V12绘图仪主逻辑板常见故障分析

1、v12 绘图仪主逻辑板常见故障分析3代伟明黄栋陈实王晓云( 江苏石油勘探局地球物理勘探处 , 江苏扬州 225007)摘要代伟明 , 黄栋 , 陈实 , 王晓云 . v12 绘图仪主逻辑板常见故障分析 . 物探装备 , 2009 , 19( 5) : 311315 , 318v12 绘图仪是目前地震勘探仪器最常用的辅助绘图设备之一 ,也是野外施工现场重要的质量监控设备 。本文对该设备主逻辑板电路进行了较为详尽地分析 ,列举了电路常见故障并给出了相应的故障排除方法 ,具有很强的 实用性和可操作性 。关键词 v12 绘图仪 主逻辑板 故障分析abstractda i weiming , huang

2、 dong , chen shi and wang xiaoyun . the common trouble shooting f or the ma in logic circuit ofv12 plotter. egp , 2009 , 19( 5) : 311315 , 318de signed by is g( imaging systems gro up inc . ) , t he v12 plo t ter i s o ne of t he mo st co mmo nly used a uxiliar y plo t equip ment s in t he p re sent

3、 sei smic explo ratio n a nd al so i s a n impo rta nt o n2site q c equip ment . af t er a mo re de2 tailed a nalysi s o n t he main lo gic circuit of t hi s device , t he p ap er li sted so me co mmo n circuit f a ult s and t he co r re2 spo nding t ro uble shoo ting. then p ractical sol utio ns ar

4、e p ropo sed.key words v12 plo t ter , main lo gic , t ro uble shoo tingv12 绘图仪是加拿大 is g 公司生产的热敏绘图仪 ,因其体积小 、重量轻 、绘图速度快 、接口形式多 样 ,已成为目前市场采集仪器中标配的主力辅助绘 图设备 。随着设备使用时间的延长 , v12 绘图仪的 故障率也逐渐增高 ,尤其是其主逻辑板上的内部数 据通道和指令通道电路 。由于厂家不提供详细的电 路图 , 更不提供电路分析 ,给检修工作带来了一定 的难度 。笔者结合实际的维修经验 ,对该电路进行 了较详细的原理分析 ,并就常见的故障给出了相应

5、的故障排除方法 ,以供同行参考 。态控制 、数 据 的 收 发 和 绘 图 。它 主 要 由 集 成 电 路u 8 、u 11 、u 12 、u 14 和 u 17 组成 。u 8 ( p ic16c74b) 是一个 8 位 cmo s 微控制芯 片 ,该芯片包含有精简指令集的 c pu , 4 k 14 条语1主逻辑板控制部分电路原理v12 绘图仪主逻辑板电路的基本方框图见图 1所示 。1 . 1中央控制及解码单元该部分是绘图仪的中枢 ,负责绘图仪的自检 、状图 1 v12 绘图仪主逻辑板电路原理框图3代伟明 ,男 ,1972 年出生 ,高级工程师 。1993 年毕业于江汉石油学院电子仪器及

6、测量技术专业 ,现主要从事地震仪器的维修与现场技术支持工作 。句的程序存储器 , 192 8 字节的 ra m 和内置的 8位多通道 a/ d 转换器 。u 17 ( ad8400) 是一个单通 道数字电位计 ,它由 u 8 发出的串行指令控制 ,其 1 脚和 8 脚之间的电阻可在 1 , 10 , 50 , 100 k 四种阻 值之间切换 。u 12 ( c y27 c256) 是一个 32 k 8 字节 的 cmo s 可 擦 除 ep ro m , 用 于 存 储 指 令 程 序 。 u11 和 u14 均为可擦除 、可编程的逻辑器件 epld , 型 号 为 epm7128 e。这 两

7、 块 epm7128 e 与 处 理 器p ic16c74b 组 合 , 通 过 调 用 c y27c256 中 的 程 序 ,可完成一系列的控制功能 。1 . 2数据接口单元这部分电路主要包括 t tl 接口和差分接口 。其 中 ,j 15 跳线用于两者的转换 。由于这部分电路有关 文章已经作了详细介绍 2 ,在这里只做补充说明 。1 . 2 . 1差分接口差分接口主要包括 u 2 u 5 ,均为 d s26l s32 。 其中 u 2 和 u 3 ,u 4 和 u 5 分别组成 8 位的数据和指 令并行端口 。其 3 ,5 ,11 ,13 脚为输出端 。器系统 。1 . 3数据缓冲及存储单

