CN111157873A - 应用于工业生产的智能pcba程序下载和pcba自动化测试*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，包括测试主控板，所述测试主控板上设有微控制器、电源电路、本地flash、负压反向放大电路，所述电源电路用于给整个***供电，所述微控制器与本地flash连接，所述微控制器通过USB通讯接口与上位机进行通讯，所述负压反向放大电路的输入端经输入排座、连接线与被测PCBA连接，所述负压反向放大电路的输出端与微控制器连接，所述负压反向放大电路用于将采样电压反向放大后传递给微控制器。其可以可靠、智能、高效地批量烧写/下载PCBA的程序/数据/配置文件以及高效测试PCBA，将烧写和测试合二为一。

Description

应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***
技术领域
本发明涉及程序/数据/配置文件的更新下载和PCBA自动化测试领域，尤其涉及一种应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，具体涉及含有单片机/微控制器的控制板程序/数据/配置文件下载及控制板PCBA自动调试应用场合。
背景技术
随着单片机/微控制器/SoC片上***的发展，高密度控制板的程序/数据/配置文件下载和PCBA测试变得尤为重要，特别是焊接在PCB上的高集成度BGA封装IC因温度应力、载荷不均、形变不一致引起失效较为普遍，如何高效快速地下载和调试PCBA就变得尤为关键了。目前对于程序下载，较多的是采用PCBA手工下载方式(下载器)或者贴片之前的机器烧写；对于PCBA测试，手工测试或者单独测试平台较为普遍。但同时将烧写和测试合二为一的生产平台较为少见。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其可以可靠、智能、高效地批量烧写/下载PCBA的程序/数据/配置文件以及高效测试PCBA，将烧写和测试合二为一。
本发明是这样实现的：本发明公开了一种应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，包括测试主控板，所述测试主控板上设有微控制器、电源电路、本地flash、负压反向放大电路，所述电源电路用于给整个***供电，所述微控制器与本地flash连接，所述微控制器通过USB通讯接口与上位机进行通讯，所述负压反向放大电路的输入端经输入排座、连接线与被测PCBA连接，所述负压反向放大电路的输出端与微控制器连接，所述负压反向放大电路用于将负压反向放大并给微控制器采样，微控制器用于将这些采样信息通过USB传给上位机，上位机判断下载及PCBA测试是否成功。
进一步地，应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***还包括被测PCBA工作电流探测电路，所述被测PCBA工作电流探测电路用于采集被测PCBA工作电流，并传递给微控制器，所述微控制器接收到被测PCBA工作电流探测电路采集的被测 PCBA工作电流后，与设定值进行比较，输出控制信号给开关电路控制被测PCBA的上电或断电。
进一步地，所述开关电路包括开关芯片U6，所述开关芯片U6的输入端与电源电路的输出端连接，所述开关芯片U6的控制端与微控制器连接，所述微控制器用于输出控制信号控制开关芯片U6的通断，所述开关芯片U6的输出端经输入排座、连接线与被测PCBA 连接，用于给被测PCBA供电；所述被测PCBA工作电流探测电路采用电流采样芯片U10 实现。
进一步地，所述微控制器根据规格型号判断本地Flash中存储的是否为所需文件，如果不是，微控制器用于根据规格型号从上位机上download程序/数据/配置文件到本地flash，然后从本地下载到被测PCBA中，微控制器用于自动根据型号进行测试点测试。
进一步地，所述电源电路包括第一DC-DC模块U1、第二DC-DC模块U34、第三 DC-DC模块U40，其中第三DC-DC模块U40用于实现5V直流转3.3V直流，用于向待测 PCBA供电；第二DC-DC模块U34用于实现5V直流转3.3V直流，用于向测试测试主控板电路供电；第一DC-DC模块U1用于实现-3.3V负压输出，用于给运放负压供电。
进一步地，应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***还包括USB-I2C协议转换电路，用于实现USB-I2C协议转换功能；所述USB-I2C协议转换电路包括单片机U3，微控制器与单片机U3之间用I2C通讯，单片机U3与外部电脑或设备用USB 通讯。
