AD板测试手册.docx
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AD板测试手册
工业A/D采集模块测试手册
内蒙古科技大学远程控制研究室
2009年11月2日
前言
由内蒙古科技大学远程控制研究室自行设计的工业A/D采集模块是一款集工业采集和现场通信为一体的电子应用模块。
它的主要功能是能够采集8路模拟信号，经过A/D转换后将转换结果存储在CPU中，并可以通过485总线将转换结果发送到其他模块。
本模块已经在热网远程监控系统中得到应用，运行稳定。
《A/D采集模块测试手册》主要是针对工业A/D采集模块在应用中出现的一些故障，比如不能正常采集数据、采集到得数据显示全部为0、采集数据显示全部满量程、采集数据值与实际值相比误差较大等等。
本手册将对以上各个故障逐一分析，并介绍如何检测各种故障产生的原因。
同时将根据产生故障的原因和实际中的一些维修经验，介绍各种故障的维修方法。
由于本手册主要是针对已经出现的一些故障进行介绍，原因分析、检测方法和维修方法大部分也是本人根据对A/D采集模块原理的了解和在实际操作中的一些经验得出的，所以手册中难免有一些错误和不足，恳请大家提出宝贵意见，以便进一步改进。
吴战国
2009年11月2日
A/D模块检测方法
一检测设备
示波器+5V直流电源8个可调电位器万用表
二检测环境
将8个电位器（模拟8路传感器）按顺序分别接在11，12……214（8个传感器信号出入）端子上，电路原理图如图0。
图0.电位器接线电路原理图
调节8个电位器，使其电位值固定，并且8个值按照一定规律排列，用示波器观察其波形应为图1所示。
图1.8个电位器输出信号
三检测步骤
1、在接通一块A/D板后，首先测试供电电压。
a、测试结果：
1）测值为+5V——正常，进行步骤2；
2）测值不是+5V——检查供电电源和电源线路；
b、原因分析：
A/D板采用+5V的直流电供电，电压太大会损坏板上器件；电压太低会导致测出的值有大的误差。
c、可能造成的错误现象：
电压太低，显示值偏低；电压太高，烧坏MAX4558，使显示值全部错误或者其中几路值太高。
2、检测MAX4558输入的电压值，一共8路，八个测点如下图所示
图2.步骤2测点
a、测试结果及处理方法：
1）各路测得的电压值与电位器输出的值一致——正常，进行步骤3；
2）测得的值与对应的电位器输出值不同——检测这一路中的精密电阻和连接线路，包括检查MAX4558的这一引脚的焊点是否虚接；
b、原因分析：
MAX4558的输入值就是电位器的输出值，如果二者不一致，则是二者中间的精密电阻有问题或者线路有问题。
（二者中间只加有一个精密电阻）
c、可能造成的错误现象：
显示值和实际的值不对应，8路信号中有对有错。
3、用示波器观察MAX4558的输出引脚上的输出信号。
即用示波器观察测点1的信号，如图3所示。
图3.步骤3测点
a、测试结果及处理方法：
1）波形与图1完全吻合——MAX4558输出正常，进行步骤4；
2）波形与图1不吻合——检查MAX4558输出引脚是否虚接；如未虚接则更换MAX4558损坏；
b、原因分析：
由于步骤2中已经测试了MAX4558的输入，MAX4558起到的作用仅仅是通道选择，在此过程中输入的值是不会发生改变的，在输入正常的情况下，输出值若有问题，则一定是MAX4558输出引脚虚接或者MAX4558已经损坏。
c、可能造成的错误现象：
MAX4558烧坏的情况下，导致的结果一般有以下几种：
显示值同时偏大；个别路的显示值偏大，而其他几路的显示值也不完全正确；个别路的显示值为0，其他路显示正常。
4、用示波器观察RA99两端的波形。
（图4）
RA99的值应该为5K，测点2的两个点分别是RA99的两端。
图4.步骤4测点
a、测试结果及处理方法：
1）RA99两端波形与图1完全吻合——进行步骤5；
2）RA99两端波形与图1不吻合——
检查MAX4558的输出到RA99左端的线路是否完好；②焊点是否虚接；③检测RA99是否为5K，如否，则更换RA99；
b、原因分析：
