一款電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺的開發與應用*

陳正振

(廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023)

一款電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺的開發與應用*

陳正振

(廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023)

為促進“芯片級”檢測維修行業的規模化發展，提高行業技術人才的培養質量，開發采用“模塊化”設計，以單片機為核心控制器的電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺.平臺運用I/O口直接對模擬電壓進行檢測，并通過串行通信口與計算機系統連接，實現了智能檢測、故障定位、修復評估、網絡化管理、大數據統計分析等功能.實際應用效果表明，檢測維修平臺工作穩定、使用便捷、性價比高、節能環保，具有較高的實用價值和推廣價值.

芯片級維修；智能檢測；I/O口檢測電壓

0 引言

專業電子產品檢測維修領域，分為“板卡級”維修(也稱為一級維修)和“芯片級”維修 (也稱為二級維修).“板卡級”維修(一級維修)指的是不涉及芯片、電阻、電容、半導體器件等獨立元件的更換，只更換整塊配件板卡 (如核心控制板、計算機主板、顯卡、硬盤等)的維修服務.“芯片級”維修(二級維修)是一種高精度的專業維修，需要維修工程師掌握級別更高的專業服務技能，具有很高的技術含量.

“芯片級”檢測維修技術可以通過最小的維修成本完成故障電子產品的修復工作，有效提高電子產品修復后的工作穩定性、延長電子產品的使用壽命、降低維修成本，減少電子垃圾的出現.所以，“芯片級”檢測維修領域的技術進步對電子信息產業合理、健康、快速、可持續性的發展，具有重大戰略意義.

傳統的“芯片級”檢測維修，主要依靠維修工程師嫻熟的專業技能和豐富的維修經驗，維修效率低，耗時長，人才培養成本高，不利于產業的規模化發展.經理論研究和實踐應用證明，采用“模塊化”設計，以單片機為核心控制器的電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺的開發與應用可以實現智能檢測、故障定位、修復評估、組網管理等功能，具有維修時間短、成本低、節能環保、操作便捷等優勢，可以有效提高維修效率.同時，檢測維修平臺還便于在專業技能培訓及職業院校教學中使用，有利于加強“芯片級”維修技術高端技術技能型人才培養，服務國家“工業4.0”、“互聯網+”等發展戰略，支持西部及北部灣地區經濟建設發展.

1 系統方案分析

1.1 檢測維修平臺設計方案分析

電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺采用“模塊化”設計方法，以核心控制模塊為中心，由控制鍵盤、液晶顯示器、串行通信接口、條碼掃描儀、數據采集和測量探頭等七個電路模塊組成，能夠獨立實現智能檢測、故障定位和修復評估三項功能，具體設計方案如圖1所示.

首先，由條碼掃描儀對待測電路板的標識條碼進行掃描，以確認待測電路板的具體型號，并由核心控制電路從存儲器中調出該型號待測電路板的標準參數；其次，將測量探頭接到待測電路板上，并通過數據采集電路將待測電路板關鍵測試點的實際參數讀入核心控制電路；然后，由核心控制電路將實際參數與標準參數進行比較，并根據待測電路中各易損元件的輸入和輸出電壓參數匹配情況，智能的識別和標識出損壞元件；最后，由控制鍵盤選擇將檢測結果顯示在液晶顯示器上.

1.2 檢測維修平臺應用方案分析

在應用時，每套電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺通過串行通信接口與臺式計算機連接實現數據通信，并配以數字萬用表、風槍焊接臺、“芯片級”維修工具箱等輔助設備組成一個完整的工位.將多個工位通過交換機連接組成局域網，配以服務器和相應的管理軟件，組成具有網絡管理功能的電子數碼產品“芯片級”檢測維修應用系統，具體應用方案如圖2所示.

“芯片級”檢測維修平臺(下位機)通過串行通信接口將采集數據傳輸給臺式計算機(上位機)，并由臺式計算機和交換機組成的局域網，可以實現單工位練習評分、單工位智能考核、多工位技能競賽、多工位維修分工和管理、維修信息大數據統計和分析等功能.

圖1 設計方案框圖

圖2 應用方案框圖

2 數據采集模塊設計與分析

2.1 普通I/O口檢測電壓原理分析

檢測維修平臺的數據采集模塊主要用于采集待測電路板關鍵測試點的模擬電壓值.通常用單片機實現模擬電壓值的檢測需要使用專用的模擬—數字電壓轉換(ADC)芯片，隨著單片機生產技術的不斷提高，單片機內部集成度也越來越高，許多單片機也已經內置ADC模塊，但無論使用專用的ADC芯片還是使用內置ADC功能的單片機批量生產的成本都偏高，而采用單片機普通I/O口檢測模擬電壓值的方法可以有效降低成本.單片機普通I/O口檢測模擬電壓值的電路如圖3所示.