进一步地，负压反向放大电路包括多个运放，各运放的同相输入端经第一电阻接地，各运放的反相输入端经第二电阻、第一电容与各运放的输出端连接，第二电阻与第一电容并联，各运放的输出端分别与微控制器的输入端连接，各运放的反相输入端经输入排座、连接线与被测PCBA连接。
本应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***还包括PCBA夹具，所述PCBA夹具包括底板、PCBA固定板、上探针固定板、下探针固定板和上探针调节限位装置、上测试探针和下测试探针，所述下测试探针固定在下探针固定板的上端，用于与被测PCBA的下表面接触，所述上测试探针固定在上探针固定板的下端，用于与被测PCBA 的上表面接触，所述PCBA固定板位于下探针固定板与上探针固定板之间，所述上探针固定板可拆卸地固定在上探针托板上，所述下探针固定板可拆卸地固定在底板上，所述PCBA固定板可拆卸地固定在被测PCBA托板上，所述底板上竖立有导向轴，所述被测PCBA托板、上探针托板上分别设有导向孔，与导向轴滑动配合，所述导向轴上套有弹簧，所述弹簧位于被测PCBA托板的下端，所述上探针托板的侧面设有螺孔，所述上探针调节限位装置包括调节限位板和调节手柄，所述调节限位板固定在底板上，所述调节限位板上设有条形孔，所述调节手柄的调节杆穿过上下调节限位板的条形孔与上探针托板侧面的螺孔螺纹连接；
所述上测试探针、下测试探针是导线引出并与测试主控板的输入排座相连，通上电后，被测 PCBA上的各探测点信号引入测试主控板采样。
进一步地，PCBA夹具还包括顶板，所述导向轴的下端与底板固定连接，所述导向轴的上端与顶板固定连接，所述调节限位板的下端与底板固定连接，所述调节限位板的上端与顶板固定连接；所述导向轴为四根，四根导向轴呈矩形分布；所述被测PCBA托板、上探针托板通过轴套与导向轴滑动配合；所述被测PCBA托板、上探针托板的导向孔内固定有轴套，所述轴套与导向轴滑动配合。
进一步地，PCBA夹具还包括微调螺栓，所述PCBA托板、上探针托板上分别设有通孔，所述微调螺栓依次穿过PCBA托板、上探针托板的通孔后顶在底板上，上探针托板的通孔是螺纹孔，微调螺栓的螺杆与上探针托板的螺纹孔螺纹配合。微调螺栓的螺杆与底下的垫块直接接触的。PCBA托板的通孔直径大于微调螺栓的螺杆直径，避免微调螺栓的螺杆与PCBA托板发生干涉。
本发明的有益效果为：本发明实现了PCBA烧写和测试在同一平台实现，界面友好智能，且高效防呆。该平台只需更换探针夹具***，而测试主控板完全兼容，就可实现不同PCBA的自动化程序/信息的I2C下载和自动化PCBA测试。实践表明，本PCBA智能下载和PCBA自动化测试平台运行高效、防呆、操作简便，较好地解决了PCBA程序下载和测试一体化难题，具有较高的应用价值。
附图说明
图1为本发明的测试主控板的原理图；
图2为本发明的电源电路的电路图；
图3为本发明的USB-I2C协议转换电路的电路图；
图4为本发明的本地flash芯片的电路图；
图5为本发明的被测PCBA工作电流探测电路的电路图；
图6为本发明的负压反向放大电路的其中一个运放的电路图；
图7为本发明的PCBA夹具的结构示意图；
图8为本发明自动测试界面的示意图。
附图中，1为底板，2为下探针固定板，3为PCBA固定板，4为被测PCBA托板，5 为上探针固定板，6为上探针托板，7为导向轴，8为轴套，9为弹簧，10为调节限位板， 101为条形孔，11为调节手柄，12为顶板，13为微调螺栓。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1至图6，本实施例公开了一种应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***的测试主控板，所述测试主控板上设有微控制器、电源电路、本地flash、负压反向放大电路，所述电源电路用于给整个***供电，所述微控制器与本地flash连接，所述微控制器通过USB通讯接口与上位机进行通讯，所述负压反向放大电路的输入端经输入排座、连接线与被测PCBA连接，所述负压反向放大电路的输出端与微控制器连接，所述负压反向放大电路用于将负压反向放大并给微控制器采样，微控制器用于将这些采样信息通过 USB传给上位机，上位机判断下载及PCBA测试是否成功。
