中心議題：

• 電子裝備數字電路板自動檢測儀設計
• 了解ATE測試的基本原理

解決方案：

• 針對電子裝備係統數字邏輯電路板而設計ATE
• 將ATE用於艦艇上其他電子裝備係統數字邏輯電路板

1 引言

電子裝備在海軍艦艇上應用廣泛，如觀通
、導航、指揮控製、電子戰和武器控製等，屬於艦艇關鍵設備，電子裝備以其智能化、小型化、高速、高複雜度的特點，在大幅度提高艦艇生命力和作戰效能的前提下，也為艦艇維修保障部門和人員帶來了巨大的挑戰。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生新的變化口_引：自動測試係統及設備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)等已經成為武器裝備維修領域的研究熱點。ATE是(shi)以(yi)計(ji)算(suan)機(ji)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)故(gu)障(zhang)診(zhen)斷(duan)技(ji)術(shu)設(she)備(bei)，投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)後(hou)，加(jia)速(su)了(le)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)
，提(ti)高(gao)了(le)維(wei)修(xiu)速(su)度(du)
，還(hai)可(ke)以(yi)預(yu)防(fang)未(wei)發(fa)生(sheng)的(de)故(gu)障(zhang)，進(jin)而(er)提(ti)高(gao)裝(zhuang)備(bei)的(de)質(zhi)量(liang)和(he)性(xing)能(neng)。艦(jian)艇(ting)電(dian)子(zi)裝(zhuang)備(bei)中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)存(cun)在(zai)多(duo)種(zhong)類(lei)型(xing)
，這(zhe)裏(li)僅(jin)考(kao)慮(lv)針(zhen)對(dui)單(dan)純(chun)的(de)數(shu)字(zi)邏(luo)輯(ji)型(xing)電(dian)路(lu)板(ban)ATE設備的設計。

2 係統總體設計

測試單純的數字邏輯型電路板
，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)由電路板研製設計單位提供;(2)使用測量儀表手工測繪。

ATEceshideyuanlijiushixiangdianlubanshuruceshixiangliang，huoquxiangyingdeshuchuxiangliang，jiangcishuchuxiangliangyuzhengchangdexiangyingxiangliangxiangbijiao，jieguoyizhibiaomingdianlubanwuguzhang，fouzebiaominggaidianlubanyisunhuai。zhenggeguochengyouATE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果有重要影響。該ATE設備是針對某電子裝備係統而研發的，其結構框圖如圖1所示。

從圖1可見，ATE由信號發生、信號采集
、與上位機的USB通信以及用於連接被測板的接插件4大模塊組成。信號發生模塊和信號采集模塊采用單片機AT89S51+FPGA的技術方案實現，因此整個測試係統是一個PC機→單片機→FPGA→被測板的4級結構。USB通信模塊選用USB/RS-232轉換器實現
，AT89S51串口經電平轉換電路轉換為RS-232接口後連接到USB/RS-232轉換器。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 信號發生模塊設計

該模塊由單片機控製橋(AT89S51)、測試向量存儲器(靜態存儲器HM628128x2，排列方式為256 Kx8 bit)、信號發生FPGA(Altera公司Cyclone係列PLD器件EP1C3)、通道控製CPLD(Altera公司MAX7000係列PLD器件EPM7128S)及三態選通門陣列(74LS126x16)組成，模塊組成結構如圖2所示。

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單片機控製橋收到上位PC機傳來的測試向量後，將其寫入測試向量存儲器(單片機內的存儲器不夠用)
，並將被測電路板的引腳信號特性數據寫入通道控製CPLD。由CPLD控製三態門陣列的選通端
，三態門陣列的輸入數據由信號發生FP-GA提供，FPGA接收到控製橋的信號發生命令後，從測試向量存儲器取出測試向量送往三態門陣列。控製橋重用FPGA訪問測試向量存儲器的總線
，為防止兩者對存儲器的訪問衝突
，用信號Ctrl0和Ctrl1進行開關控製，當Ctrl0=0且Ctrl1=0時，控製橋掌控存儲器的訪問總線，否則由FPGA掌控。

