呂紅芳

（上海電機學院 電氣學院，上海 200240）

0 引言

在數(shù)字光學處理（Digital Light Processing，簡稱DLP）系統(tǒng)中，光機（Optic Engine簡稱OE）是將光源、色輪、數(shù)字微鏡器件(Digital Micromirror Device，簡稱DMD)、驅(qū)動板、鏡頭等集成起來的，其中光機驅(qū)動電路板在整個系統(tǒng)中有至關(guān)重要的地位，它關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能和可靠性，但是光機驅(qū)動板的制作工藝非常復(fù)雜，要求很高，用人工判斷的方法進行故障檢測與診斷越來越困難，有的甚至是不可能的。

為了提高光機驅(qū)動電路板的可靠性及生產(chǎn)效率，設(shè)計一套DLP光機驅(qū)動板在線測試系統(tǒng)是非常必要的，本文通過設(shè)計一套在線測試系統(tǒng)來彌補人工維修的不足，設(shè)計的在線測試系統(tǒng)能夠幫助維修人員在不必清楚電路板工作原理的情況下，對電路板進行測試，從而能迅速檢測到電路板上的故障，提高工作效率。

在印刷電路板（簡稱PCB）的生產(chǎn)過程中，PCB 的檢測方法主要有人工目檢（Manual Visual Inspection ，簡稱MVI）、自動光學檢測（Automatic Optical Inspection， 簡 稱 AOI）、 自 動 X 射 線 檢測（AXI Automatic X-ray Inspection）、 功 能 檢測（Functional Circuit Test ,簡稱FCT）等多種[1]，但是針對DLP系統(tǒng)來說，無論是AOI還是FCT都無法實現(xiàn)光機驅(qū)動電路板關(guān)鍵性能的測試，本文針對DLP光機驅(qū)動板的特征，結(jié)合在線測試系統(tǒng)的需要，設(shè)計了一套DLP光機驅(qū)動板的在線測試系統(tǒng)，經(jīng)過對硬件模塊和軟件程序不斷的調(diào)試與改進之后，本系統(tǒng)已在實際中得到應(yīng)用。

1 DLP 光機驅(qū)動板在線測試系統(tǒng)的設(shè)計思想

在DLP系統(tǒng)中，其核心元件有DMD與DDP1010, DMD為數(shù)字微鏡元件，其安裝方式為壓接式，所有的圖像信號最終都要靠DMD反射到屏幕上[2]，DDP1010為DMD的驅(qū)動芯片，其圖像處理由32對400MHz的差分信號完成。為了保證在測試過程中信號的完整性，設(shè)計了用于壓接DMD的轉(zhuǎn)接板與針床板，兩者之間利用軟性PCB連接，對于整個系統(tǒng)的處理芯片DDP1010，其內(nèi)部為ARM9核，為外部提供了I2C接口，故亦可通過I2C總線讀取狀態(tài)。

本文設(shè)計的測試系統(tǒng)立足于生產(chǎn)實際，主要是用于光機驅(qū)動板PCB焊接裝配后的測試，其設(shè)計思想為將DMD與驅(qū)動板分離，并采用轉(zhuǎn)接板及針床、夾具與驅(qū)動板相連，使系統(tǒng)可正常工作，同時保證驅(qū)動板可方便更換；另外將主要的電壓、頻率信號引出至信號處理板并對其進行檢測，信號處理板配合上位機可對系統(tǒng)進行實時監(jiān)測和控制，并采用計算機安裝DVI接口顯卡，為系統(tǒng)提供信號源，在檢測各種必要信號的情況之后，通過對圖像的評判，來確認PCBA是否合格。

2 信號處理與轉(zhuǎn)接板的硬件設(shè)計

信號處理板是在線測試系統(tǒng)中至關(guān)重要的部分，是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和控制的樞紐。不僅可對測試對象驅(qū)動板進行檢測和控制，還通過RS232串口將測試對象的電壓、頻率等重要參數(shù)送至上位PC機，最終在上位PC機上顯示信號采集和處理的結(jié)果。本在線測試系統(tǒng)的信號處理板采用8位單片機ATmega128作為主要處理芯片，其串口可和上位PC機進行數(shù)據(jù)交換，I2C接口可與驅(qū)動板進行通信[3]。

2.1 信號轉(zhuǎn)接板的硬件設(shè)計

信號轉(zhuǎn)接板的主要用途有：1）用于轉(zhuǎn)接DMD信號，其信號類型為高頻差分信號和DMD工作所需的電壓及同步信號；2）用于DVI到LVDS的信號轉(zhuǎn)換[4]。信號轉(zhuǎn)接板主要包括：視頻轉(zhuǎn)換模塊、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊和視頻信號傳輸模塊三部分。

2.1.1 視頻轉(zhuǎn)換模塊

主要用于將DVI格式的信號轉(zhuǎn)換為LVDS信號，并傳給驅(qū)動電路板。在視頻轉(zhuǎn)換模塊中是通過一個SIL161BCT100芯片(將DVI格式的信號轉(zhuǎn)換為24位RGB信號 )和一個DS90C385芯片（將24位RGB信號轉(zhuǎn)換為LVDS格式的信號）來實現(xiàn)信號格式的轉(zhuǎn)換。

2.1.2 直流電壓轉(zhuǎn)換模塊

主要是進行直流電壓轉(zhuǎn)換，向視頻轉(zhuǎn)換模塊提供電源；直流電壓轉(zhuǎn)換模塊通過一個LMS1587（低壓差線性穩(wěn)壓器）芯片，將5V的電壓輸入變?yōu)?.3V的電壓輸出。

