單片機實現PCB探測系統 - 全文

　　1 引言

　　在進行PCB反設計時，需要首先對電路板進行探測，得出所有元器件管腳之間的連接關系;接著再利用相應的軟件對探測結果進行分析處理，最終還原出PCB的原理圖。假設電路板上有

　　次。由于大規模PCB上器件管腳眾多，因此完全依靠手工探測不僅效率低下，而且極易出錯。

??????? 為了提高PCB探測的效率和準確性，本文提出了一種基于EZ-USB 2100系列單片機的PCB探測系統的設計與實現方案。該系統有個探測頭，分別連接到電路板的個器件管腳上。在單片機的控制下，系統自動的探測這個管腳間的連接關系;然后，系統依據探測選擇算法，選取下一組個管腳進行探測，依此循環，直到所有的個器件管腳均探測完畢。采用EZ-USB 2100系列單片機進行開發，不僅易于實現探測設備和主機之間的高速通信，而且還為探測設備的功能擴展帶來了極大的便利。下文將首先分析EZ-USB 2100系列單片機的特點和技術優勢，然后給出基于該類型單片機的PCB探測系統的設計與實現方案。

　　2 EZ-USB 2100系列單片機的特點

　　EZ-USB 2100系列單片機由Cypress公司開發，片內集成了符合USB 1.1版規范的USB控制器和一個增強的8051內核。增強的8051內核運行速度為24MHz，并且一個總線周期中包含有4個時鐘周期，而標準8051 則包含12個時鐘周期。除了增強的8051內核，與傳統的8051單片機相比，EZ-USB 2100系列單片機還具有兩大優勢技術：1)通過USB總線實現與主機的高速數據傳輸;2)固件重配置功能。這兩項技術為應用開發提供了極大的方便性和靈活性，下面將具體分析在實際的開發過程中如何使用這兩項技術。

　　2.1 EZ-USB 2100系列單片機與主機的通信

　　EZ-USB 2100系列單片機內集成的USB控制器符合USB1.1版規范，可支持12Mbps高速數據傳輸。主機上的應用程序通過EZ-USB設備驅動程序和 EZ-USB單片機進行通信。Cypress提供了一個通用的設備驅動程序，用戶可以直接利用該通用設備驅動程序與EZ-USB單片機進行通信。

　　首先，主機需要裝載該通用設備驅動程序。第一次使用某USB設備時可能需要手工安裝其驅動程序;此后，Windows會保存在注冊表中的相關信息，自動定位設備驅動程序。

　　在裝載了通用設備驅動程序之后，應用程序首先通過調用Win32 API函數CreateFile()來取得訪問設備驅動程序的句柄：

　　HANDLE DeviceHandle;

　　DeviceHandle = CreateFile (“\\.\ezusb-0”, GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL );

　　然后，應用程序為CreateFile()函數返回的設備句柄設置I/O緩沖區，并通過調用Win32 API函數DeviceIoControl()來完成設備的讀、寫等操作：

　　PVOID pvBuffer = NULL;

　　DWORD nBytes = 0;

　　PvBuffer = malloc (sizeof (Usb_Device_Descriptor ));

　　BResult = DeviceIoControl ( DeviceHandle, //已經打開的設備句柄

　　IOCTL_EZUSB_GET_DEVICE_DESCRIPTOR, //IO控制碼

　　NULL, 0, pvBuffer, sizeof (Usb_Device_Descriptor),

　　&nBytes, NULL);

　　對EZ-USB外設的操作是通過向DeviceIoControl函數傳遞相應的控制碼實現的。例如，要完成數據的塊讀(bulk read)和塊寫(bulk write)操作，可以分別向該函數傳遞IOCTL_EZUSB_BULK_READ 和IOCTL_EZUSB_BULK_WRITE控制碼。

　　2.2 EZ-USB 2100系列單片機的固件重配置功能

　　一個單片機系統的硬件電路設計完成之后，該單片機系統的特性和功能還可以通過更改單片機的軟件程序(即：固件)來加以改變。利用ROM來存儲固件則無法更改;而利用EPROM來存儲固件則會受到擦寫次數和成本的限制。而EZ-USB系列單片機片內集成的外部RAM可用于裝載固件，當設備與主機連接時，固件從主機裝載到RAM里執行，裝載不同的固件設備就呈現出不同的特性，從而達到軟配置目的。

　　3 EZ-USB 2100系列單片機在開發PCB探測系統中的應用

　　3.1硬件電路設計

　　系統的硬件電路結構圖如圖1所示。k 個探測頭連接到由多個模擬開關組成的模擬開關

　　3.2 系統功能擴充

　　正如本文2.2節說明的，可以利用EZ-USB的重配置功能，對固件程序進行修改，以使得系統獲得新的功能。在開發PCB探測系統的過程中，我們發現需要對電路板上的電阻、電容和電感這些雙腳器件的取值進行測量。由于大規模電路板上這類器件數量龐大，手工采用萬用表或邏輯分析儀進行測量是一件非常繁瑣的工作。而利用EZ-USB的重配置功能則可以解決這一問題。采用與3.1節同樣的硬件電路，筆者另外設計了一套固件程序，用于電路板上電阻、電容和電感的類型判別及取值測定。