這(zhe)裏(li)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)關(guan)鍵(jian)問(wen)題(ti)之(zhi)一(yi)是(shi)自(zi)動(dong)配(pei)線(xian)問(wen)題(ti)。由(you)於(yu)各(ge)塊(kuai)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)引(yin)腳(jiao)不(bu)固(gu)定(ding)
，自(zi)動(dong)配(pei)線(xian)除(chu)了(le)保(bao)證(zheng)信(xin)號(hao)送(song)達(da)被(bei)測(ce)板(ban)相(xiang)應(ying)的(de)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)外(wai)，需(xu)要(yao)避(bi)免(mian)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)模(mo)塊(kuai)將(jiang)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)到(dao)被(bei)測(ce)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)輸(shu)出(chu)通(tong)道(dao)，以(yi)防(fang)止(zhi)損(sun)壞(huai)被(bei)測(ce)板(ban)。設(she)計(ji)中(zhong)該(gai)問(wen)題(ti)通(tong)過(guo)三(san)態(tai)門(men)的(de)高(gao)阻(zu)態(tai)得(de)以(yi)解(jie)決(jue)。

3.2 信號采集模塊設計

由於被測板是單純的數字邏輯電路，電路板的輸出信號是數字信號
，因此信號采集時無須A/D轉換

，隻需按照一定的采樣周期采集輸出信號即可。由於單片機數據輸入口的位寬一般僅為8位，為了保證采樣速度，利用FPGA器件的內在並行性快速采集輸出信號，並存入存儲器中，在到達測試深度後，FPGA向單片機發送中斷請求，單片機從存儲器中讀取采集到的輸出信號
，通過USB傳送到上位PC機。該模塊組成結構如圖3所示。
4 係統工作原理

4.1 係統工作過程

ATE測試的基本原理：向被測板輸入測試信號
，然後獲取被測板的輸出信號

，並與響應信號相比較
，依據兩者是否完全一致，判斷被測板有無故障。ATE工作過程如下：

(1)完成硬件連線：PC機與ATE的USB連接，被測板與ATE插接，電源連接;

(2)在上位PC機上運行ATE測試控製軟件TCS(Test Con-trol Software)，TCS中已經預先錄入每塊待測板的型號，維修人員選擇電路板型號，點擊啟動測試按鈕;

(3)TCS將該型號電路板的引腳信號特性、測試向量

、響應向量
、觸發字、觸發方式、采樣周期、采樣深度、信號發生周期等測試數據和參數從數據庫中讀出，並將除響應向量外的數據和參數分別發往信號發生模塊中的單片機AT89S51和信號采集模塊中的單片機AT89S51;

(4)AT89S51單片機通過配置FPGA完成係統的自動配線工作;

(5)TCS依先後順序向信號采集模塊和信號發生模塊的單片機發送開始測試命令;

(6)TCS在(zai)收(shou)到(dao)信(xin)號(hao)采(cai)集(ji)模(mo)塊(kuai)傳(chuan)來(lai)的(de)數(shu)字(zi)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)板(ban)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)向(xiang)量(liang)後(hou)
，以(yi)波(bo)形(xing)方(fang)式(shi)顯(xian)示(shi)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)數(shu)據(ju)，並(bing)將(jiang)輸(shu)出(chu)向(xiang)量(liang)與(yu)從(cong)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)讀(du)人(ren)的(de)響(xiang)應(ying)向(xiang)量(liang)相(xiang)比(bi)較(jiao)，依(yi)據(ju)兩(liang)者(zhe)是(shi)否(fou)一(yi)致(zhi)
，得(de)出(chu)被(bei)測(ce)數(shu)字(zi)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)板(ban)是(shi)否(fou)完(wan)好(hao)的(de)診(zhen)斷(duan)結(jie)果(guo)。

上述(3)～(6)項由ATE自動完成。
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4.2 測試向量與響應向量設計

測試診斷結果的正確與否也與測試向量的完備性有關，測試向量可由兩種方式獲得：

(1)向量空間完全集方式設電路板輸入管腳的數量為n，則n根信號線的信號組合共有2n種，即測試向量空間為集合{0，1，2，…2n-1}，取此集合的所有元素作為測試輸入向量，該方式可以由機器自動完成。

