0 引言

    隨著“兩化融合”的深度發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。數(shù)字電路板作為PLC(Programmable Logic Controller)的重要組成部分，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到國家的戰(zhàn)略安全。因此，對(duì)于PLC電路板的工裝測(cè)試方法進(jìn)行研究，保證電路板的質(zhì)量具有重要意義^[1]。

    隨著微電子技術(shù)、封裝技術(shù)、印制板技術(shù)的不斷發(fā)展，印制電路板密度變得越來越大，復(fù)雜程度也越來越高，傳統(tǒng)的“探針”測(cè)試方法^[2]使用萬用表、示波器測(cè)試芯片已經(jīng)不能滿足要求。目前有一些利用IDE工具^[3](例如SPE)進(jìn)行工裝測(cè)試，這種方法存在需要人工參與、效率低、不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試^[4-5]等問題?；贚abVIEW的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)^[6]成本較高，而且對(duì)于PLC的電路板部分測(cè)試不能滿足要求，所以開發(fā)一款成本低、操作簡單、測(cè)試覆蓋率高的電路板自動(dòng)化測(cè)試軟件很有必要^[7-8]。

1 PLC板級(jí)工裝測(cè)試軟件總體設(shè)計(jì)

    板級(jí)工裝測(cè)試軟件主要為目標(biāo)板的測(cè)試程序下裝以及測(cè)試提供人機(jī)界面，發(fā)送測(cè)試指令至目標(biāo)板并接收返回的測(cè)試結(jié)果，為模塊的硬件連通性、各器件的基本功能好壞以及故障查找定位提供軟件支持與驗(yàn)證。

    圖1描述了板級(jí)工裝測(cè)試系統(tǒng)的外部輸入輸出。

1.1 模塊劃分

    按照板級(jí)工裝測(cè)試軟件需求，軟件所需要實(shí)現(xiàn)的功能劃分為8個(gè)模塊，模塊劃分及模塊功能概述如表1所示。

1.2 模塊交互關(guān)系

    板級(jí)工裝測(cè)試軟件各模塊之間的交互關(guān)系如圖2所示。

1.3 系統(tǒng)處理流程圖

    系統(tǒng)主要處理流程如圖3所示。

2 測(cè)試方法研究與選取

    PLC電路板測(cè)試的測(cè)試項(xiàng)包括：串口測(cè)試、網(wǎng)口測(cè)試、SDRAM測(cè)試、Flash測(cè)試、LED燈測(cè)試、撥碼測(cè)試、RTC時(shí)鐘測(cè)試、MAC_EEPROM測(cè)試、ComX測(cè)試、DI通道測(cè)試、DO通道測(cè)試、A/D轉(zhuǎn)換測(cè)試、D/A轉(zhuǎn)換測(cè)試等。以下對(duì)各個(gè)測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試方法進(jìn)行研究并選取最合適的測(cè)試方法。

2.1 串口測(cè)試

    串口測(cè)試分為3項(xiàng)，分別對(duì)UART_1、USER、OS 3個(gè)通道進(jìn)行測(cè)試，以下是3個(gè)通道的檢驗(yàn)方法：將一根串口線一端連接在UART_1串口，另一端連在輔助測(cè)試模塊的串口1上；將一根串口線一端連接在USER串口，另一端連在輔助測(cè)試模塊的串口2上；再將一根串口線一端連接在OS串口，另一端連在輔助測(cè)試模塊的串口3上。輔助測(cè)試模塊將收到的待測(cè)串口的測(cè)試數(shù)據(jù)原樣返回給該串口，下位機(jī)接收數(shù)據(jù)后判斷返回?cái)?shù)據(jù)是否與發(fā)送的數(shù)據(jù)相同。如果相同，則測(cè)試通過，如果不相同，或者在限定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒有接收到數(shù)據(jù)，則測(cè)試不通過。

2.2 網(wǎng)口測(cè)試

    網(wǎng)口測(cè)試分為2項(xiàng)，分別對(duì)ETH0和ETH1兩個(gè)通道進(jìn)行測(cè)試，以下是兩個(gè)通道的檢驗(yàn)方法：將一根網(wǎng)線一端連接在ETH0，另一端連在輔助測(cè)試模塊的網(wǎng)口1上；將另一根網(wǎng)線一端連接在ETH1，另一端連在輔助測(cè)試模塊的網(wǎng)口2上。下位機(jī)首先初始化相應(yīng)測(cè)試網(wǎng)口，然后發(fā)送目的IP為輔助測(cè)試模塊網(wǎng)口IP的ARP請(qǐng)求包，并等待輔助測(cè)試模塊發(fā)送的ARP返回包，判斷在限定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)是否接收到正確的ARP返回包。

2.3 SDRAM測(cè)試

    SDRAM^[9]常見的故障^[10]通常有以下幾種：固定開路故障(Stuck open fault)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換故障(Transition fault)、數(shù)據(jù)保持故障(Data maintaining fault)、狀態(tài)耦合故障(Coup-

lingfault)。目前對(duì)于SDRAM的測(cè)試大多采用March-C算法^[11]，這種方法對(duì)以上故障具有很高的故障覆蓋率^[12]，本文就采用這種方法。值得注意的是，由于測(cè)試程序也運(yùn)行在SDRAM上，所以SDRAM測(cè)試起始地址預(yù)留1 M空間。

2.4 Flash測(cè)試

    Flash測(cè)試^[13]分兩步來執(zhí)行，首先將Flash全擦除，往Flash的每一個(gè)地址空間寫數(shù)據(jù)，然后再讀出來與寫入的數(shù)據(jù)比較，看是否相同。如果測(cè)試地址空間的數(shù)據(jù)讀寫都正確，則測(cè)試通過。