2.1.3 視頻信號傳輸模塊

用于將驅(qū)動板上傳來的LVDS信號傳送至DMD芯片,該模塊為一個六層的PCB板和視頻接口軟線。

2.2 信號處理板的硬件設(shè)計

信號處理板采用ATMEL公司的ATmega128為處理芯片。信號處理板通過信號接口接收從信號轉(zhuǎn)接板上采集來的信號——頻率及電壓信號、邏輯電平信號。這些信號通過探針引入相應(yīng)接口，經(jīng)各自相應(yīng)的信號處理模塊處理后，送入板上ATmega128進行處理，ATmega128與上位PC機通過RS232接口通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集處理和上位機的顯示和控制；同時，ATmega128可以通過I2C總線訪問驅(qū)動板上的寄存器，訪問控制由信號處理板上的ATmega128完成。

2.2.1 電壓信號

在ATmega128中，內(nèi)部集成有10bitA/D轉(zhuǎn)換器，可同時進行8路數(shù)據(jù)采集[3]，在本在線測試系統(tǒng)的設(shè)計中，對電壓信號的處理，就是通過ATmega128中的數(shù)/模轉(zhuǎn)換的輸入端口（Port F）直接對8路電壓進行采集。電壓信號輸入通道設(shè)置如表1所示。

表1 電壓信號輸入通道設(shè)置

在電壓信號處理中，內(nèi)部A/D選用參考電壓為3.3V，測量電壓最佳范圍為1.5V-2.5V，故測量時對不同電壓信號進行分壓處理，以免超出最佳范圍。對于低于3.3V的電壓，只需電容濾波；對于3.3V電壓，可能會因為電壓波動時，電壓值會超出3.3V，采用電阻分壓，3.3V分壓至1.65V；5V分壓至2.0 V進行測量；對DMD電極電壓7.5V，利用電阻分壓至2.24V，對于12V電壓，利用電阻分壓至2.1V進行測量。

2.2.2 頻率信號

頻率測量中，因為頻率信號的峰峰值不固定，故而采用三極管組成的共發(fā)射極電路使其工作于開關(guān)狀態(tài)，這樣，一方面可濾掉頻率信號的干擾，另一方面，可調(diào)整頻率信號的幅度在合適的范圍，以便利用ATmega128進行測量。頻率信號的采集通道設(shè)置如表2所示。

表2 頻率信號輸入通道設(shè)置

3 信號處理板的軟件設(shè)計

信號處理板的軟件設(shè)計采用Iccavr 6.27集成開發(fā)環(huán)境，C語言編程。軟件調(diào)試利用JTAG調(diào)試接口，可實現(xiàn)在線調(diào)試。

3.1 電壓信號數(shù)據(jù)采集處理

電壓信號均利用ATmega128內(nèi)部10bitA/D進行采樣，參考電壓為3.3V，通過ATmega128的輸入端口（Port F）直接對8路電壓進行采集，采樣程序流程圖如圖1所示。

3.2 頻率信號的測量處理

在本在線測試系統(tǒng)的設(shè)計中，根據(jù)測量頻率的情況不同，采用不同的頻率測量方法。對于表2中列出要測量的頻率通道，具體測量方法如下：

對于通道1-3，即調(diào)制脈沖的測量，因為頻率比較高，所以采用M[5]法進行測量，利用ATmega128的定時器/計數(shù)器2和定時器/計數(shù)器3，定時器2產(chǎn)生1/20.032Hz的時間閘門，利用定時器3進行計數(shù)，通過串口將計數(shù)值返回給上位機，上位機將返回值乘以20.032就可得到實際頻率值。

若某一個通道無輸入信號，則返回值為0。

對于通道4-8，該類信號由于頻率比較低，故采用T法進行測量。測量信號一個周期的長度，用4M晶振8分頻后的500KHz信號作為定時器/計數(shù)器1的時鐘輸入。上位機用500000除以返回值即可得到頻率實際值，若某一通道無輸入信號，則返回值為0。

4 結(jié)束語

本文介紹了基于單片機ATmega128的DLP光機驅(qū)動板在線測試系統(tǒng)的設(shè)計思想，主要介紹了信號處理與轉(zhuǎn)接板電路各測試點的電壓、頻率等主要信號的轉(zhuǎn)接及實時測量技術(shù)，實現(xiàn)了對頻率信號和電壓信號的采樣與處理。采用該信號處理技術(shù)設(shè)計的在線測試系統(tǒng)，經(jīng)過不斷的測試與改進，系統(tǒng)已經(jīng)能夠可靠地運行，能正確檢查DLP

光機驅(qū)動電路板的裝配與焊接正常與否，可準確定位故障位置，并已應(yīng)用于DLP光機驅(qū)動電路板的檢測，對于光機驅(qū)動電路板批量生產(chǎn)中電路板的檢測，提供了有效的工具。

[1] 任斌, 等. PCB貼片安裝缺陷自動光學檢測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 東莞理工學院學報, 2009, 16(2).

[2] 楊鳳和, 藍東輝. DLP投影顯示中的特殊技術(shù)[J]. 電視技術(shù), 2005(4).

[3] 馬潮. 高檔8位單片機ATmega128原理與開發(fā)應(yīng)用指南(上) [M]. 北京, 北京航空航天大學出版社, 2004.

[4] 張萬方, 劉金嶺. DVI 在視頻顯示領(lǐng)域內(nèi)中的應(yīng)用[J]. 電腦知識與技術(shù), 2009, 5(5).

[5] 徐成, 劉彥, 李仁發(fā), 甘勇. 一種全同步數(shù)字頻率測量方法的研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2004, 30(7).