8、元数据缓冲及存储单元电路主要由 u 9 和 u 15 组 成 ,见图 3 所示 。u 9 ( c y7 c460a ) 是一个 8 k 9 字 节的高速 同步 f ifo , 兼容 t tl 数 据格 式 , 具 有 3 态输出 。u 15 ( c y7 c199 c) 是一个 32 k 8 字节的高速静态 ra m ,兼容 t tl 数据输入和输出 。图 3 数据缓冲及存储单元集成电路引脚定义图1 . 2 . 2t tl 接口1 . 4马达驱动与管理单元马达驱动管理单元主要由 u 19 、u 20 和 u 21 组 成 。其 中 , u 19 ( nj u 39610d2 ) 是 一 个 带

9、 有 双 路 da c 的微 步 进 马 达 控 制 器 , 它 常 常 和 nj m3770a 或 nj m3771 协 同 工 作 , 驱 动 马 达 步 进 。u 20 和 u 21 均为 nj m3770a ,是步进马达控制器 。通常由 两块 nj m3770a 和少量的元件组成一个完整的双 相步进马达控制系统 。典型的步进马达控制电路如 图 4 所示 。v12 正是采用了图 4 所示的两极双 相 步进 马 达 ,马达每旋转一周为 200 个步长 , 每个步长为 32 级子台阶 ,马达可细分为 6400 台阶/ 周 。1 . 5相关外围电路1 . 5 . 1绘图仪参数设置存储单元 可通

10、过控制面板对绘图仪进行参数设置和修改 ,所有相关参数均存储在 u 10 ( 24l c02b ) 中 。该 集成 块 是 一 个 2 k 字 节 串 行 e ep ro m , 允 许 大 于100 万次的擦写 。1 . 5 . 2绘图数据指示驱动如图 5 所示 u 18 ( m m74 h c123b1) 是一个双路 可重复触发单稳态触发器 ,在电路中仅用了其中的 第一路 。当绘图仪接收到数据 ,并进行绘图时 ,其 2脚为高电平 ,相应 13 脚输出高电平至 j 3 ,da ta 指t tl 接 口主 要由 u 6 和 u 7 ( sn74al s541n )两个 8 通道缓冲/ 线路驱动器

11、组成 ,分别为 8 位并行 指令和数据端口 。其 1811 脚为输出端 。通过测 量得知差分接口和 t tl 接口的输出端连接 ,如图 2 所示 。从图 2 可知 ,不论采用哪一个数据接口 ,数据 和指令最终都分别传入了相同的总线 。图 2 差分和 t tl 接口输出管脚连接图1 . 2 . 3接口驱动差分接口的驱动由 u 1 ( d s26l s31 ) 实现 。u 1 是一个四通道高速差分驱动器 ,在中央控制单元的 控制下 ,负责将数据和指令发送至相应的总线 ,并将1 . 5 . 3数据发送及指令控制它主要由 u 13 ( m m74 h c244n) 组成 ,是一个 8 通道高速三态缓冲

12、器 ,分为两组 ,每组由一个使能信 号控制 。测试得知 ,u 13 的 3 脚为 24v sd 信号 ,当 绘图仪在开机状态下 ,等待 20 s 左右 , u 11 的 15 脚 (连接到 u 13 的 17 脚) 由 3 .5v 变为 0 ,导致 24v sd 信号由 5v 变为 0 ,绘图仪进入睡眠状态 ,屏幕显示 “sleepi ng”。u 13 的 5 脚和 9 脚分别连接到 u 1 的 1 脚和 7 脚 ,用于反馈和控制差分数据的接收 。7 脚 连接到 j 1 ( t tl 数据接口) 的 4 脚 , 用于反馈 t tl 数据的接收 。u 13 的 12 、14 、16 、18 脚则

13、连接到 j 4 (热敏打印头数据接口) ,负责将仪器发来的并行数据以串行方式发送到热敏打印头 。见图 6 所示 。2 常见故障的分析与排除2 . 1故障一2 . 1 . 1故障现象v12 绘 图 仪 开 机 之 后 没 有 任 何 显 示 , 但 o n l in e 指示灯亮 ,仪器发送绘图指令后 ,绘图仪仍不 出图 ,仅轻微走纸 。2 . 1 . 2故障分析与排除这种现象较为常见 ,可按一下 o n/ o f f l in e 轻触式开关 ,o n l in e 指示灯熄灭 。按压向下指示 键 ,检查绘图仪走纸状况 ,发现仅能轻微走纸 。打开 绘图仪后盖 ,接通电源 ,首先用万用表分别检查