由于步骤3中已经测试了MAX4558的输出，而RA99的作用是限流，在它两端，各路的电压值不会发生改变，所以RA99两端的波形应该是一致的，并且和图1中的波形一致。
如果出现不一致的情况，只可能是中间的线路出现故障或者RA99损坏。
c、可能造成的错误现象：
各路信号的显示值明显错误。
5、用示波器观察运放（MCP6001）的输入输出波形。
（见图5）
测点3为MCP6001的输入引脚及引线过孔；测点4为MCP6001的输出引脚和引线过孔。
图5.步骤5测点
a、测试结果及处理方法：
1）测点3，4波形与图1完全吻合——进行步骤6；
2）测点3处的波形与图1不吻合——检查RA99的输出到测点3之间的线路（包括检查这两个焊点是否虚接）；
3）测点3的波形与图1完全吻合，测点4处的波形与图1不吻合——MCP6001损坏，更换MCP6001（检查焊盘）。
b、原因分析：
由于步骤4中已经测试了RA99的输出，而RA99的输出直接接到了测点3，即运放MCP6001的输入端，如果测点3的波形不对，原因只可能是这两点之间的线路有断点或者有虚接点。
而如果测点3的波形正常而测点4的波形有误，则基本可以判定是MCP6001损坏，因为运放MCP6001的作用是起跟随缓冲的作用，它主要的功能就是让输出跟随输入，所以他的输出和输入一定是相同的测点3，4的波形不同，即它的输出不跟随输入，所以可以判定是MCP6001损坏。
（同时也要检查一下电路板上的焊盘）
c、可能造成的错误现象：
各路信号的显示值和实际值不符；有个别路没有值或者和实际值偏差较大。
6、用示波器观察A/D芯片（MCP3221）的输入波形。
（见图6）
测点5为MCP3221的输入引脚和进输入引脚之前的过孔。
图6.步骤6测点
a、测试结果及处理方法：
1）测点5波形与图1完全吻合——进行步骤7；
2）测点5处的波形与图1不吻合——检查测点4到测点5之间的线路（包括检查这两个焊点是否虚接）；
b、原因分析：
由于步骤5中已经测试了运放MCP6001的输出，而MCP6001的输出直接接到了测点5，即A/D芯片MCP3221的输入端，如果测点5的波形不对，原因只可能是这两点之间的线路有断点或者有虚接点。
c、可能造成的错误现象：
各路信号的显示值全为0。
7、用示波器观察A/D芯片（MCP3221）的SCL引脚。
（见图7）
测点6为插针，它和AT89S52的P1.6脚直接相连，P1.6脚的输出就是MCP3221的SCL脉冲信号；测点7为MCP3221的SCL引脚和进SCL引脚之前的过孔；测点7和8为拨码开关连接SCL的引脚。
图7.步骤7测点
a、测试结果及处理方法：
1）测点7波形与测点6波形完全吻合——进行步骤8；
2）测点7波形与测点6波形不吻合——两个测点之间的线路出现断路，用万用表按3）中的步骤进行测试；
3）用万用表检查测点7与测点8，测点8与测点9，测点9与测点6之间的线路是否导通，正常情况下这些点之间都是导通的（详情请看原理图），如果其中有不导通的点，则检查不导通点之间的线路，并用焊接导线的方法使其导通；其中如果测点8与测点9之间不导通的话，首先检查拨码开关的各个拨针是否都拨到右边（电路板按图7所示摆放），如果是，则重新焊接拨码开关（卸下来重新往上焊接时，先检查拨码开关是否损坏）。
b、原因分析：
由于在前6个步骤中，我们已经测试了整个模拟信号的传输路线，并确定进入A/D转换芯片的模拟信号时正常的，所以此时的A/D板如果有问题（不包括显示全0的情况），则问题应该在A/D转换芯片的SCL和SDA上。
步骤7主要是针对SCL引脚进行测试。
图7中的各个测点正常情况下都是相互导通的，它们都和CPU的P1.6脚相连，而P1.6脚产生整个IIC总线所需要的时钟脉冲，所以我们必须保证测点7上有脉冲，否则MCP3221将不能正常工作。
c、可能造成的错误现象：
各路信号的显示值全为满量程。
8、用示波器观察A/D芯片（MCP3221）的SDA引脚。
（见图8）
测点10为插针，它和AT89S52的P1.7脚直接相连，P1.7脚的信号就是MCP3221的SDA的信号；测点11为MCP3221的SDA引脚；测点12和13为拨码开关连接SDA的引脚。
