輸各種消息?！綠PIB標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的基本特性如下(1)可以用一條總線互相連接若干臺裝置，以組成一個自動測試系統(tǒng)。系統(tǒng)中裝置的數(shù)目最多不超過15臺，互連總線的長度不超過20m(2)數(shù)據(jù)傳輸采用并行比特(位)、串行字節(jié)(位組)

7、雙向異步傳輸方式，具最大傳輸速率不超過1兆字節(jié)每秒(3)總線上傳輸?shù)南⒉捎秘?fù)邏輯。低電平(？，0.8V)為邏輯“1”，高電平(?,2.0V)為邏輯“0(4)地址容量。單字節(jié)地址：31個講地址，31個聽地址;雙字節(jié)地址:961個講地址，961GP-IB接口的儀器用GP-IB總線連接起來的標(biāo)個聽地址。將具有準(zhǔn)接口總線系統(tǒng)如圖(1)所示fiHan產(chǎn)回目相戟WHUHtniWW.V1V1言戢柞乖桿LX軌啊點(diǎn)啤GPIB各自間通信，將數(shù)據(jù)采集、分析實(shí)現(xiàn)了各自分工合作，有序進(jìn)行?！?.4繼電器控制繼電器在電路中為不可缺少的一部分，為了實(shí)現(xiàn)Relay及時和準(zhǔn)確地切換，需要對采集卡的數(shù)字端口編程?？赏ㄟ^循環(huán)結(jié)構(gòu)

8、和延時結(jié)構(gòu)來對數(shù)據(jù)采集卡分別寫入“0”和“1”來實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出端口高低電平的變化，然后通過電流放大來實(shí)現(xiàn)對繼電器的操作。如圖【2】所示-3-圖21L+tMXA?XA?由上圖所示，正是各種儀器通過70伯型遛田器卡H:L-jHI3】RelaySystemTripSwitchPortAw?rV?iR|i|MI-各測試點(diǎn)信號的精確測M宜流數(shù)字電壓表DVM基本表）。它主要由外圍電路、LP7：'勺嚴(yán)*1，*':；乃4乍rU-f-aj中:-f-nJ肴H*=uu衛(wèi)ffAS?.|Qlb!Relay電路【圖4】測試夾具由測試頂針、夾緊裝置和PC構(gòu)成。1.5測試夾4夾緊裝置和測試頂針使電子線路板能夠可

9、靠地與各種測試儀器進(jìn)行信息的傳送，計(jì)算機(jī)向與其相應(yīng)配置的I/O卡發(fā)出命令，通過切換Relay向電子線路板輸入仿真測試信號，使電子線路板工作在不同的工作狀態(tài)，然后把測M到的信號，通過切換回路繼電器傳輸給測試儀器，再通過儀器處理所得的相應(yīng)數(shù)據(jù)通過GPIB通信接口傳輸至計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)里判別電子線路板的工作狀態(tài)，并以文字和圖表的形式在LabVIEW軟件中顯示測試的結(jié)果與實(shí)際值作對比。以判斷電路板是NG/OK1.6 DVM【萬用表】：雙積分A,D轉(zhuǎn)化器及顯示器組成。其中，A,D轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)、譯碼等電路都是由大規(guī)模集成電路芯片ICL7006構(gòu)成的。在測試中負(fù)責(zé)測試從Relay切換過來的電壓電流數(shù)據(jù)，在經(jīng)過

10、相應(yīng)的處理，再將結(jié)果通過GPIB通信傳送到計(jì)算機(jī)上，與程式中所程式才能做出下一步動作圖【5】1.7 信號采集卡是對采集到的信號進(jìn)行處理，信號處理是將采樣得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以顯示的數(shù)據(jù)的所有處理過程，它主要是對電流電壓采樣值的處理。從數(shù)據(jù)采集卡得到的采樣數(shù)據(jù)是電壓瞬時信號，對交流信號來說是一個連續(xù)變化的數(shù)值，因此首先要進(jìn)行有效值處理，這樣得到的才是一個基本穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，才可以進(jìn)行后面的處理。PXI-4070的能夠具有宜接測M頻率、晶體管導(dǎo)通等功能，能夠滿足各個測試點(diǎn)的檢測需求。配合PXI-6528對各檢測信號的切換，可以按照流程自動檢測各個測試點(diǎn)信號。而且，PXI-4070具有數(shù)字化儀功能，對一些

11、簡單的信號可以宜接分析處理。用兩塊PXI-4070,可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的測M和分析。分別采集輸入的電壓信號和電流信號，利用LabVIEW勺運(yùn)算分析功能，可以測得相應(yīng)電路板上的的輸入電-5-壓、電流、有功功率、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)?！?】1.8 測試供電電源：同的環(huán)是對電路板正常工作提供供應(yīng)電壓，但是一般電路板工作時由于為了實(shí)現(xiàn)在不境下工作，在設(shè)計(jì)電路板時設(shè)定的是在電壓變化的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)莫種功能，所以這就需要供應(yīng)電壓時不能一味的采用單一固定的電源供應(yīng)器，需要的是采用程序控制供電，電源供電流程為交流輸入？EMI濾波電路？整流電路？功率因子修正電路（主動或是被動PFC）?功率級一次側(cè)（高壓側(cè)）開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成