2.5 LED燈測(cè)試

    LED燈亮滅由相應(yīng)GPIO口控制，測(cè)試時(shí)將相應(yīng)GPIO口都配置為輸出，采用流水亮滅的形式來進(jìn)行測(cè)試，最終點(diǎn)亮所有燈，觀察燈是否全亮。

2.6 撥碼測(cè)試

    撥碼數(shù)據(jù)通過GPIO口來采集，相應(yīng)的GPIO配置為輸入，通過撥動(dòng)硬件撥碼來改變采集到的數(shù)據(jù)，然后通過通信口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，比對(duì)采集到的數(shù)據(jù)與硬件撥碼當(dāng)前的碼值是否相同。

2.7 RTC時(shí)鐘測(cè)試

    RTC時(shí)鐘芯片通過I2C總線來連接，首先需要初始化I²C相關(guān)寄存器，正確設(shè)置時(shí)鐘分頻值。然后給時(shí)鐘芯片設(shè)置一個(gè)時(shí)間，設(shè)置完成后芯片自動(dòng)運(yùn)行,同時(shí)開啟定時(shí)器，定時(shí)10 s后，再從時(shí)鐘芯片中讀取時(shí)間,查看讀取的時(shí)間是否比設(shè)置時(shí)間多10 s，以此判斷芯片走時(shí)是否正確。

2.8 ComX測(cè)試

    Ethercat主站采用赫優(yōu)訊工業(yè)以太網(wǎng)模塊ComX 100CN-RE，并下裝Ethercat Master主棧固件，將ComX 100CN-RE模塊與CPU相連，實(shí)現(xiàn)Ethercat主站功能主任務(wù)。由于ComX模塊中DPM結(jié)構(gòu)由模塊自己的操作系統(tǒng)RCX控制，上電后自動(dòng)維護(hù)，所以測(cè)試過程主要是通過讀取DPM中固定地址的一些常量值來驗(yàn)證。

2.9 MAC_EEPROM測(cè)試

    MAC_EEPROM測(cè)試首先需要初始化MAC控制器芯片，然后在EEPROM固定地址空間寫入一個(gè)MAC地址值，然后再讀出來，如果相同則測(cè)試通過。

2.10 DI通道測(cè)試

    DI通道數(shù)據(jù)采集通過GPIO口控制，開始測(cè)試前，給每通道（DI0~DI7）輸入不同的高低電平，GPIO口采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后通過通信口將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，比對(duì)采集到的數(shù)據(jù)與實(shí)際各通道輸入的電平高低是否吻合。

2.11 DO通道測(cè)試

    DO通道數(shù)據(jù)輸出通過GPIO口控制，開始測(cè)試后，上位機(jī)往下位機(jī)發(fā)送一個(gè)輸出值，下位機(jī)控制相應(yīng)GPIO口控制各通道（DO0~DO7）輸出，然后觀察DO通道電平指示燈，比對(duì)數(shù)據(jù)與各通道測(cè)量值是否吻合。

2.12 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)試

    使用輔助測(cè)試模塊的高精度AI/AO檢測(cè)模塊，對(duì)4路通道分別輸入4~20 mA恒定電流，A/D芯片采集到相應(yīng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)計(jì)算采集誤差在±0.3%內(nèi)則測(cè)試通過。

2.13 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換測(cè)試

    通過上位機(jī)設(shè)定4路通道對(duì)外輸出的電流值（4~20 mA），然后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量數(shù)據(jù)并發(fā)送到下位機(jī)，下位機(jī)使用這個(gè)數(shù)據(jù)來設(shè)置D/A芯片，然后使用輔助測(cè)試模塊的高精度AI/AO檢測(cè)模塊測(cè)量每路信號(hào)輸出的電流值，通過串口返回給下位機(jī)，判斷是否符合要求，誤差在±0.1%內(nèi)。

3 基于Qt的PLC板級(jí)工裝測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)

    以CPU模塊為例介紹板級(jí)工裝測(cè)試軟件的測(cè)試過程，圖4是CPU模塊的測(cè)試連接關(guān)系示意圖。

    按圖4所示連接搭建好測(cè)試環(huán)境后，從上位機(jī)上打開板級(jí)工裝測(cè)試軟件.exe程序。按照流程圖3進(jìn)行測(cè)試，得到如圖5的測(cè)試結(jié)果畫面。其中，綠色(圖5中灰色圓形區(qū)域)表示測(cè)試通過，紅色(圖5測(cè)試全部通過，無紅色顯示)表示測(cè)試不通過。

4 結(jié)語

    本文通過對(duì)PLC電路板上各器件的測(cè)試方法進(jìn)行研究，并依據(jù)選取的測(cè)試方法設(shè)計(jì)了一種基于Qt的跨平臺(tái)板級(jí)工裝測(cè)試軟件。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，使用該軟件對(duì)PLC電路板進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試覆蓋率較高、測(cè)試時(shí)間短、故障定位準(zhǔn)確率高。并且該軟件相對(duì)以往的測(cè)試工裝操作更加簡單方便，生產(chǎn)人員只要經(jīng)過簡單培訓(xùn)，就可以熟練使用本軟件，無需專業(yè)技術(shù)人員幫助就可以完成測(cè)試工作。本設(shè)計(jì)為開發(fā)電路板的工裝測(cè)試軟件提供了參考，可廣泛用于電路板工裝測(cè)試檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量與測(cè)試效率、節(jié)約人力物力成本具有很大促進(jìn)作用。

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