未知電路板原理圖測繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)樣本

未知電路板原理圖測繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)摘要：介紹了未知電路板原理圖測繪系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)原理，并在此原理基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了柔性針床網(wǎng)絡(luò)圖測試系統(tǒng)。給出了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并具體說明了該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)未知電路板原理測繪工作，含有很好應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電路原理圖測繪柔性針床USBCPLD多年來，中國引進(jìn)了大量優(yōu)異儀器設(shè)備，這些設(shè)備系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度高。經(jīng)過多年使用，這些設(shè)備在維護(hù)修理、備件保障方面碰到了極大困難。因?yàn)椴皇羌夹g(shù)引進(jìn)，幾乎沒有任何相關(guān)設(shè)備技術(shù)資料，無法取得電子備件電路原理圖，所以對未知（無電路原理圖）電路板電路原理圖測繪，對于電子備件尤其是軍工產(chǎn)品反設(shè)計(jì)含相關(guān)鍵意義。1基礎(chǔ)原理要完成對未知電子備件反設(shè)計(jì)，必需首先獲知該備件連線表，然后才能依據(jù)元器件數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識繪制出原電路原理圖，進(jìn)而經(jīng)過技術(shù)分析和設(shè)計(jì)形成替換方案，實(shí)現(xiàn)反設(shè)計(jì)。對未知電路板測繪所使用常見措施關(guān)鍵有以下兩種：（1）用萬用表歐姆檔，對印制電路板上各外露焊點(diǎn)和元器件管腳進(jìn)行連接測試，即首先測量第一個(gè)焊點(diǎn)（或管腳）和第二、第三個(gè)焊點(diǎn)（或管腳）之間電阻，直至測量完全部焊點(diǎn)和管腳，從而得到第一個(gè)焊點(diǎn)或管腳在電路板上連接圖。用一樣方法，再測第二個(gè)焊點(diǎn)（或管腳）和第三、第四個(gè)焊點(diǎn)（或管腳）之間電阻，直至測量完全部焊點(diǎn)管腳，得到第二個(gè)焊點(diǎn)或管腳在電路板上連接圖。依次類推，能夠得到電路板上各焊點(diǎn)和元器件管腳連接關(guān)系（即網(wǎng)絡(luò)圖）。這種方法即使能夠得到電路板網(wǎng)絡(luò)圖，但十分繁瑣、效率低、差錯(cuò)率也高，所以應(yīng)開發(fā)自動測繪設(shè)備。（2）采取固定針床措施進(jìn)行測繪，對于每種電路板設(shè)計(jì)專門測試針床，將專用針床和被測電路板全部接點(diǎn)可靠接觸，在計(jì)算機(jī)測試軟件控制下，經(jīng)過專門通道控制器可在較短時(shí)間內(nèi)完成測試茉莉花和，而且能完成對多層電路板測繪。但這種方法要求為每種被測對象設(shè)計(jì)一個(gè)專門針床和測試軟件，投放成本高、周期長。

綜合以上兩種方法優(yōu)點(diǎn)，依據(jù)常見通路電阻測試法，設(shè)計(jì)了“柔性針床網(wǎng)絡(luò)圖測繪系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了靈活高效測繪。連線表測試完成后，借助專建立器件數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過人工干預(yù)方法即可完成電路原理圖繪制工作。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、開關(guān)矩陣、柔性針床陣列和被測備件組成，其結(jié)構(gòu)見圖1。其中，柔性針床陣列經(jīng)過柔性針和電路板上全部節(jié)點(diǎn)可靠連接，開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)通道自動切換或次序切換，柔性針床寬度僅能夠覆蓋一個(gè)電子芯片，這么經(jīng)過多個(gè)針床，即可覆蓋整個(gè)待測電路板。測試時(shí)將電路板水平固定，在電路板上方和下方間距為2至3厘米處水平固定柔性針床，柔性針床一面有密集分布焊點(diǎn)，這些焊點(diǎn)經(jīng)過長短可變彈性探針和被測電路板一面上外露焊點(diǎn)或元器件管腳相連。柔性針床另一面由連線將各焊點(diǎn)和開關(guān)矩陣相連，電路板另一面也進(jìn)行相同操作，從而將電路板外露焊點(diǎn)或元器件管腳引到柔性針床上，經(jīng)過計(jì)算機(jī)對開關(guān)矩陣進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)柔性針床上各節(jié)點(diǎn)之間連接關(guān)系自動測試。2.2測試電路結(jié)構(gòu)組成本系統(tǒng)采取自定義總線結(jié)構(gòu)，各柔性針床經(jīng)過總線進(jìn)行連接，由控制模塊控制相互間通信。測試電路經(jīng)過USB總線接口和主機(jī)進(jìn)行連接，圖2所表示。