(2)人工方式由人工分析電路板的邏輯功能。以每個邏輯門
、chufaqidengqijiandegezhongzhuangtainenggouwanquanbianliweiyuanze，shejiceshishuruxiangliang
，duishixuluojidianlubanhaixuquedingfuweicunchugongnengqijiandefuweixiangliang，youcihuodezhenggedianlubandeceshishuruxiangliang。

人ren工gong方fang式shi獲huo得de的de測ce試shi向xiang量liang的de規gui模mo比bi向xiang量liang空kong間jian完wan全quan集ji方fang式shi要yao小xiao很hen多duo
，有you利li於yu節jie約yue時shi間jian和he存cun儲chu空kong間jian，且qie人ren工gong方fang式shi設she計ji的de測ce試shi向xiang量liang對dui時shi序xu邏luo輯ji電dian路lu來lai說shuo更geng容rong易yi反fan映ying電dian路lu板ban的de功gong能neng特te性xing。因yin此ci該gai電dian子zi裝zhuang備bei係xi統tong數shu字zi邏luo輯ji電dian路lu板ban的de測ce試shi向xiang量liang全quan部bu由you人ren工gong方fang式shi分fen析xi、設計而得。

判斷測試結果所需要的響應向量也有兩種方式：(1)響應向量由ATE測試無故障板獲得並保存，作為測試維修時比對的基準
，此種方式可以由機器自動完成;(2)根據人工分析
，確定測試輸入向量相對應的響應向量
，此響應向量還需與ATE測試無故障電路板獲得的電路板輸出向量進行人工比對，兩者一致，才能確定該響應向量是正確可用的。

4.3 測試結果自動比較設計

為實現ATE測試所得輸出向量與響應向量之間的自動比對，在測試向量中引入虛信號BASE，該信號在測試向量的每步之間跳變，將該信號送往ATE上空閑的第64路信號口。采集到的響應向量(無故障板)和輸出向量(被測板)中包含BASExinhao


，cixinhaochengweibuchangzhizhen，xinhaodeliangcitiaobianzhijiandeshijianchengweiyigechuangkou，gaichuangkoudaibiaoceshibuzhouzhongdeyibu，yongcichuangkoufenbiejiequxiangyingxiangliangheshuchuxiangliang，zaijinxingbijiao，jikeshixianruanjianzidongzhenduan。zhezhongzidongzhenduanfangshinenggouchulidanbuzhongchuxiandanwendeqingxing。zhicizhenggeceshiguochengwanquanshixianzidonghua，kezai1分鍾內完成單塊數字電路板故障檢測工作

，操作簡單，工作效率高。

5 結束語

針對某電子裝備係統數字邏輯電路板而設計的ATE
，能neng夠gou完wan成cheng該gai係xi統tong中zhong所suo有you數shu字zi電dian路lu板ban的de故gu障zhang測ce試shi工gong作zuo
，測ce試shi過guo程cheng自zi動dong完wan成cheng，高gao效xiao經jing濟ji，能neng夠gou滿man足zu戰zhan時shi該gai電dian子zi裝zhuang備bei係xi統tong中zhong數shu字zi電dian路lu板ban的de快kuai速su維wei修xiu任ren務wu，操cao作zuo簡jian便bian
，實shi際ji應ying用yong效xiao果guo良liang好hao。該gaiATE在以下方麵還可進一步改進：(1)對接插件模塊進行改造

，將該ATE用於艦艇上其他電子裝備係統數字邏輯電路板的維修工作
，這是下一步的工作重點，即將該ATE由某電子裝備係統的專用數字電路板維修自動測試設備
，改進為該艦艇上所有電子裝備係統數字邏輯電路板的通用ATE;(2)該ATE目前尚隻能用於較低速數字電路板(20 MHz以下)的故障測試，需要進一步改進;(3)在前述基礎上，可以考慮改進
、研製成我國海軍在役主要艦艇上電子裝備係統數字邏輯電路板的通用ATE。