单片机应用电路板的故障诊断方法及实现

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  •    【摘 要】 采用单片机仿真技术和程控自动探针测试技术进行了单片机应用电路板的在线测试及故障诊断的设计,结合实例探讨了其优势及不足。
        关键词:单片机应用系统,仿真测试,故障诊断,在线测试
      
    1 引 言
      单片机以其体积小、功耗低、应用灵活、性价比高等优势,广泛地应用在仪表、家用电器智能化和工业控制等领域。在我军新型电子装备中,单片机的应用也很普遍。当这些装备出现故障时,可利用机内自检程序将故障定位到印制电路板。因此,电路板的性能测试及故障诊断就成为装备维修工作中的重点。我们在研制电子装备通用自动测试系统时,将PCB的测试,尤其是带单片机的PCB(简称CPU板)的故障诊断作为难题之一来研究。CPU板的测试和诊断与普通数字电路板有相同之处,也有其自身的特点,因为CPU板是总线结构的PCB板,其总线结构中的总线器件(如:RAM、ROM等)随着程序指令的进行而完成不同的功能,管脚数据信息随着程序的执行不断变化,一般采用仿真方法进行测试。仿真测试是将单片机系统开发的仿真器应用于电路板测试。一般的仿真测试方法有:处理器仿真测试、存储器仿真测试、总线周期仿真测试、DMA仿真测试等。对非总线器件(如:逻辑器件、时序器件等)进行测试,可利用隔离技术注入测试激励,采集相应节点的响应进行在线测试、功能测试等。通过权衡被测装备CPU板的性能、种类及其测试速度的要求,我们在测试系统中选择了处理器仿真测试与自动探针测试相结合的方法。
    2 测试内容及实现方法
      CPU板上一般有单片机、ROM、RAM、数字I/O及其他IC器件。被测CPU板由测试系统提供特定激励信号,执行专用测试程序,完成测试任务,在电路板输出端口产生输出信号。测试系统采集输出信号与预期信号进行门限比较,以判断电路板的功能是否正常。当功能测试无法通过时,测试系统利用程控探针对电路板内部关键节点进行信号采集,并与预定数据进行比较,通过故障树分析程序进行故障隔离与显示,将故障确定到一个或几个器件。对无法利用测试程序进行判断的非总线逻辑和时序数字集成器件,可结合辅助IC夹具测试的方法,采用实时仿真测试方法进行故障诊断,将故障定位到某一集成器件。
      完成上述CPU板的性能测试和故障诊断需要用到以下几种技术支持。
    2.1 处理器仿真测试技术
      电路板本身携带的工作程序无法提供测试系统所需的测试向量并完成测试任务。测试开发人员需  要根据被测电路板的工作原理、电路设计及器件种类,编译相应的单片机程序,以实现复杂的测试算法,并将单片机测试程序编辑成库。测试操作人员在对特定电路板进行功能测试时,首先用与被测板上的单片机相对应的仿真头取代被测板上的单片机,测试系统调用开发的单片机程序并写入仿真机中,然后执行仿真机脱机运行状态,利用仿真系统对被测板上的总线器件进行读/写操作,判断其功能是否正常。因目前单片机仿真开发与调试技术已日见成熟,只需对市场上供应的单片机仿真器硬件及软件进行少量改进,就能应用到通用自动测试系统中。处理器仿真测试的优势是:以与被测板相同的工作速率进行动态功能测试;可实现复杂的测试算法,易于生成复杂的测试图形;对总线器件测试故障覆盖率较高;由于采用市场成熟的仿真技术,开发工作量较少。

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