ADuCM320BBCZI单片机及***电路是测试主控板的核心，ADuCM320BBCZI为 ARMCortex-M3微控制器，片上资源包括16channels 14bits 1MSPS ADC/8channels 12bitsVDAC/4channels 0～150mA IDACS/2xI2C/2xSPI/32KB SRAM/2x128KB Flash等。ADuCM320BBCZI 3.3V电源供电，I2C用于外部通讯，SPI总线与板内FLASH芯片相连，用于本地存储程序/数据/配置文件，ADC用于负压反向放大电路的输出采样、0.75V、1V、 3.3V和PCBA工作电流采样。
被测PCBA的工作电流探测电路由电流采样芯片U10 MAX9634FERS+实现，本设计输出电压与电流关系为：
Umon＝Iload*Gain*Rsense＝Iload*50*0.1/8＝5*Iload/8，通过采样输出电压间接测试了被测 PCBA的工作电流。
进一步地，应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***还包括被测PCBA工作电流探测电路，所述被测PCBA工作电流探测电路用于采集被测PCBA工作电流，并传递给微控制器，所述微控制器接收到被测PCBA工作电流探测电路采集的被测 PCBA工作电流后，与设定值进行比较，输出控制信号给开关电路控制被测PCBA的上电或断电。
进一步地，所述开关电路包括开关芯片U6，所述开关芯片U6的输入端与电源电路的输出端连接，所述开关芯片U6的控制端与微控制器连接，所述微控制器用于输出控制信号控制开关芯片U6的通断，所述开关芯片U6的输出端经输入排座、连接线与被测PCBA 连接，用于给被测PCBA供电；所述被测PCBA工作电流探测电路采用电流采样芯片U10 实现。
进一步地，所述微控制器根据规格型号判断本地Flash中存储的是否为所需文件，如果不是，微控制器用于根据规格型号从上位机上download程序/数据/配置文件到本地flash，然后从本地下载到被测PCBA中，微控制器用于自动根据型号进行测试点测试。
进一步地，所述电源电路包括第一DC-DC模块U1、第二DC-DC模块U34、第三 DC-DC模块U40，其中第三DC-DC模块U40用于实现5V直流转3.3V直流，用于向待测 PCBA供电；第二DC-DC模块U34用于实现5V直流转3.3V直流，用于向测试测试主控板电路供电；第一DC-DC模块U1用于实现-3.3V负压输出，用于给运放负压供电。电源电路由U1 LT1931A、U34TPS82084SILT、U40 ISL8205MIRZ-T7A组成。其中U40 ISL8205MIRZ-T7A实现DC-DC 5V/3.3V向待测PCBA供电。U34 TPS82084SILT实现5V 转3.3V但向本地测试主控板电路供电。U1LT1931A则实现-3.3V负压输出，给运放负压供电。
因为主MCU没有USB总线资源，所以本测试主控板采用额外的单片机U3 C8051F320实现USB-I2C协议转换功能，主MCU与单片机U3 C8051F320之间用I2C通讯，单片机U3C8051F320与外部电脑或设备(如PC机等)用USB通讯。
进一步地，应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***还包括USB-I2C协议转换电路，用于实现USB-I2C协议转换功能；所述USB-I2C协议转换电路包括单片机U3，微控制器与单片机U3之间用I2C通讯，单片机U3与外部电脑或设备用USB 通讯。
负压反向放大电路有5个运放AD8030ARJZ-REEL7实现，因为是负电压采样，所以先通过运放反向放大后，再给主MCU采样运算。运放芯片为双极性rail-to-rail输出，静态电流低至1.3mA，SOIC-8封装。
进一步地，负压反向放大电路包括多个运放，运放U19A的同相输入端经电阻R118接地，运放U19A的反相输入端经电阻R112、电容C321与运放U19A的输出端连接，电阻 R112与电容C321并联，运放U19A的输出端分别与微控制器的输入端连接，运放U19A的反相输入端经电阻R117与输入排座连接，再经连接线与被测PCBA连接。其他运放的电路与运放U19A的电路相同。
实施例二
参见图7，本实施例公开了一种PCBA夹具，所述PCBA夹具包括底板1、PCBA固定板3、上探针固定板5、下探针固定板2和上探针调节限位装置、上测试探针和下测试探针，所述下测试探针固定在下探针固定板的上端，用于与被测PCBA的下表面接触，所述上测试探针固定在上探针固定板的下端，用于与被测PCBA的上表面接触，所述PCBA固定板位于下探针固定板与上探针固定板之间，所述上探针固定板可拆卸地(如螺栓等)固定在上探针托板6上，所述下探针固定板可拆卸地(如螺栓等)固定在底板上，所述PCBA固定板可拆卸地(如螺栓等)固定在被测PCBA托板4上，所述底板上竖立有导向轴7，所述被测PCBA 托板、上探针托板上分别设有导向孔，与导向轴滑动配合，所述导向轴上套有弹簧9，所述弹簧位于被测PCBA托板的下端，所述上探针托板的侧面设有螺孔，所述上探针调节限位装置包括调节限位板10和调节手柄11，所述调节限位板固定在底板上，所述调节限位板上设有条形孔，所述调节手柄的调节杆穿过上下调节限位板的条形孔与上探针托板侧面的螺孔螺纹连接。
