近年來,，我國引進(jìn)了大量先進(jìn)的儀器設(shè)備，這些設(shè)備系統(tǒng)龐大,、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、集成度高。經(jīng)過多年的使用,，這些設(shè)備在維護(hù)修理,、備件保障方面遇到了極大的困難。由于不是技術(shù)引進(jìn),，幾乎沒有任何關(guān)于設(shè)備的技術(shù)資料,，無法獲得電子備件的電路原理圖，所以對未知(無電路原理圖)電路板電路原理圖的測繪,，對于電子備件尤其是軍工產(chǎn)品的反設(shè)計具有重要意義,。
1 基本原理
　　要完成對未知電子備件的反設(shè)計，必須首先獲知該備件的連線表,，然后才能依據(jù)元器件數(shù)據(jù)庫的相關(guān)知識繪制出原電路原理圖,，進(jìn)而通過技術(shù)分析和設(shè)計形成替代方案，實(shí)現(xiàn)反設(shè)計,。對未知電路板的測繪所使用的常用辦法主要有如下兩種：
　　(1)用萬用表的歐姆檔,，對印制電路板上的各外露焊點(diǎn)" title="焊點(diǎn)">焊點(diǎn)和元器件管腳進(jìn)行連接測試，即首先測量第一個焊點(diǎn)(或管腳)和第二,、第三個焊點(diǎn)(或管腳)之間的電阻,，直至測量完所有焊點(diǎn)和管腳，從而得到第一個焊點(diǎn)或管腳在電路板上的連接圖,。用同樣的方法,，再測第二個焊點(diǎn)(或管腳)與第三、第四個焊點(diǎn)(或管腳)之間的電阻,，直至測量完所有焊點(diǎn)和管腳,，得到第二個焊點(diǎn)或管腳在電路板上的連接圖。依次類推,，可以得到電路板上各焊點(diǎn)和元器件管腳的連接關(guān)系(即網(wǎng)絡(luò)圖),。這種方法雖然能夠得到電路板的網(wǎng)絡(luò)圖，但十分繁瑣,、效率低,、差錯率也高,，因此應(yīng)開發(fā)自動測繪設(shè)備。
　　(2)采用固定針床的辦法進(jìn)行測繪,，對于每種電路板設(shè)計專門的測試針床,，將專用針床與被測電路板的所有接點(diǎn)可靠接觸，在計算機(jī)測試軟件的控制下,，通過專門的通道控制器可在較短時間內(nèi)完成測試工作,，而且能完成對多層電路板的測繪。但這種方式要求為每種被測對象設(shè)計一個專門的針床和測試軟件,，投入成本高,、周期長。
　　綜合以上兩種方法的優(yōu)點(diǎn),，根據(jù)常用的通路電阻測試法，設(shè)計了“柔性針床網(wǎng)絡(luò)圖測繪系統(tǒng)”,，實(shí)現(xiàn)了靈活高效的測繪,。連線表測試完成后，借助專門建立的器件數(shù)據(jù)庫,，通過人工干預(yù)的方式即可完成電路原理圖的繪制工作,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　該系統(tǒng)由計算機(jī)、開關(guān)矩陣" title="開關(guān)矩陣">開關(guān)矩陣,、柔性針床陣列和被測備件組成,，其結(jié)構(gòu)見圖1。其中,，柔性針床陣列通過柔性針與電路板上的所有節(jié)點(diǎn)可靠連接,，開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)通道的自動切換或順序切換，柔性針床寬度僅能夠覆蓋一個電子芯片,，這樣通過多個針床,，即可覆蓋整個待測電路板。

　　測試時將電路板水平固定,，在電路板上方和下方間距為2至3厘米處水平固定柔性針床,，柔性針床的一面有密集分布的焊點(diǎn)，這些焊點(diǎn)通過長短可變的彈性探針與被測電路板一面上的外露焊點(diǎn)或元器件管腳相連,。柔性針床的另一面由連線將各焊點(diǎn)與開關(guān)矩陣相連,，電路板的另一面也進(jìn)行相同的操作，從而將電路板的外露焊點(diǎn)或元器件管腳引到柔性針床上,，通過計算機(jī)對開關(guān)矩陣進(jìn)行控制,，實(shí)現(xiàn)柔性針床上各節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系的自動測試。
2.2 測試電路" title="測試電路">測試電路結(jié)構(gòu)組成
　　本系統(tǒng)采用自定義的總線結(jié)構(gòu),，各柔性針床通過總線進(jìn)行連接,，由控制模塊" title="控制模塊">控制模塊控制相互間的通信,。測試電路通過USB總線接口與主機(jī)進(jìn)行連接，如圖2所示,。

