以單片機(jī)為核心控制器的電子數(shù)碼產(chǎn)品“芯片級(jí)”檢測(cè)維修平臺(tái)建設(shè)

黃春梅

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以單片機(jī)為核心控制器的電子數(shù)碼產(chǎn)品“芯片級(jí)”檢測(cè)維修平臺(tái)建設(shè)

黃春梅

廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司，廣東 廣州 510000

使用“模塊化”設(shè)計(jì)有利于促進(jìn)“芯片級(jí)”檢測(cè)維修行業(yè)發(fā)展的規(guī)?；M(jìn)程不斷加速，有利于培養(yǎng)行業(yè)內(nèi)高技術(shù)人才。該平臺(tái)應(yīng)用的是以單片機(jī)為核心控制器的電子數(shù)碼產(chǎn)品，通過(guò)I/O口可直接檢測(cè)模擬電壓，借助串行通信口和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接在一起。因而，該平臺(tái)具有檢測(cè)智能化和管理網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)點(diǎn)，若平臺(tái)出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)其檢測(cè)，準(zhǔn)確定位故障所在地，修復(fù)之后，系統(tǒng)也可對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。該平臺(tái)在實(shí)際使用中，效果良好。因其穩(wěn)定的工作性能、便捷的使用方式、超高的性?xún)r(jià)比，該平臺(tái)有良好的推廣價(jià)值。

芯片級(jí)檢測(cè)維修；智能；I/O口檢測(cè)電壓；單片機(jī)

以往的“芯片級(jí)”檢測(cè)維修，主要以人工為主。人工維修花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，維修進(jìn)程慢，并且需要支付給維修人員高昂的費(fèi)用，阻礙了維修檢測(cè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模。本文研究的電子數(shù)碼產(chǎn)品“芯片級(jí)”檢測(cè)維修平臺(tái)把單片機(jī)作為控制核心，若平臺(tái)出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)其檢測(cè)，準(zhǔn)確定位故障所在地，修復(fù)之后，系統(tǒng)也可對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。依靠便捷的網(wǎng)絡(luò)管理，可以大幅縮減維修時(shí)間，減少成本投入。

1 系統(tǒng)方案分析

1.1 檢測(cè)維修平臺(tái)設(shè)計(jì)方案分析

電子數(shù)碼產(chǎn)品“芯片級(jí)”檢測(cè)維修平臺(tái)被分成七個(gè)模塊，包括控制鍵盤(pán)區(qū)、液晶顯示區(qū)、串行通信接口區(qū)、條碼掃描區(qū)、數(shù)據(jù)采集區(qū)、測(cè)量探頭區(qū)和核心控制區(qū)，其中核心控制區(qū)是核心板塊。該平臺(tái)使用“模塊化”模式進(jìn)行組裝，可以自動(dòng)檢測(cè)故障，并對(duì)其進(jìn)行跟蹤定位管理，可以自動(dòng)評(píng)估修復(fù)狀態(tài)，對(duì)平臺(tái)實(shí)行自動(dòng)化管理。

操作流程如下：第一，借助工具——條碼掃描儀，掃描待檢測(cè)電路板的條形碼，目的是清楚地查閱到該電路板的具體信息，方便查閱核心控制電路所存放的數(shù)據(jù)信息；第二，在待測(cè)電路板上接入測(cè)量探頭，探測(cè)待測(cè)電路板的關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)，借助數(shù)據(jù)采集電路探測(cè)結(jié)果傳輸給核心控制電路；第三，核心控制器自動(dòng)比較實(shí)際數(shù)據(jù)與存檔數(shù)據(jù)是否有出入，計(jì)入?yún)?shù)變化，自動(dòng)識(shí)別出現(xiàn)故障的零件；第四，檢測(cè)結(jié)果被控制鍵盤(pán)區(qū)輸送到液晶顯示器上。

1.2 檢測(cè)維修平臺(tái)應(yīng)用方案分析

在應(yīng)用時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行中，在串行通信接口的輔助之下，該平臺(tái)與臺(tái)式計(jì)算機(jī)連為一個(gè)整體，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與此同時(shí)接入數(shù)字萬(wàn)用表、風(fēng)槍焊接臺(tái)、“芯片級(jí)”維修工具箱。借助上述輔助設(shè)備，使整個(gè)檢測(cè)維修平臺(tái)構(gòu)成一個(gè)完整的單位體系。將多個(gè)單位體系連成一體，借助交換機(jī)的轉(zhuǎn)換與連接功能，形成一個(gè)大的局域網(wǎng)，并配置服務(wù)器，安裝相關(guān)的管理軟件?；谏鲜鰞?nèi)容可組成本文中提及的電子數(shù)碼產(chǎn)品“芯片級(jí)”檢測(cè)維修應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。具體的操作方案如圖1所示。

“芯片級(jí)”檢測(cè)維修平臺(tái)作為下位機(jī)，它的主要功能是傳輸數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)借助串行通信接口的傳輸功能，傳遞到上位機(jī)——臺(tái)式計(jì)算機(jī)。臺(tái)式計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋到交換機(jī)，傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)中。這樣一來(lái)，該局域網(wǎng)既可以匯總單個(gè)體系的練習(xí)評(píng)分情況，直接對(duì)其相關(guān)單位工作人員進(jìn)行考核，方便管理，又可以應(yīng)用到多個(gè)單位體系之間的競(jìng)賽中，還可以同時(shí)對(duì)多個(gè)單位體系進(jìn)行維修檢測(cè)，還可以便于檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的職能化。