14、主逻 辑板 j 13 测 试 点 1 2 之 间 的 + 5v 电 压 和 u 16 ( m c7812c t) 的 1 2 脚输 入 + 24v 电 压 , 工作 正 常 ,排除了电源故障 。用换板的方法可快速确定故障在主逻辑板 。图 4典型的双相步进马达控制电路图图 5mm74 hc123b1 ( u18) 引脚定义图图 6 数据发送及指令控制相关元件引脚定义图在开机状态下 ,用万用表逐点检查 u 9 的静态电压 ,与工作正常的电压作比较 ,得到测试结果如表1 所示 。由表 1 可知 , f ifo 的 2 脚电压不正常 ,通 电 30 s 左右 ,明显感觉到该集成块已经开始发烫 ,而正常

15、工作时其静态功耗应该只有 0 .04 w 、最大功耗为 0 .3 w ,说 明该 集成 块 工作 不正 常 。在 断 电状 态 下 ,检测其 2 脚对地静态电阻 ,仅为 10 左右 ,而正 常时为 1 .2 k。表 1fifo 各管脚直流电压测试结果u 9 直接焊接 在 电路 板上 , 取 下来 不 容易 。为了确保故障点判断准确 ,首先用微型斜口钳断开 u 928 脚与电路的连接 ,然后打开电源 ,发现屏幕已能 正常显示 ,开机自检时绘图仪也能自动走纸 、并能正 确地绘制测试图形 。于是 ,更换 u 9 ,将绘图仪与仪 器联机测试 ,能够正常绘图 ,表明故障已经排除 。2 . 2 故障二2

16、. 2 . 1 故障现象v12 绘图仪开机没有任何显示 。2 . 2 . 2 故障分析与排除打开电源 ,绘图仪没有任何反应 ,首先要从电源 排查入手 。用简单的更换主板的方法可以确定故障 在主逻辑板 。由于电源和其它部分如显示 、热敏头 和步进马达等都工作正常 ,因此可以断定 ,故障应出 现 在 中 央 控 制 及 解 码 单 元 。首 先 判 断 u 8 、u 11 、u 12 、u 14 各集 成块 的 好坏 , 这 些元 件都 是 可 拔 插解码单元的电路连线进行对比 测量 , 最 终找 到 u 8的 34 脚与 u 12 的 12 脚 、j 3 的 1 脚之间的连线断线 了 ,焊接后

17、,绘图仪即恢复工作正常 。2 . 3故障三2 . 3 . 1故障现象v12 绘图仪绘出的图形为空白 。2 . 3 . 2故障分析与排除绘图出现乱码 ,表明发送给热敏头的数据本身 不正常 ,或者马达步进电路存在故障 。从前面的电路原理分析中可以看出 ,中央控制单元 、数据接收 、存储 、发送 、马达控制等电路都可能造成数据紊乱 。首先在脱机状态下绘制测试图 ,如果测试图正 常 ,表明中央控制单 元 、马 达控 制和 数据 发 送单 元 ( u 13) 没有问题 。早期生产的主逻 辑板 u 13 没 有 直接焊接在电路板上 ,便于插拔 ,更换方便 。后期的主逻辑板直接焊接到电路板上了 ,给故障判断

18、与维器件管脚 序号管脚 定义正常静态 电压 ( v)实测静态 电压 ( v)器件管脚 序号管脚 定义正常静态 电压 ( v)实测静态 电压 ( v)1w3 .543 .5415r3 .533 .532d84 .94016q4003d30017q5004d20018q6005d10019q7006d00020xo3 .93 .67xi0021ef008f f3 .93 .622m r3 .533 .539q00023fl4 .954 .9510q10024d70011q20025d60012q30026d50013q80027d40014gnd0028v cc4 .954 .95可插拔 ,因此

19、,该部分故障判断也较为方便 。关键的问题还是在于数据缓冲与存储部分 。对 u 15 数据 存储器进行静态电压和电阻对比检测 ,检测结果如表 2 所示 。从表 2 可见 ,该静态存储器的地址总线异常 ,更 换静态存储器后 ,绘图仪恢复正常 。表 2cy7c199c 各管脚静态测试结果2 . 4 故障四2 . 4 . 1 故障现象v12 绘图仪能正常工作 ,但数据指示灯常亮 。2 . 4 . 2 故障分析与排除无论绘图仪是否在绘图 ,数据指示灯常亮 ,表明 数据状态驱动电路存在问题 。而数据状态驱动电路 是由 u 18 触发器构成的 ,其 1 ,2 ,3 脚为输入 ,13 脚 为输出 。当绘图仪接

20、收到数据 ,并进行绘图时 , u 182 脚为高电平 ,相应 13 脚也输出高电平 。实际测试 却发现 ,不论 2 脚电位变化与否 ,其 13 脚始终输出 高电平 。更换 u 18 后 ,绘图仪恢复正常 。2 . 5 故障五2 . 5 . 1 故障现象v12 绘图仪开机后即进入睡眠状态 ,仪器或键 盘无法将其唤醒 。2 . 5 . 2 故障分析与排除很显然 ,从前面的原理分析中可见 ,绘图仪工作或进入睡眠状态主要由 u 11 的 15 脚 ( 连接到 u 13的 17 脚) 控制 。u 13 的 3 脚为 24v sd 信号 ,当其 处于高电平时 ,绘图仪处于工作状态 ; 低电平时 ,绘 图仪