　　其中,，ADDR1和ADDR2為針床地址總線，控制模塊通過發(fā)送相應(yīng)的地址碼實(shí)現(xiàn)針床的尋址,。由于在測試時需要在針床本身和兩個針床之間進(jìn)行測試,，只設(shè)計一套地址總線不能同時尋址兩個針床，故設(shè)計了ADDR1和ADDR2兩套地址總線,，可同時實(shí)現(xiàn)對兩個測試針床的尋址,。
　　RD、WR為讀使能和寫使能總線,，RD有效時,，允許測試針床向控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，WR有效時,，允許控制模塊發(fā)送指令到各個針床,，實(shí)現(xiàn)控制功能。
　　AD1,、AD2為針床探針地址總線,。由于在測試時，各個探針都需要和其它探針進(jìn)行遍歷測試,，所以設(shè)計兩套地址總線用來同時尋址兩個不同的探針,。AD1所尋址探針信號經(jīng)數(shù)據(jù)線D1引出，AD2所尋址探針信號經(jīng)數(shù)據(jù)線D2引出,，通過測量D1與D2之間的電阻,，就可以得到所對應(yīng)的電路板焊點(diǎn)之間的連接情況。
2.2.1 USB接口部分
　　在本設(shè)計中,，PC機(jī)通過USB接口完成對測試機(jī)的控制,，而測試數(shù)據(jù)又通過USB接口送回PC機(jī)進(jìn)行分析，分析結(jié)果用于對UUT進(jìn)行故障診斷,。
　　本系統(tǒng)采用Cypress公司的AN2131QC作為控制器芯片,。圖3所示為AN2131QC的結(jié)構(gòu)簡化框圖，USB總線收發(fā)器與USB總線引腳D+,、D-相連,，串行接口引擎用來對串行數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼和譯碼、錯誤校驗(yàn),、位填充,，并完成其它USB總線所需的信號，最終實(shí)現(xiàn)與USB總線接口的數(shù)據(jù)傳輸,。通用微處理器采用增強(qiáng)型8051,，與標(biāo)準(zhǔn)8051相比較,，執(zhí)行速度更快、功能更強(qiáng)大,。在內(nèi)部使用RAM作為程序代碼和數(shù)據(jù)存儲器,，因此8051序列具有“軟”特性，即：用戶可以自動裝載代碼和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)具體功能,。

2.2.2 控制模塊
　　控制模塊用來完成各個針床的尋址,、控制、測試以及數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收功能,。通過USB接口由主機(jī)下達(dá)控制命令及接收數(shù)據(jù),。控制模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示,。

　　系統(tǒng)控制芯片采用ALTERA公司的MAX7000系列可編程邏輯器件(CPLD),，用來接收主機(jī)發(fā)送的控制信號，對測試電路進(jìn)行控制,；接收測試數(shù)據(jù)并上傳到主機(jī),。當(dāng)WR有效時，接收控制指令,；當(dāng)RD有效時，接收測試數(shù)據(jù),。在測試電路自定義總線上共有五種測試信號,，所以采用三根控制信號線A、B,、C,，經(jīng)譯碼即可輸出不同的控制信號。電阻測試電路也位于控制模塊中,，負(fù)責(zé)對經(jīng)D1和D2引出的電路板兩個焊點(diǎn)(或管腳)進(jìn)行測試,，測試結(jié)果經(jīng)A/D變換后由CPLD送到主機(jī)中。
2.2.3 測試針床
　　測試針床用來使用探針連接電路板各個焊點(diǎn)或管腳,，并使用開關(guān)矩陣進(jìn)行各個探針之間連接的自動順序切換,，從而實(shí)現(xiàn)各個焊點(diǎn)之間的互連測試。針床電路如圖5所示,。

　　開關(guān)矩陣采用MAX7000系列可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn),，用來連接針床上所有探針，接收控制信號并將所尋址探針信號輸出,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　系統(tǒng)軟件運(yùn)行于PC機(jī)平臺上,，通過USB總線對測試電路進(jìn)行控制并接收測試電路測試數(shù)據(jù)，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)形成所測電路板電路連線表?，F(xiàn)主要分析與電路測繪有關(guān)的測試電路控制程序：
　　(1)首先利用ADDR1尋址測試基準(zhǔn)針床,，每個針床都有特定的地址碼,，如發(fā)送ADDR1=00000001，表示選中1號測試針床,，以此為基準(zhǔn)測試針床來對其它針床進(jìn)行測試,。
　　(2)1號測試針床利用AD1總線對其上所有探針進(jìn)行尋址，AD1總線尋址該針床的基準(zhǔn)測試點(diǎn),，如發(fā)送AD1=00000001,，表示尋址到1號探針，即1號探針連接D1端,。
　　(3)以ADDR1所尋址針床為基準(zhǔn),，利用ADDR2尋址所有針床，所尋址的針床利用AD2總線對其上探針進(jìn)行尋址,。
　　(4)以AD1總線所尋址探針為基準(zhǔn),，對AD2總線所尋址探針進(jìn)行遍歷測試。
　　程序偽代碼如下：
　　for( ADDR1=1 to 20) //假定共有20個測試針床,，選定基準(zhǔn)測試針床
　　{
　　for( AD1 = 1 to 256) //假定每個針床上有256個探針和焊/點(diǎn)相連,，選定基準(zhǔn)測試焊點(diǎn)
　　{
　　for( ADDR2 = 1 to 20) //依次尋址所有針床
　　{
　　for( AD2 = 1 to 256) //依次尋址測試針床上所有探針(焊點(diǎn))
　　{
　　//測試電路測試函數(shù)
　　．．．
　　}
　　}
　　}
　　}
　　通過以上測試程序,，即可實(shí)現(xiàn)每個探針(焊點(diǎn))和其它所有探針(焊點(diǎn))的遍歷測試,，從而獲取電路板上每個焊點(diǎn)的連接情況。
　　通過電路板上元器件型號知識,，利用此套測繪系統(tǒng)所測繪的電路板連線表,，結(jié)合相應(yīng)PCB設(shè)計軟件及人工干預(yù)，在某個引進(jìn)裝備上實(shí)現(xiàn)了未知電路板的測繪工作,，得到了其電路原理圖,，為下一步的反設(shè)計工作奠定了基礎(chǔ)。由于涉及知識產(chǎn)權(quán)問題,，該系統(tǒng)僅應(yīng)用于特殊領(lǐng)域電子設(shè)備,。

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