基于单片机与FPGA的PMN测试系统的设计与实现

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摘  要
2 Z, G& l5 D7 ^, F随着嵌入式系统、计算机技术和电子技术的飞速发展，便携式媒体播放技术 获得巨大的成功，从而促进了便携式媒体播器的广泛应用。随着便携式媒体播放 器使用的普及，出现了多功能的便携式媒体播放器，如具有导航功能的便携式媒 体导航仪(PMN，Portable Multimedia Navigation)。该类产品不仅能满足一般 人的实际需要，而且能解决盲人或其他身体有障碍的人的要求。为了保证 PMN 这类电子设备的产品质量，在设计与生产过程中必须采用有效的测试手段，因此 电路板(PCB，Printed Circuit Board)测试技术也越来越受到广泛关注。在众多现 代 PCB 测试方法中，以在线测试( ICT，In Circuit Tester)和飞针测试使用最为普 遍，但是由于 ICT 测试的夹具成本和维护费用都比较高以及飞针测试的覆盖率 有限等，使得某些手持式设备的 PCB 测试受到很大限制。针对这些问题，本文 提出了以 ICT 测试和飞针测试方法为基础的综合 PCB 测试方法的研究。 本文针对 PMN 设备被测信号的特点，提出了 PMN 设备的 PCB 装配(PCBA， PCB assembly)测试系统方案。该方案以 ICT 测试和飞针测试方法为基础，结合 测试架进行测试，兼顾设计成本与测试能力之间的平衡，给出了该测试系统的硬 件和软件设计方案。 为了保证测试系统对目标 PCB 板上电压、电流和电阻等系统参数测试的稳 定性和可靠性，本文提出了间断采样累加平均的测试方法。该方法根据实际应用 要求设置对被测信号采样的间隔时间，然后对每次采样的数据累加平均，其结果 为该参数的测试结果，从而降低了由于瞬时干扰而引起的测试不准确。 提出了一种快速测试和分页测试相结合的测试方法。快速测试可以一次性地 给出所有被测信号的测试结果，并根据系统设置给出测试结论；分页测试则根据 被测信号的测试类型，分别给出被测信号更为详细的测试结果，便于对被测信号 的分析。这种测试方法既满足了实时测试要求，又能对信号进行分类设置与处理， 满足各种应用要求。 本文根据 PMN 设备的 PCB 测试要求，实现了基于单片机和 FPGA 的 PMN 设备测试系统。该测试系统能测试模拟信号、时钟信号和脉冲信号等三大类信号。 所有信号测试结果由液晶显示屏(LCD)输出，或传到上位 PC 机作进一步分析通过对大量 PMN 设备的实际测试，表明该系统设计达到了预期的要求，能满足 大多中小企业的手持式设备的 PCBA 测试需求。
关键词：测试系统，信号采集，单片机，FPGA  

第 1 章   绪 论
1.1 课题意义及选题背景
( w3 M% z( N. H8 R+ n* z随着微电子技术、计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电工电子测量技 术领域的应用，测量仪器依次经历了数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器的发展[1]， 对电子测量技术和电子仪器系统提出越来越高的要求。电子业发展的高度集成化 与密度化，使作为母板和载体的 PCB，在选料和生产过程的控制便越来越严格， 同时对 PCB 的性能和可靠性测试要求便越来越高[ 2]。网络处理器的发展，使 PMP （Portable Media Player，便携式媒体播放器）取得了很好的发展，新一代 PMN （Portable Multimedia Navigation，便携式媒体导航仪）设备，即在 PMP 产品 中加入了 GPS（Global Position System, 全球定位系统）功能，更能满足实际 应用需求，特别是盲人导航语音提示，其良好的发展前景和潜在的无限市场，吸 引着众多研究者对关键技术进行研究和开发商对该类产品的大力研发。虽然已有 一些同类产品推向市场[3]，但对其小型化和批量化的要求使得对设备的电路板故 障检测与诊断提出了挑战。然而，目前对电路板故障检查和诊断大多数是采用人 工的方法，该方法不仅耗时多，费用高，而且对技术员的素质也有很高要求，造 成对产品的故障检查和诊断比生产所需要的时间、人力和财力还要多，使该问题 在设备生产过程中非常突出。以 PMN 实际项目为例，第一批生产出的 30 套产品， 因为焊接上的错误和元器件的损坏等非技术上的原因而导致的产品合格率为零， 即 30 套产品中没有一套是完全合格的。这就要求能以最快速度查出故障原因、排 除故障，达到产品快速推向市场的要求。但要找出这些故障，若没有相当的模拟 电路和数字电路故障诊断经验，没有合适的测量仪器，没有一定的时间和人力， 在短时间内根本无法检查完所有的不合格产品，特别是在生产批量的手持式设备 中，这个问题尤为突出。针对 PMN 产品广阔的市场前景，设计出相应的测试系统， 对提高产品在市场上的竞争力有很重要的意义。     基于 Intel pxa270 网络处理器的 PMN 设备，是众多手持式设备的一种，不仅 适用于个人掌上娱乐，也可适于车载系统。本文针对该类 PMN 的特点，设计出 其相应的测试系统，具有很好的实用价值。

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基于单片机与FPGA的PMN测试系统的设计与实现