进一步地，PCBA夹具还包括顶板12，所述导向轴的下端与底板固定连接，所述导向轴的上端与顶板固定连接，所述调节限位板的下端与底板固定连接，所述调节限位板的上端与顶板固定连接；所述导向轴为四根，四根导向轴呈矩形分布；所述被测PCBA托板、上探针托板通过轴套与导向轴滑动配合；所述被测PCBA托板、上探针托板的导向孔内固定有轴套8或直线轴承，所述轴套与导向轴滑动配合。
进一步地，PCBA夹具还包括微调螺栓13，所述PCBA托板、上探针托板上分别设有通孔，所述微调螺栓依次穿过PCBA托板、上探针托板的通孔后顶在底板上设有的垫块上。
因为考虑到被测PCBA上下表面均可能出现测试点，所以探针及探针固定板在上下表面都有。被测PCBA放在固定板上，上探针托板10可沿导向轴12上下移动，探针对准后，上探针托板下移并在探针高度微调螺纹副作用下使得探针扎准接触，由于探针是导线引出并和主控板的输入排座相连，通上电后，PCBA上的各探测点信号就会引入测试主控板采样，***会先烧写被测PCBA的程序/数据/配置文件，然后再自动化测试PCBA。全程只需要输入一次规格型号，然后***会首先判断本地Flash中存储的是否为所需文件，如果不是，***会根据规格型号从上位机上download程序/数据/配置文件到本地flash，然后批量从本地下载到被测PCBA中。
实施例三
参见图1至图7，本实施例公开了一种应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，包括实施例一公开的测试主控板以及实施例二公开的PCBA夹具。测试主控板由ADuCM320BBCZI微控制器及***电路、电源电路、USB-I2C电路、FLASH、被测 PCBA的工作电流探测、负压反向放大电路一共六大部分组成，测试主控板的硬件***框图见图1所示。
所述PCBA夹具的上测试探针、下测试探针是导线引出并与测试主控板的输入排座相连，通上电后，被测PCBA上的各探测点信号引入测试主控板采样。
程序/数据/配置文件下载到被测PCBA中后，***会自动根据型号进行测试点测试，自动测试界面见图8所示。
本发明采用主控板和夹具共同实现，夹具可针对PCBA单独设计，这样主控板可兼容不同PCBA。程序/数据/配置文件下载时，主控板会判断本地存储的型号版本是否与需求一致。如果一致，程序/数据/配置文件将会从本地直接下载；如果不一致，主控板会先从上位机上download到本地，然后本次批量模块将全部从本地烧写到PCBA。
操作界面友好，实现一键式操作。生产人员只需要更改测试规范中的产品编码，***就会自动完成剩下的程序/数据/配置文件烧写和PCBA自动化测试，员工只需更换探针平台的PCBA，界面会显示OK或FAIL状态。本发明设计了包括硬件和结构两大平台构成的程序/数据/配置文件下载和PCBA自动化测试的二合一***。在下载方面，可自动智能判断是否需要先更新程序/数据/配置文件到本地，进而从本地下载；在PCBA测试方面，实现自动化测试以减少误判和提高测试效率；在兼容性方面，本平台可实现不同PCBA的下载和测试，只需更换夹具装置中的PCBA固定板和上下探针固定板。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：包括测试主控板，所述测试主控板上设有微控制器、电源电路、本地flash、负压反向放大电路，所述电源电路用于给整个***供电，所述微控制器与本地flash连接，所述微控制器通过USB通讯接口与上位机进行通讯，所述负压反向放大电路的输入端经输入排座、连接线与被测PCBA连接，所述负压反向放大电路的输出端与微控制器连接，所述负压反向放大电路将负压反向放大并给微控制器采样，微控制器将这些采样信息通过USB传给上位机，上位机判断下载及PCBA测试是否成功。
2.根据权利要求1所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：还包括被测PCBA工作电流探测电路，所述被测PCBA工作电流探测IC用于监控被测PCBA工作电流，所述微控制器接收到被测PCBA工作电流探测电路采集的被测PCBA工作电流后，与设定值进行比较，进而判断PCBA工作电流是否异常,另外微控制器输出控制信号给开关电路控制被测PCBA的上电或断电。