21、进入睡眠状态 。实际检测中发现 ,无论 u 13 的17 脚是 3 .5v 还是 0 ,其 3 脚始终为 0 ,表明该器件存在故障 。更换 u 13 后 ,绘图仪恢复正常 。结束语3v12 绘图仪的接口形式多样 ,如与 428 xl 仪器联接采用 8 芯网络接口 ,内置转换卡连接到 t tl 端 口 ,与 408 ul 仪器则采用 37 芯的 v p i 接口 , 直接 连接到差分端口 ;与 a rie s 仪器采用普通 l p t 并行 口 ,内置转换卡 连接 到 t tl 端口 。与其 它 绘图 仪 相比具有明显的优点使得该绘图仪得到了广泛的使 用 。使用时 , 其内置参数的设置也很重要

22、, 比如 ,目(下转第 318 页)器件 管脚 序号正常静 态电压 ( v)实测静 态电压 ( v)正常静 态电阻 ( m)实测静 态电阻 ( m)器件 管脚 序号正常静 态电压 ( v)实测静 态电压 ( v)正常静 态电阻 ( m)实测静 态电阻 ( m)1006 .546 .5415000 .010 .0123 .533 .496 .546 .5416000 .010 .013006 .546 .5417000 .010 .014006 .546 .5418000 .010 .015006 .546 .5419000 .010 .016006 .546 .54203 .533 .4922

23、2273 .5306 .540 .02821006 .56 .583 .533 .496 .546 .5422006 .56 .593 .530222 .323006 .56 .5103 .530222 .324006 .56 .511000 .010 .0125006 .56 .512000 .010 .0126006 .56 .513000 .010 .01273 .533 .496 .56 .514000 .010 .01284 .954 .950 .00020 .0002cg001 提示符 ;(2) 在 vsmlcg001窗口 。(6) 由于主要是对 408 ul 交叉站和电源站进 行

24、升降级 ,所以只需在 l i ne 窗口中点击 l i ne2o n 按 钮 ,并打到数字挡分别检查它们当前软件版本是否 升级为所要版本 。l a u x _ bo x , chec ki ng v xwo r ks h1 ver2sio n : (检查 v xwo r ks 操作系统版本) 。 提 示 符 下 输 入 命 令sho w u nit sref ve r sio n 后回车 ,查看 408 ul 仪器中野外设备的最新软件版本文件 。以下就是输入该命 令后系统提示的部件新释放的版本文件 :l c il a u xl a u xs l a ull a ul s l rur em8 .

25、1 .298 .1 .298 .1 .298 .1 .298 .1 .298 .1 .298 .1 .0dw nfile . hci408 .v8129dw nfile . hci408 .v8129 dw nfile . hci408 .v8129 dw nfile . hci408 .v8129 dw nfile . hci408 .v8129 dw nfile . hci408 .v8129dw nfile . hci408 .v8104结束语本文主要介绍在 428 xl 仪器兼容 408 ul 仪器野外站的生产应用中 ,408 ul 野外站体在 428 xl 和408 ul 中详细的升

26、级过程 。在生产实践中从升 级 的操作方式来看 ,地震勘探仪器随着现代计算机技 术的发展使操作变得更加方便和快捷 。如今地震勘 探资料采集向大道数发展 ,河南油田地调处有多种 仪器类型 ,各种仪器野外站均有一定的道数 。2008 年初在使用 428 xl 仪器进行生产时 ,应用了大量的408 ul 野外设备 ,给生产带来了便利 。428 xl 仪器 的兼容性能 ,大大减少了仪器设备的闲置率 ,提高了生产效率 。这里如果输入 sho w sp rea du nit sver sio n 回车 ,系统就只 查 看 野 外 排 列 部 件 的 版 本 , 而 不 去 检 查l ci 的软件版本 。(

27、3) 在 vsmlcg001 提示符下 ,输入 up dat e2sp rea d“dw nfile . hci408 . v8129”命令 ( 如果增加 1 , l a ul ,194166 则为强制对该部件进行升级) 后回车 , 仪器就可以识别在 428xl 的排列上使用过的 408ul 电源站 、交叉站 :l a ull a u x l a u x# 194166 , ver sio n 428 .3 .6# 6173 , ver sio n 428 .3 .4# 8465 , ver sio n 428 .3 .4参 考 文 献sercel . 428 xl users ma nual ( v3 .0) . 2008s