PCBASE控制电路与连接器测试系统

257PCBASE控制電路與連接器測試系統組員：蔡英俊、蕭士閔、姚重褀、曹今馨、張芸珮德霖技術學院機械工程系夜二技在職專班095A指導老師：諶其騮老師摘要當我們處理電源或信號源時，了解其內阻甚為重要。由於內阻造成之壓降，我們實際可獲得之電壓可能較開路時為低。因此需要透過測量以了解電壓源之內阻，以正確預估不同負載下可獲得之工作電壓。以甲醇燃料電池為例，在它的活化啟動程序中就需要測量燃料電池之內阻。本專題使用已知負載電壓降來推算內阻的方法，利用單晶片量取開路電壓及負載電壓，藉已知之負載電阻，算出電壓源之內阻，並透過七段顯示器顯示測值。本專題成品之功能、準度及價位適於中等學校教學實驗及學生專題、科學專題研究活動。致謝感謝指導老師及任課老師的指導，提供我們一些資訊，讓我們的作品更加完美。一、前言目前在工業上使用自動化量測，大多是利用RS-232做傳輸[1]，在數據擷取的應用上，或許足以使用，但是運用在機構的控制上，由於傳輸速度較慢，一次僅有一個BIT的傳送[2]，所以並不適用於自動化機構，尤其對於操作人員安全的考量上，如機器對人員可能會造成傷害時必須緊急停機，一旦由電腦下達命令時，先確定電腦與裝置的連線，再互相傳遞資料，等到電腦接收完畢，再發出讓機器緊急停止運作，這時候可能會有人員發生意外。所以本專題選用PRINTPORT為控制，每次傳輸8BIT的資料，適用於高速的傳輸[3]，僅使用PC基本傳輸PrintPort(LPT)配合8255I/OCard轉換成多工輸出，即能簡單又可靠提供多項控制傳輸模式，同時解決不同設備之間互動控制[4]。二、製作動機與發展現況本專題應用上是針對電子連結器的廠商設計，由於市場上的3C產品不斷地推陳出新，所以廠商不斷地設計各種連接器來運用，如CPU用的ZIF370、PGA478、479，PC及週邊裝置的USB，RAM的插槽從早期的DIMM144P、DIMM168，至目前的DDR200，知名的大廠如鴻海、AMP、華碩…。這些廠商在生產連接器產品時，大多是以人工的方式將金屬端子插入塑膠座內，當然也有人以自動化機器來達成，最後必須對產品做驗証，判別產品的好壞，簡單的方式是以三用電表量測端子兩端是否導通，但是講求效率的生產線上是不會這樣使用的。所以我們將製作一個可夾持待測物的機構(如圖1所示)，來做實際的驗証，並於每一接腳以線路連接至PC，由PC讀取各I/O點的連接情形，以判斷待測物是否為良品。258圖1基本架構圖圖2實體架構照片三、並列埠通信協定3-1PRINTPORT腳位PRINTPORT的接腳採用open-collector或open-drain設計[5]，在信號號未動作之前，以高電位呈現。3-2.PRINTPORT的InterfaceRegistersPrintport由三個不同功能的Register來分工合作[6]，1.資料暫存器(DataRegister):共有8個位元，是資料進出必經之處，在硬體設計上沒有硬體反向，而且都接到Printport的DB-25接腳。此位址是Printport的基本位址，例如:LPT1為378H。2.狀態暫存器(StatusRegister):共有8個位元，該暫存器的內容只能讀取不能寫入。實質上只有5個狀態位元接至DB-25接腳，它們是用來指示PRINTER的使用狀態，在這裏被規劃為輸入用。S0(Timeout):時間過時指示，當資料在傳輸時發生逾時狀況時，該位元從邏輯0轉態為邏輯1。S3(nError):印表機發生錯誤時，該位元從邏輯1轉態為邏輯0。S4(nSelectIn):印表機電源打開並且備妥連線時，該位元的邏輯為1。S5(PaperEnd):印表機缺紙時，該位元的邏輯為1。S6(nACK):印表機將此線的邏輯設定為0，向主控端的個人電腦表示”傳送過來的資料已完成接收”。S7(Busy):當印表機處於忙碌狀態時，該位元邏輯被設定為1。3.