一款电子数码产品“芯片级”检测维修平台的开发与应用*

陈正振

(广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023)

一款电子数码产品“芯片级”检测维修平台的开发与应用*

陈正振

(广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023)

为促进“芯片级”检测维修行业的规模化发展，提高行业技术人才的培养质量，开发采用“模块化”设计，以单片机为核心控制器的电子数码产品“芯片级”检测维修平台.平台运用I/O口直接对模拟电压进行检测，并通过串行通信口与计算机系统连接，实现了智能检测、故障定位、修复评估、网络化管理、大数据统计分析等功能.实际应用效果表明，检测维修平台工作稳定、使用便捷、性价比高、节能环保，具有较高的实用价值和推广价值.

芯片级维修；智能检测；I/O口检测电压

0 引言

专业电子产品检测维修领域，分为“板卡级”维修(也称为一级维修)和“芯片级”维修 (也称为二级维修).“板卡级”维修(一级维修)指的是不涉及芯片、电阻、电容、半导体器件等独立元件的更换，只更换整块配件板卡 (如核心控制板、计算机主板、显卡、硬盘等)的维修服务.“芯片级”维修(二级维修)是一种高精度的专业维修，需要维修工程师掌握级别更高的专业服务技能，具有很高的技术含量.

“芯片级”检测维修技术可以通过最小的维修成本完成故障电子产品的修复工作，有效提高电子产品修复后的工作稳定性、延长电子产品的使用寿命、降低维修成本，减少电子垃圾的出现.所以，“芯片级”检测维修领域的技术进步对电子信息产业合理、健康、快速、可持续性的发展，具有重大战略意义.

传统的“芯片级”检测维修，主要依靠维修工程师娴熟的专业技能和丰富的维修经验，维修效率低，耗时长，人才培养成本高，不利于产业的规模化发展.经理论研究和实践应用证明，采用“模块化”设计，以单片机为核心控制器的电子数码产品“芯片级”检测维修平台的开发与应用可以实现智能检测、故障定位、修复评估、组网管理等功能，具有维修时间短、成本低、节能环保、操作便捷等优势，可以有效提高维修效率.同时，检测维修平台还便于在专业技能培训及职业院校教学中使用，有利于加强“芯片级”维修技术高端技术技能型人才培养，服务国家“工业4.0”、“互联网+”等发展战略，支持西部及北部湾地区经济建设发展.

1 系统方案分析

1.1 检测维修平台设计方案分析

电子数码产品“芯片级”检测维修平台采用“模块化”设计方法，以核心控制模块为中心，由控制键盘、液晶显示器、串行通信接口、条码扫描仪、数据采集和测量探头等七个电路模块组成，能够独立实现智能检测、故障定位和修复评估三项功能，具体设计方案如图1所示.

首先，由条码扫描仪对待测电路板的标识条码进行扫描，以确认待测电路板的具体型号，并由核心控制电路从存储器中调出该型号待测电路板的标准参数；其次，将测量探头接到待测电路板上，并通过数据采集电路将待测电路板关键测试点的实际参数读入核心控制电路；然后，由核心控制电路将实际参数与标准参数进行比较，并根据待测电路中各易损元件的输入和输出电压参数匹配情况，智能的识别和标识出损坏元件；最后，由控制键盘选择将检测结果显示在液晶显示器上.

1.2 检测维修平台应用方案分析

在应用时，每套电子数码产品“芯片级”检测维修平台通过串行通信接口与台式计算机连接实现数据通信，并配以数字万用表、风枪焊接台、“芯片级”维修工具箱等辅助设备组成一个完整的工位.将多个工位通过交换机连接组成局域网，配以服务器和相应的管理软件，组成具有网络管理功能的电子数码产品“芯片级”检测维修应用系统，具体应用方案如图2所示.

“芯片级”检测维修平台(下位机)通过串行通信接口将采集数据传输给台式计算机(上位机)，并由台式计算机和交换机组成的局域网，可以实现单工位练习评分、单工位智能考核、多工位技能竞赛、多工位维修分工和管理、维修信息大数据统计和分析等功能.