圖1 應(yīng)用方案框圖

2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)與分析

2.1 普通I/O口檢測(cè)電壓原理分析

顧名思義，該平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集模塊的功能是采集待測(cè)電路板的數(shù)據(jù)信息，即收錄所涉及電路的關(guān)鍵點(diǎn)的模擬電壓值。第一，信號(hào)輸出環(huán)節(jié)。從PWM口（其位置處于單片機(jī)內(nèi)）輸出占空比，該信號(hào)流經(jīng)RC阻容濾波電路，會(huì)形成新的基準(zhǔn)電壓，它的電壓幅度0～5?V之間。其次，數(shù)據(jù)做比較環(huán)節(jié)。將基準(zhǔn)電壓數(shù)值與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其結(jié)果會(huì)直接返回到REF口（其位置處于單片機(jī)內(nèi)）。再次，跟蹤檢測(cè)REF口的電平狀態(tài)，做好詳細(xì)記錄。最后，計(jì)算被測(cè)電壓值。參照單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，依據(jù)計(jì)數(shù)值與被測(cè)電壓的電壓值之間的正比關(guān)系，求得被測(cè)電壓。

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)因其使用了內(nèi)部集成比較器，因而在檢測(cè)及設(shè)計(jì)電路時(shí)可以較為簡(jiǎn)單些，避免了煩瑣的工序。如果單片機(jī)沒(méi)有使用內(nèi)部集成比較器，那么出于節(jié)約成本的目的，在不外擴(kuò)的前提下，可以選用普通I/O口的門(mén)檻電壓。雖然這樣做可以節(jié)省成本，但是會(huì)降低電路的轉(zhuǎn)換檢測(cè)精度，影響產(chǎn)品的一致性。

2.3 軟件程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)的運(yùn)行流程時(shí)所使用的是定時(shí)中斷法。調(diào)動(dòng)一次采集程序，需要間隔50?us。第一，做出判斷。判斷基準(zhǔn)電壓值和被測(cè)電壓值，開(kāi)啟AD計(jì)數(shù)器，若被測(cè)電壓數(shù)值大于基準(zhǔn)電壓值則停止計(jì)算，關(guān)掉計(jì)數(shù)器。第二，做好占空比的調(diào)節(jié)。打開(kāi)待PWM口狀態(tài)與REF口狀態(tài)趨于一致時(shí)，關(guān)閉周期計(jì)數(shù)器。第三，保存數(shù)值。將AD計(jì)數(shù)器和周期計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)保存好之后，再進(jìn)行歸零處置，以期做好下一個(gè)周期的準(zhǔn)備工作。

采用普通I/O口檢測(cè)的單片機(jī)，在測(cè)量模擬電壓數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)的工作頻率要高于裝有內(nèi)部集成比較器的單片機(jī)。這樣做的好處是方便隨時(shí)調(diào)出ADC檢測(cè)處理程序。

3 串行通信協(xié)議

借助串行通信接口，電子數(shù)碼產(chǎn)品“芯片級(jí)”檢測(cè)維修平臺(tái)與臺(tái)式計(jì)算機(jī)可以連接在一起，最終達(dá)到數(shù)據(jù)通信的目的。具體的協(xié)議流程如下所示。

（1）幀格式（n+3個(gè)字節(jié)）：總字節(jié)數(shù)+幀命令+幀內(nèi)容+校驗(yàn)碼。

（2）總字節(jié)數(shù)（1個(gè)字節(jié)）：該幀所用到的字節(jié)總數(shù)，每幀最大限度是128個(gè)字節(jié)。

（3）幀命令（1個(gè)字節(jié)）：傳輸幀命令。

（4）幀內(nèi)容（n個(gè)字節(jié)）：傳輸幀內(nèi)容。

（5）校驗(yàn)碼（1個(gè)字節(jié)）：校驗(yàn)程序中所用到的所有字節(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

檢測(cè)維修平臺(tái)在實(shí)際使用中，效果良好。因其穩(wěn)定的工作性能、便捷的使用方式、超高的性?xún)r(jià)比，便于培養(yǎng)高素質(zhì)人才，因此該平臺(tái)有良好的推廣價(jià)值。

[1]陳正振. 一款電子數(shù)碼產(chǎn)品“芯片級(jí)”檢測(cè)維修平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]. 廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，22（4）：73-76.

[2]蔣國(guó)峰，王柱山. 利用單片機(jī)為核心構(gòu)建某機(jī)載電臺(tái)檢測(cè)控制器[J]. 電子測(cè)量技術(shù)，2008（5）：155-157.

The Development of “Chip-level” Inspection and Maintenance Platform for Electronic Digital Products Using SCM as Core Controller

Huang Chunmei

Guangzhou GRG Metrology and Test Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510000

The use of “modular” design is conducive to promoting the “chip-level” inspection and maintenance industry to accelerate the scale of the development process, and is conducive to the development of high-tech talent in the industry. This platform is based on the microcontroller as the core controller of electronic digital products. The analog voltage can be directly detected through the I/O port and connected with the computer system through the serial communication port. Therefore, the platform has the advantages of intelligent detection and network management. If there is a problem with the platform, the system can automatically detect it and locate the fault accurately. After the repair, the system can also evaluate it. The platform is effective in practical use. Because of its stable work performance, convenient use, and high cost performance, the platform has a good promotion value.

chip level inspection and maintenance; intelligence; I/O port detection voltage; single-chip computer

TN06

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