控制暫存器(ControlRegister):共有8個位元，該暫存器的存取動作剛好與狀態暫存器相反，只能寫入資料不能讀取資料。實質上它只有四個位元被接到Printport的DB-25接腳。在本專題中我們將上面所述的三個暫存器進行資料輸出/輸入存取的動作，每一個PrintPortRegister的功能規劃如下:1.資料暫存器用來存放欲傳送的資料或已接收到的資料。2.控制暫存器用來設定資料的傳輸方向是對外輸出或對內輸入。3.狀態暫存器用來檢查外界的通信狀態結果。四、8255可程式IO原理4-1PRINTER8255卡我們用電腦寫程式並透過PrinterPort輸出輸入訊號以達到控制外界硬體的作用，因此以下我們來介紹Printer8255卡的各部分︰圖3中我們可以看到最大兩顆晶片就是8255單晶片，剩下左邊三顆就小的由上而下分別為，Latch(74LS373)、3-to-8linedecoder(74LS138)、解碼器(74HC14)，其各個用途如下︰8255單晶片︰259由圖4中我們可以看到接腳分為6個部分，分別為左上角D0~D7的資料部份、右邊三個(PA、PB、PC)讀取寫入部分、左邊中間A0、A1選擇PA、PB或PC的選擇部分、左下是在選好PA或PB、PC後決定要讓其讀取或是寫入的決定部分、其實晶片內部還內嵌了一個暫存器沒有在圖上標示出來。圖3Printer8255卡圖48255腳位圖4-2步進馬達控制器可將Printer8255卡配合步進馬達控制器(如圖5)作步進馬達控制。步進馬達控制器可以控制12V~24V步進馬達的正轉或反轉。規格:PIN1:Low=正轉/Hi=反轉PIN2:方波輸入PIN3:HI=自轉/LOW=方波輸入運轉PIN4:HI=STOP/LOW=RUNPIN5~6可自由規劃A:BipolarsteppingmotordriverB:輸出至馬達最大電流Imax≦2AC:輸出至馬達最大電壓Vmax≦40V圖5步進馬達線路連接圖外觀:圖6驅動器外觀圖7驅動器實體外觀260五、製作原理5-1機構動作圖8夾持機構的不等角視圖如圖9中所示，將待測物D-SUB9PIN，放入圖中的位置，目前選定的待測物，在一般的電腦上都可看得到，有的是RS-232接頭，也有的是滑鼠或數據機的接頭，目前仍然有工廠在生產這樣的產品，而且各電子零件行也都買得到，當然，如果要改用其他的待測物，那麼圖中的夾持部份機構及探針型式都可能要更改。圖9放置待測物此時的狀態，探針還未接觸到待測物的兩端(圖10)。圖10測試前探針接觸當按下開始鍵之後，馬達帶動螺桿機構，使上部機構向下運動下半部壓板有彈簧，目的是要測試結束後，使壓板彈開，讓探針與待測物無接觸，我們一般稱此為脫模機構。下圖的狀態是上半部的壓板和下半部的壓板接觸，此時探針和待測物的兩端尚未接觸，但待測物已被圖中的機構夾住(圖11)。圖11測試中探針接觸圖12顯示的是，運動機構由上向下走到了終點，此時待測物的兩端與探針接觸，而每一支探針的線路接到8255卡的I/OPORT，由電腦的程式開始測試。261圖12探針完全接觸待測物測試結束之後，馬達反轉螺桿，使上半部機構向上移動，下壓板被彈簧彈開，待測物與探針無任何接觸(圖13)，判斷結果在電腦上顯示，此時可以拿出待測物，再準備下一次的測試。圖13機構動作完成5-2測試原理如表1之線路，由第一顆8255的APORT第一隻腳輸出HI電位，第二顆8255的A埠與B埠接收，第一次得到的結果應為0000000000000001，16進制應為0001H，第二次由第一顆8255APORT第二隻腳輸出HI電位，接收的結果應為0000000000000010，16進制為0002H，若待測物的此腳位缺PIN，得到的結果為0000000000000000，若待測物的第一隻腳與第二隻腳呈現短路狀態，則第一次與第二次的接收結果皆為0000000000000011，依此類推，直到將所有腳位掃描完畢。