3.根据权利要求2所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：所述开关电路包括开关芯片(U6)，所述开关芯片(U6)的输入端与电源电路的输出端连接，所述开关芯片(U6)的控制端与微控制器连接，所述微控制器用于输出控制信号控制开关芯片(U6)的通断，所述开关芯片(U6)的输出端经输入排座、连接线与被测PCBA连接，用于给被测PCBA供电；所述被测PCBA工作电流探测电路采用电流采样芯片(U10)实现。
4.根据权利要求1所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：所述微控制器根据规格型号判断本地Flash中存储的是否为所需文件，如果不是，微控制器用于根据规格型号从上位机上download程序/数据/配置文件到本地flash，然后从本地下载到被测PCBA中，微控制器用于自动根据型号进行测试点测试。
5.根据权利要求1所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：所述电源电路包括第一DC-DC模块(U1)、第二DC-DC模块(U34)、第三DC-DC模块(U40)，其中第三DC-DC模块(U40)用于实现5V直流转3.3V直流，用于向待测PCBA供电；第二DC-DC模块(U34)用于实现5V直流转3.3V直流，用于向测试测试主控板电路供电；第一DC-DC模块(U1)用于实现-3.3V负压输出，用于给运放负压供电。
6.根据权利要求1所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：还包括USB-I2C协议转换电路，用于实现USB-I2C协议转换功能；所述USB-I2C协议转换电路包括单片机(U3)，微控制器与单片机(U3)之间用I2C通讯，单片机(U3)与外部电脑或设备用USB通讯。
7.根据权利要求1所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：负压反向放大电路包括多个运放，各运放的同相输入端经第一电阻接地，各运放的反相输入端经第二电阻、第一电容与各运放的输出端连接，第二电阻与第一电容并联，各运放的输出端分别与微控制器的输入端连接，各运放的反相输入端经输入排座、连接线与被测PCBA连接。
8.根据权利要求1所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：还包括PCBA夹具，所述PCBA夹具包括底板、PCBA固定板、上探针固定板、下探针固定板和上探针调节限位装置、上测试探针和下测试探针，所述下测试探针固定在下探针固定板的上端，用于与被测PCBA的下表面接触，所述上测试探针固定在上探针固定板的下端，用于与被测PCBA的上表面接触，所述PCBA固定板位于下探针固定板与上探针固定板之间，所述上探针固定板可拆卸地固定在上探针托板上，所述下探针固定板可拆卸地固定在底板上，所述PCBA固定板可拆卸地固定在被测PCBA托板上，所述底板上竖立有导向轴，所述被测PCBA托板、上探针托板上分别设有导向孔，与导向轴滑动配合，所述导向轴上套有弹簧，所述弹簧位于被测PCBA托板的下端，所述上探针托板的侧面设有螺孔，所述上探针调节限位装置包括调节限位板和调节手柄，所述调节限位板固定在底板上，所述调节限位板上设有条形孔，所述调节手柄的调节杆穿过上下调节限位板的条形孔与上探针托板侧面的螺孔螺纹连接；
所述上测试探针、下测试探针是导线引出并与测试主控板的输入排座相连，通上电后，被测PCBA上的各探测点信号引入测试主控板采样。
9.根据权利要求8所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：PCBA夹具还包括顶板，所述导向轴的下端与底板固定连接，所述导向轴的上端与顶板固定连接，所述调节限位板的下端与底板固定连接，所述调节限位板的上端与顶板固定连接；所述导向轴为四根，四根导向轴呈矩形分布；所述被测PCBA托板、上探针托板通过轴套与导向轴滑动配合；所述被测PCBA托板、上探针托板的导向孔内固定有轴套，所述轴套与导向轴滑动配合。
10.根据权利要求1所述的应用于工业生产的智能PCBA程序下载和PCBA自动化测试***，其特征在于：PCBA夹具还包括微调螺栓，所述PCBA托板、上探针托板上分别设有通孔，所述微调螺栓依次穿过PCBA托板、上探针托板的通孔后顶在底板上,上探针托板的通孔是螺纹孔，微调螺栓的螺杆与上探针托板的螺纹孔螺纹配合。
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