图8.步骤8测点
a、测试结果及处理方法：
1）测点11波形与测点10波形完全吻合——进行步骤9；
2）测点11波形与测点10波形不吻合——两个测点之间的线路出现断路，用万用表按3）中的步骤进行测试；
3）用万用表检查测点11与测点12，测点12与测点13，测点13与测点10之间的线路是否导通，正常情况下这些点之间都是导通的，如果其中有不导通的点，处理方法同步骤7中的3）。
b、原因分析：
图8中的各个测点正常情况下都是相互导通的，它们都和CPU的P1.7脚相连，而P1.7脚的功能是CPU向MCP3221写命令和读取转换结果。
如果MCP3221没有接受到CPU得命令，即测点11和CPU的P1.7脚不导通，那么测点11一直处于高电平，而CPU根本读不回采集到得数值。
c、可能造成的错误现象：
各路信号的显示值全为满量程。
9、用示波器观察MAX485芯片。
（图9）
测点14为MAX485的RO，DI引脚，它们直接和CPU的TXD和RXD相连；测点15是MAX485的A，B两个引脚。
图9.步骤9测点
a、测试结果及处理方法：
1）测点14波形与指示灯的闪烁情况吻合，测点15有传输信号——正常；
2）测点14波形与指示灯的闪烁情况不吻合——测点14与CPU引脚之间的线路出现断路，用万用表找出断点；
3）测点15的信号无变化，即没有传输信号——MAX485损坏，更换MAX485
b、原因分析：
模块上的通信部分采用了MAX485芯片进行电平转换，测点14中的两个引脚和CPU上的相关引脚直接相连，并用两个指示灯的闪烁情况将其体现出来；测点15的两个引脚用来接其他模块的通信信号线。
如果模块的通信部分出现问题，测主要检查与MAX485相关的器件（详情见原理图）。
c、可能造成的错误现象：
各路信号的显示值全为0；CPU不初始化，485信号灯不闪烁。
10、检查维修通信指示灯。
（见图10）
步骤10主要是针对通信指示灯不正常的情况下，对其进行检测和维修。
图10.步骤10测点
a、测试方法：
用万用表检查测点14的两个引脚和测点16中的两个引脚之间是否各自导通；测点17的两个引脚和测点18中的两个点之间是否各自导通。
1）如果不导通，则检查不导通点之间的线路和各个不导通之间的焊点；
2）如果导通，检查74HC04D是否虚焊；如果否，则更换74HC04D芯片。
b、原因分析：
通信指示灯是通过两个指示灯直接通过74HC04D芯片接在CPU的TXD，RXD两个引脚上的，他和MAX485的RO，DI也是通过74HC04D芯片连在一起的（详情见原理图），所以在保证两片LED正常，电阻RL1和RL2的阻值为1K的情况下，如果通信指示灯不闪烁，则问题应该在74HC04D和线路上。
11、检查维修MAX45598丢通道现象。
（见图12）
步骤11主要是针对确定MAX4558没有损坏，输入正常但是输出波形不对的情况下（典型的错误波形如图11所示），对其进行检测和维修。
图11MAX4558的选择引脚C失效时的波形
图12.步骤11测点
a、测试方法：
在类似情况下，我们可以由波形的规律，即对丢失的各路进行分析后，对MAX4558的通道选择引脚A,B,C进行检查，即测试CPU相关引脚与其对应的选择引脚是否导通。
1）如果不导通，则检查不导通点之间的线路和各个不导通之间的焊点；
2）如果导通，检查CPU插槽是否有插针与CPU引脚不接触。
b、原因分析：
如果在MAX4558正常的情况下，出现丢失个别通道的话，那可能是CPU对MAX4558进行通道选择时出错，在确定软件不会又问题的情况下，只能是针对硬件上的线路找原因。
MAX4558通道选择情况如表1所示。
表1MAX4558通道选择对应表
C
B
A
对应通道
C
B
A
对应通道
0
0
0
0
1
0
0
4
0
0
1
1
1
0
1
5
0
1
0
2
1
1
0
6
0
1
1
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1
1
1
7
升级会员 