本專題中的硬體為2顆8255，最多可測試14PIN的待測物(每個PORT測7PIN)，當待測物的腳位大於14PIN時，可擴充8255的數量，當然硬體電路必須修改，並以74LS138來解碼(參考8255可程式控制原理)，或是以74LS164及74LS165串入並出的方式來掃描。動作流程圖:表1測試I/O點的線路262圖14機構實體照片圖15上遮斷開關圖16下遮斷開關圖17外部按鍵開關必須同時按下機構左右兩側的啟動鍵，程序才會啟動。六、軟體設計本專題使用LABVIEW7.0的版本來設計，是因為LABVIEW為圖控程式，介面比較人性化，使我們不需花費太多時間學習即可在短時間內完成[8]。另一方面，在程式範例中，原廠已經有ActiveX的套件可以使用，大大地縮短了開發程式的時間。6-1控制面板圖18控制面板歸零:按下此鍵，會將三個計數器-測試總數、良品數、不良品及暫存表格歸零。測試:按下此鍵，會由第一顆8255輪流輸出HI電位，第二顆8255接收並分析資料。上:按此鍵時，機構向上，但碰到遮斷開關上A時，則停止向上的程序。下:按此鍵時，機構向上，但碰到遮斷開關上A時，則停止向上的程序。停止:在上或下的程序進行中，按下此鍵，263則動作停止。A埠輸出值:第一顆8255之APORT的輸出即時資料，以二進位方式顯示。B埠輸出值:第一顆8255之BPORT的輸出即時資料，以二進位方式顯示。標準參考值:良品的規範，以16進位數字顯示，每次測試時，接收的資料與標準參考值比對，相同的為良品，不同的即為不良品。實際讀取值:由第二顆8255之APORT、BPORT接收的資料值。PASS:若判斷為良品，則亮綠燈。NG:若判斷為不良品，則亮紅燈。外部輸入:第二顆8255之CPORT的掃描即時值。統計表:按下此鍵時，將暫存表格的資料製作成EXCEL報表。6-2基本輸出/入在使用85255之前必須先將其初始化，確定為使用模式0、模式1或模式2的方式，各PORT為輸出或輸入，在此將第一顆8255的APORT和BPORT設為I/O點的電位輸出，接線在上針盤的位置，CPORT輸出至馬達控制器，第二顆8255設為輸入，APORT、BPORT接線在下針盤，以接收來自於第一顆8255的信號，CPORT接收機構上的啟動鍵、停止鍵及遮斷開關的信號。程式執行開始時，開機初始值為FALSE，所以依順序執行圖26中FALSE內的程式。如圖11所示，將第二顆8255的控制字組設為9BH，即第二顆8255為輸入。此時開機初始值經過反向器，變成TURE，故執行下方8255IN的SUBVI，當控制字組為32H時，即為讀取第二顆8255的CPORT。圖198255_2規劃圖208255_1的規劃如圖20所示，將第一顆8255的控制字組設為80H，即第一顆8255為輸出。圖21讀取外部輸入值264圖22外部輸入值分析分解外部輸入值的資料，CPORT的第7PIN為外部的啟動鍵，第6PIN為停止鍵，第5PIN為遮斷開關上A，第3PIN為遮斷開關下A，第2PIN為遮斷開關下B。6-3馬達控制圖23馬達控制_1馬達驅動器的操作步驟:1.設定正反轉2.設定自轉或方波輸入單步執行3.啟動脈波如圖23所示，馬達帶動機構向上時，於第一顆8255的CPORT輸出00001001，由LSB的第二個0為正轉，第三個0為啟始脈波，當狀態由0變為1時才會動作，第4位的1為設定自轉，必須要收到啟始脈波時，動作才會開始。在機構向下的程序中，輸出的是00001011與向上程序不同的是LSB的第二位，輸出1時代表反轉馬達。圖24馬達控制_2圖24中輸出啟始脈波，馬達依照圖24中的設定運行。只要按下面板的上按鍵或測試PASS時，機構便會向上，但是到達上A遮斷開關時，向上的動作停止。只要按下面板的下按鍵時，機構便會向下，但是到達下B遮斷開關時，向下的動作便會停止。圖25馬達停止圖25為馬達停止的程序，在第一顆8255的CPORT全部停止輸出，馬達即停止。停止的時機為，按下控制面板的停止鍵、上A遮斷開關或下B遮斷開關的行程時或是按下機構上的停止鍵時。6-4測試判別當按下控制面板的測試鍵，或