圖3 I/O口電壓檢測電路

首先，從單片機的PWM口輸出一個占空比可變的脈沖寬度調制(PWM)信號,并經過RC阻容濾波電路，變成一個0～5 V的直流基準電壓.然后，將該基準電壓與被測模擬電壓經過比較器進行比較，并將比較結果反饋給單片機的REF口.單片機定時檢測REF口的電平狀態，每次檢測后同步調整PWM口的輸出基準電平，使基準電壓與被測電壓保持相等.最后，利用單片機內部的定時/計數器對每次REF口保持高電平的持續狀態進行計算，該計數值與被測電壓的電壓值成正比關系，通過相應的計算即可得到被測電壓.

2.2 硬件電路設計

使用內部集成比較器的單片機進行檢測時，檢測電路的設計可以進一步簡化，如圖4所示.

圖4 內置比較器電壓檢測電路

如果使用的單片機沒有內置比較器，又為節約生產成本不外擴比較器，則可以使用普通I/O口的門檻電壓判斷來代替比較器，實現更為低成本的設計方案，但這樣做將使電路的轉換檢測精度和產品一致性被降低，具體電路如圖5所示.

圖5 無比較器電壓檢測電路

2.3 軟件程序設計

數據采集模塊的軟件程序流程如圖6所示，單片機采用定時中斷的方法每間隔50 us調用一次采集程序.首先，判斷被測電壓是否大于基準電壓，同時開啟AD計數器，直至被測電壓大于基準電壓.然后，調整PWM口輸出脈沖的占空比，使PWM口狀態逐漸靠近REF口狀態，同時開啟周期計數器，直至PWM口狀態等于REF口狀態.最后，保存AD計數器和周期計數器的數值，并將AD計數器和周期計數器清零，為下一個周期做好準備.

采用單片機普通I/O口檢測模擬電壓值的方法要求系統具有較高的工作頻率，以便反復調用ADC檢測處理程序.同時，可以通過擴充定時/計算器的計數位數，并適當舍棄低位計數數據，來提高采樣分辨率，獲得相當穩定的模擬—數字電壓轉換結果.

圖6 數據采集程序流程圖

3 串行通信協議

電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺通過串行通信接口與臺式計算機連接實現數據通信.通信協議如下：

1)幀格式(n+3個字節)：總字節數+幀命令+幀內容+校驗碼.

2)總字節數(1個字節)：該幀包含的字節總數，每幀不超過128個字節.

3)幀命令(1個字節)：傳輸幀命令.

4)幀內容(n個字節)：傳輸幀內容.

5)校驗碼(1個字節)：包括總字節數、幀命令、幀內容等所有字節的校驗.

6)其他相關參數：波特率=9600bps；字節格式=1個起始位，8個數據位，無校驗位，1個停止位；電平=TTL正邏輯電平；幀間隔>25ms；幀內字節間隔=2～1000ms；應答延時=20～200ms.

4 結語

電子數碼產品“芯片級”檢測維修平臺以單片機為控制核心，并通過串行通信口與計算機連接，并通過相應的管理軟件，實現了智能檢測、故障定位、修復評估、多工位維修分工和管理、維修信息大數據統計和分析等功能.通過實際應用證明，檢測維修平臺工作穩定、使用便捷、性價比高、節能環保，能有效提高“芯片級”檢測維修的工作效率和相關專業技術技能型人才培養質量，在電子數碼產品維修行業和職業院校專業教學中具有較高的實用價值和推廣價值.

[1]郭君霞.電路板芯片級深度維修方法探索[J].科技創新與應用,2014(7):34-37.

[2]徐勇,薛建芳,劉克銅,等.芯片級維修模擬系統研究[J].現代經濟信息,2015,20:20-24.

[3]張俊.匠人手機[M].北京:北京航空航天大學出版社, 2014.

[責任編輯 蘇 琴]

[責任校對 黃招揚]

Development and Application of a "Chip Level" Testing and Maintenance Platform for Electronic Digital Products

CHEN Zheng-zhen

(GuangxiVocationalandTechnicalCollegeofCommunications，Nanning530023，China)

In order to promote the large-scale development of the "chip level" inspection and repair industry, improve the quality of training industry for technical personnel, the development of the digital electronic products "chip" detection and maintenance platform with the "modular" design which is made MCU as the core controller is necessary. The platform uses I/O port directly on the analog voltage detection, it realizes the function of intelligent detection, fault location and repair evaluation, network management, data statistics, analysis and connects with the computer system through the serial communication port. The practical application results show that the testing and maintenance platform is stable, convenient, cost-effective, energy saving and environmental protection with high practical value and promotion value.

Chip level maintenance; Intelligent detection; I/O port detection voltage

2016-09-15.

廣西高校科學技術研究項目資助(LX2014573).

陳正振(1983-)，男，廣西柳州人，碩士，廣西交通職業技術學院教務處高級工程師、講師，研究方向：電子信息工程技術.

TP277

A

1673-8462(2016)04-0073-04