12、脈流？主要變壓器？功率級二次側(cè)（低壓側(cè)）整流電路？GPIB信號分析？電壓調(diào)整電路？濾波電路？電路監(jiān)控輸出。412、測試程序的功能分析圖【6】如圖【6】所示為最初設(shè)計(jì)程式總體規(guī)劃-6-圖1712.1測試主程序測試程序是實(shí)現(xiàn)對不同類型的電路板進(jìn)行測試操作的控制流程，主要用于實(shí)現(xiàn)硬件參數(shù)的自動配置，生成檢測電路板時所需的測試信號、信號響應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、并對信號進(jìn)行分析、處理和顯示，根據(jù)電路板的測試結(jié)果，判別電路板功能實(shí)現(xiàn)的情況；并將測試結(jié)果數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫存儲等。在具體開發(fā)子程序時，大M運(yùn)用了LabVIEW中的各種子函數(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)了對硬件的控制和信號的采集與分析在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，根據(jù)實(shí)際的分析，按不同的

13、功能分類，電路板主要有以下幾種類型：信號放大、信號衰減、頻率轉(zhuǎn)移、濾波、電壓轉(zhuǎn)換等。對實(shí)現(xiàn)信號放大、衰減功能的電路板，在對其進(jìn)行測試時，將輸出信號的幅值與輸入比較，得出放大或衰減倍數(shù)，并在一定誤差范圍內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)值比較，得出結(jié)論。對于頻率轉(zhuǎn)移電路，對采集到的電路輸出信號做FCT分析，得出輸出信號的頻率，并在一定誤差范圍內(nèi)與標(biāo)準(zhǔn)值比較，得出結(jié)論。對于濾波電路，使用正弦波組合的單步法實(shí)現(xiàn)對帶通濾波器電路板進(jìn)行檢測。通過設(shè)定起始頻率和掃描點(diǎn)數(shù)，對電路板進(jìn)行逐點(diǎn)檢測，在對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中調(diào)用公式節(jié)點(diǎn)(CIN),對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，找出頻率特性值，最后得出電路板的濾波性能幅頻曲線圖。中如|為了比

14、較所測到的參數(shù)與實(shí)際所要求的值作對比程序?qū)追N常用信號的快速傅里葉變換（FCT）集成在一個應(yīng)用程序中，顯示出原始信號、單雙邊 FCT變換、功率譜，以便進(jìn)行簡單的調(diào)試，分析。圖【8】2.2任較程序:恂血陽EfFOf Ha唧日寺w礙 PIS Writ41陌PIEaddrwt rtrFgFlfu 嚴(yán)一9程式通過控制I/O卡，可通過循環(huán)結(jié)構(gòu)和延時結(jié)構(gòu)來對數(shù)據(jù)采集卡分別寫入“0”和“1”來實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出端口高低電平的變化，然后通過電流放大來實(shí)現(xiàn)對繼電器的操作。2.3 GPIB通信通過GPIB控制儀器，并通過儀器所測到的值來通過總線發(fā)送儀器消息的儀器裝置(測量:儀器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等),在一個GPIB系

15、統(tǒng)中，設(shè)置多個接收端，但執(zhí)行時只發(fā)送單一的執(zhí)行命令，由于不同儀器的啟動命令各不相同，所以只能有一個儀器在起作用。而不會造成干擾。I圖1012.4 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集，對一個模擬信號x(t)每隔At時間采樣一次。時間間隔At被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)1/At被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=0,At,2At,3At,等等，x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),xAt),x(2At)都是采樣值。通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過GPIB端口傳送到PC上與虛擬儀器上做相對比。圖【11】2.5 系統(tǒng)自檢：基于LABVIEW軟件，可相對于系統(tǒng)各個部分進(jìn)行校驗(yàn)，通過在測試通道段加電壓信號、電阻、以及不同頻率的正弦波以判斷硬件模塊和軟件功能是否正常大大減少有關(guān)儀器出錯造成的系統(tǒng)無法正常運(yùn)行造成的故障，而減少維護(hù)時間及成本。-10-圖【13】如圖【12】所示控制面板:主要能更加人性化的控制程序功能，能直接一步了然的了解在測試過程中各種儀器所反饋的參數(shù)與設(shè)計(jì)的參數(shù)值對比。3結(jié)論基于LABVIEW程式設(shè)置的電路板自動測試系統(tǒng)，極大的提高了自動化程度，滿足了對信號采集、分析的要求，大幅降低了系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)以及后期的升級成本。更重要的是系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性好，只要對程序作少量的修改就可以實(shí)現(xiàn)新的功能和要求，從而可以滿足不同種類的電路板自動測試的需要。實(shí)踐證明