其中，ADDR1和ADDR2為針床地址總線，控制模塊經(jīng)過發(fā)送對應(yīng)地址碼實(shí)現(xiàn)針床尋址。因?yàn)樵跍y試時(shí)需要在針床本身和兩個(gè)針床之間進(jìn)行測試，只設(shè)計(jì)一套地址總線不能同時(shí)尋址兩個(gè)針床，故設(shè)計(jì)了ADDR1和ADDR2兩套地址總線，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)測試針床尋址。RD、WR為讀使能和寫使能總線，RD有效時(shí)，許可測試針床向控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，WR有效時(shí)，許可控制模塊發(fā)送指令到各個(gè)針床，實(shí)現(xiàn)控制功效。AD1、AD2為針床控針地址總線。因?yàn)樵跍y試時(shí)，各個(gè)探針全部需要和其它探針進(jìn)行遍歷測試，所以設(shè)計(jì)兩套地址總線用來同時(shí)尋址兩個(gè)不一樣探針。AD1所尋址探針信號經(jīng)數(shù)據(jù)線D1引出，AD2所尋址探針信號經(jīng)數(shù)據(jù)線D2引出，經(jīng)過測量D1和D2之間電阻，就能夠得到所對應(yīng)電路板焊點(diǎn)之間連接情況。在本設(shè)計(jì)中，PC機(jī)經(jīng)過USB接口完成對測試機(jī)控制，而測試數(shù)據(jù)又經(jīng)過USB接口送回PC機(jī)進(jìn)行分析，分析結(jié)果用于對UUT進(jìn)行故障診療。

本系統(tǒng)采取Cypress企業(yè)AN2131QC作為控制器芯片。圖3所表示為AN2131QC結(jié)構(gòu)簡化框圖，USB總線收發(fā)器和USB總線引腳D+、D-相連，串行接口引擎用來對串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和譯碼、錯(cuò)誤校驗(yàn)、位填充，并完成其它USB總線所需信號，最終實(shí)現(xiàn)和USB總線接口數(shù)據(jù)傳輸。通用微處理器采取增強(qiáng)型8051，和標(biāo)準(zhǔn)8051相比較，實(shí)施速度愈加快、功效更強(qiáng)大。在內(nèi)部使用RAM作為程序代碼和數(shù)據(jù)存放器，所以8051序列含有“軟”特征，即：用戶能夠自動裝載代碼和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)具體功效。2.2.2控制模塊控制模塊用來完成各個(gè)針床尋址、控制、測試和數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功效。經(jīng)過USB接口由主機(jī)下達(dá)控制命令及接收數(shù)據(jù)。控制模塊結(jié)構(gòu)圖4所表示。

系統(tǒng)控制芯片采取ALTERA企業(yè)MAX7000系列可編程邏輯器件（CPLD），用來接收主機(jī)發(fā)送控制信號，對測試電路進(jìn)行控制；接收測試數(shù)據(jù)并上傳到主機(jī)。當(dāng)WR有效時(shí)，接收控制指令；當(dāng)RD有效時(shí)，接收測試數(shù)據(jù)。在測試電路自定義總線上共有五種測試信號，所以采取三根控制信號線A、B、C，經(jīng)譯碼即可輸出不一樣控制信號。電阻測試電路也在控制模塊中，負(fù)責(zé)對經(jīng)D1和D2引出電路板兩個(gè)焊點(diǎn)（或管腳）進(jìn)行測試，測試結(jié)果經(jīng)A/D變換后由CPLD送到主機(jī)中。2.2.3測試針床測試針床用來使用探針連接電路板各個(gè)焊點(diǎn)或管腳，并使用開關(guān)矩陣進(jìn)行各個(gè)探針之間連接自動次序切換，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)焊點(diǎn)之間互連測試。針床電路圖5所表示。

開關(guān)矩陣采取MAX7000系列可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)，用來連接針床上全部探針，接收控制信號并將所尋址探針信號輸出。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件運(yùn)行于PC機(jī)平臺上，經(jīng)過USB總線對測試電路進(jìn)行控制并接收測試電路測試數(shù)據(jù)，依據(jù)接收到數(shù)據(jù)形成所測電路板電路連線表?，F(xiàn)關(guān)鍵分析和電路測繪相關(guān)測試電路控制程序：（1）首先利用ADDR1尋址測試基準(zhǔn)針床，每個(gè)針床全部有特定地址碼，如發(fā)送ADDR1=00000001，表示選中1號測試針床，以此為基準(zhǔn)測試針床來對其它針床進(jìn)行測試。（2）號測試針床利用AD1總線對其上全部探針進(jìn)行尋址，AD1總線尋址該針床基準(zhǔn)測試點(diǎn)，如發(fā)送AD1=00000001，表示尋址到1號探針，即1號探針連接D1端。（3）以ADDR1所尋址針床為基準(zhǔn)，利用ADDR2尋址全部針床，所尋址針床利用AD2總線對其上探針進(jìn)行尋址。（4）以AD1總線所尋址探針為基準(zhǔn)，對AD2總線所尋址探針進(jìn)行遍歷測試。程序偽代碼以下：for(ADDR1=1to20)//假定共有20個(gè)測試針床，選定基準(zhǔn)測試針床{for(AD1=1to256)//假定每個(gè)針床上有256個(gè)探針和焊/點(diǎn)相連，選定基準(zhǔn)測試焊點(diǎn){for(ADDR2=1to20)//依次尋址全部針床{for(AD2=1to256)//依次尋址測試針床上全部探針（焊點(diǎn)）{//測試電路測試函數(shù)經(jīng)過以上測試程序，即可實(shí)現(xiàn)每個(gè)探針（焊點(diǎn)）和