图1 设计方案框图

图2 应用方案框图

2 数据采集模块设计与分析

2.1 普通I/O口检测电压原理分析

检测维修平台的数据采集模块主要用于采集待测电路板关键测试点的模拟电压值.通常用单片机实现模拟电压值的检测需要使用专用的模拟—数字电压转换(ADC)芯片，随着单片机生产技术的不断提高，单片机内部集成度也越来越高，许多单片机也已经内置ADC模块，但无论使用专用的ADC芯片还是使用内置ADC功能的单片机批量生产的成本都偏高，而采用单片机普通I/O口检测模拟电压值的方法可以有效降低成本.单片机普通I/O口检测模拟电压值的电路如图3所示.

图3 I/O口电压检测电路

首先，从单片机的PWM口输出一个占空比可变的脉冲宽度调制(PWM)信号,并经过RC阻容滤波电路，变成一个0～5 V的直流基准电压.然后，将该基准电压与被测模拟电压经过比较器进行比较，并将比较结果反馈给单片机的REF口.单片机定时检测REF口的电平状态，每次检测后同步调整PWM口的输出基准电平，使基准电压与被测电压保持相等.最后，利用单片机内部的定时/计数器对每次REF口保持高电平的持续状态进行计算，该计数值与被测电压的电压值成正比关系，通过相应的计算即可得到被测电压.

2.2 硬件电路设计

使用内部集成比较器的单片机进行检测时，检测电路的设计可以进一步简化，如图4所示.

图4 内置比较器电压检测电路

如果使用的单片机没有内置比较器，又为节约生产成本不外扩比较器，则可以使用普通I/O口的门槛电压判断来代替比较器，实现更为低成本的设计方案，但这样做将使电路的转换检测精度和产品一致性被降低，具体电路如图5所示.

图5 无比较器电压检测电路

2.3 软件程序设计

数据采集模块的软件程序流程如图6所示，单片机采用定时中断的方法每间隔50 us调用一次采集程序.首先，判断被测电压是否大于基准电压，同时开启AD计数器，直至被测电压大于基准电压.然后，调整PWM口输出脉冲的占空比，使PWM口状态逐渐靠近REF口状态，同时开启周期计数器，直至PWM口状态等于REF口状态.最后，保存AD计数器和周期计数器的数值，并将AD计数器和周期计数器清零，为下一个周期做好准备.

采用单片机普通I/O口检测模拟电压值的方法要求系统具有较高的工作频率，以便反复调用ADC检测处理程序.同时，可以通过扩充定时/计算器的计数位数，并适当舍弃低位计数数据，来提高采样分辨率，获得相当稳定的模拟—数字电压转换结果.

图6 数据采集程序流程图

3 串行通信协议

电子数码产品“芯片级”检测维修平台通过串行通信接口与台式计算机连接实现数据通信.通信协议如下：

1)帧格式(n+3个字节)：总字节数+帧命令+帧内容+校验码.

2)总字节数(1个字节)：该帧包含的字节总数，每帧不超过128个字节.

3)帧命令(1个字节)：传输帧命令.

4)帧内容(n个字节)：传输帧内容.

5)校验码(1个字节)：包括总字节数、帧命令、帧内容等所有字节的校验.

6)其他相关参数：波特率=9600bps；字节格式=1个起始位，8个数据位，无校验位，1个停止位；电平=TTL正逻辑电平；帧间隔>25ms；帧内字节间隔=2～1000ms；应答延时=20～200ms.

4 结语

电子数码产品“芯片级”检测维修平台以单片机为控制核心，并通过串行通信口与计算机连接，并通过相应的管理软件，实现了智能检测、故障定位、修复评估、多工位维修分工和管理、维修信息大数据统计和分析等功能.通过实际应用证明，检测维修平台工作稳定、使用便捷、性价比高、节能环保，能有效提高“芯片级”检测维修的工作效率和相关专业技术技能型人才培养质量，在电子数码产品维修行业和职业院校专业教学中具有较高的实用价值和推广价值.

[1]郭君霞.电路板芯片级深度维修方法探索[J].科技创新与应用,2014(7):34-37.

[2]徐勇,薛建芳,刘克铜,等.芯片级维修模拟系统研究[J].现代经济信息,2015,20:20-24.

[3]张俊.匠人手机[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2014.

[责任编辑 苏 琴]

[责任校对 黄招扬]

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.

广西高校科学技术研究项目资助(LX2014573).

陈正振(1983-)，男，广西柳州人，硕士，广西交通职业技术学院教务处高级工程师、讲师，研究方向：电子信息工程技术.

TP277

A

1673-8462(2016)04-0073-04