深圳金百泽电子科技股份有限公司（HYPERLINK"http://www.kbsems.com"www.kbsems.com）成立于1997年，是HYPERLINK"http://www.kbsems.com"线路板行业十强企业，总部设在深圳，研发和生产分布在深圳、惠州和西安等地，为客户提供产品研发的HYPERLINK"http://www.kbsems.com"PCB设计、HYPERLINK"http://www.kbsems.com"PCB快速制造、HYPERLINK"http://www.kbsems.com"SMT加工、组装与测试及硬件集成等垂直整合解决方案，是国内最具特色的电子制造服务提供商。电话：0755-26546699-223基于FPGA的PCB测试机硬件电路设计引言PCB光板测试机基本的测试原理是欧姆定律，其测试方法是将待测试点间加一定的测试电压，用译码电路选中PCB板上待测试的两点，获得两点间电阻值对应的电压信号，通过电压比较电路，测试出两点间的电阻或通断情况。重复以上步骤多次，即可实现对整个HYPERLINK"http://www.kbsems.com"电路板的测试。由于被测试的点数比较多，一般测试机都在2048点以上，测试控制电路比较复杂，测试点的查找方法以及切换方法直接影响测试机的测试速度，本文研究了基于FPGA的硬件控制系统设计。硬件控制系统测试过程是在上位计算机的控制下，控制测试电路分别打开不同的测试开关。测试机系统由以下几部分构成:上位计算机PC104、测试控制逻辑(由FPGA实现)、高压测试电路。其中上位机主要完成人机交互、测试算法、测试数据处理以及控制输出等功能。FPGA控制高压测试电路完成对PCB的测试过程。本系统以一台PC104为上位计算机，以FPGA为核心，通过PC104总线实现上位机对测试的控制。测试系统总体框图如图1所示。FPGA与PC104的接口电路PC104总线是一种专为嵌入式控制定义的工业控制总线，其信号定义与ISA总线基本相同。PC104总线共有4类总线周期，即8位的总线周期、16位的总线周期、DMA总线周期和刷新总线周期。16位的I/O总线周期为3个时钟周期，8位的I/O总线周期为6个时钟周期。为了提高通信的速度，ISA总线采用16位通信方式，即16位I/O方式。为了充分利用PC104的资源，应用PC104的系统总线扩展后对FPGA进行在线配置。正常工作时通过PC104总线与FPGA进行数据通信。FPGA与串行A/D及D/A器件的接口根据测试机系统设计要求，需要对测试电压及两通道参考电压进行自检，即A/D转换通道至少有3路。两路比较电路的参考电压由D/A输出，则系统的D/A通道要求有两通道。为了减少A/D及D/A的控制信号线数，选用串行A/D及D/A器件。综合性能、价格等因素，选用的A/D器件为TLC2543，D/A器件为TLV5618。TLV5618是TI公司带缓冲基准输入(高阻抗)的双路12位电压输出DAC，通过CMOS兼容的3线串行总线实现数字控制。器件接收16位命令字，产生两路D/A模拟输出。TLV5618只有单一I/O周期，由外部时钟SCLK决定，延续16个时钟周期，将命令字写入片内寄存器，完成后即进行D/A转换。TLV5618读入命令字是从CS的下降沿开始有效，从下一SCLK的下降沿开始读入数据，读入16位数据后即进入转换周期，直到下次出现CS的下降沿。其操作时序图如图2所示。TLC2543是TI公司的带串行控制和11个输入端的12位、开关电容逐次逼近型A/D转换器。片内转换器有高速、高精度和低噪音的特点。TLC2543工作过程分为两个周期：I/O周期和转换周期。I/O周期由外部时钟SCLK决定，延续8、12或16个时钟周期，同时进行两种操作:在SCLK上升沿以MSB方式输入8位数据到片内寄存器；在SCLK下降沿以MSB方式输出8、12、16位转换结果。转换周期在I/O周期的最后一个SCLK下降沿开始，直到EOC信号变高，指示转换完成。为了与TLV5618的I/O周期一致，采用了MSB方式，使用CS的16时钟传送的时序。其操作时序如图3所示。由于这两种器件都是SPI接口，可将这两器件连接至同一SPI总线，通过不同的片选信号对不同的器件操作。由于SPI接口协议复杂，而且从图3可以看出，这两种器件的时序并没有用到全部的SPI接口时序。为了实现符合以上逻辑的时序，减少标准SPI接口IP核对FPGA资源的浪费，设计采用Verilog硬件描述语言用同步状态机(FSM)的设计方法实现，编写ADC及DAC控制时序。程序实际上是一个嵌套的状态机，由主状态机和从状态机通过由控制线启动