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很多控制系统是由单片机等组合而成，而微机控制系统能否正常运行则由诸多因素决定，其中包括来自外部的各种干扰及系统本身品质等方面的原因。对于系统的各种外部干扰，采用相应的抗干扰措施，基本上可以克服，而系统自身由于各种芯片、电子元件、电路板等出现的误差，就会影响整个系统品质。因此，为了提高硬件可靠性，采取硬件故障诊断措施及时诊断硬件故障类型，使系统能及时采取措施保证系统正常运行就显得非常必要。
1 系统的硬件构成
该系统的核心是由8098单片微型计算机构成，主要完成电液位置伺服控制，系统框图如图1所示。 （图片）
图1 系统硬件图
*在多路开关加一个0V信号，以便在测试中使用 为满足控制性能和可靠性的要求，提高系统的抗干扰能力，单片机与输入／输出通道之间均采取了严格的隔离措施。在输入通道中采用了双线采样、仪表放大器(AD624)差动输入、线性隔离放大器(AD202)隔离放大和4个有源滤波等措施，有效地抑制了外部干扰。控制器的控制量输出采用高精度的高速输出HSO.0来获得PWM输出，经光电耦合，再经有源滤波器获得直流控制电压，送往伺服放大器，最终达到对被控对象的控制。
2 故障诊断过程的实施
系统中设置有CPU、程序执行、RAM、EPROM、输入／输出通道、伺服放大器等故障诊断功能。在CPU无故障的前提下系统故障测试框图见图2。（图片）
图2 系统故障检测框图 2.1 CPU故障诊断
CPU程序执行故障诊断是利用单片机本身提供的信号和功能，配以简单电路组成故障诊断系统对其进行检测。
CPU工作正常与否直接由硬件故障诊断模块对芯片的信号进行监视。在CPU工作正常时，不断交替进行读写操作，该信号呈现出高低电平的交替变化。无电平变化，则CPU工作异常，此时诊断模块输出故障信号。
程序执行故障由软故障诊断模块来检测CPU芯片的RESET信号的变化。在正常工作时，该信号处于高电平，只有在上电复位、溢出、指令RST复位的情况下，该信号方被钳位到低电平。在系统中设置了特征标志，以区别正常复位和故障复位。其方法是：通过特征标志发现是正常复位，则清除记录数据；发现是故障复位，则保留记录数据，数据达N次后，软故障诊断模块输出故障信号。
2.2 输入通道故障诊断
模拟输入信号的A／D通道是分时多路开关，采用多路开关(4052)来选择模拟输入信号。所有的模拟输入信号共享8098单片机内的A／D转换器。模拟输入通道故障包括A／D转换器故障、隔离放大器故障、差分放大器故障和多路开关故障。如果对这些故障一一检测会使硬件增加较多，系统变得十分复杂。为避免系统过于复杂，对整个输入通道实行统一测试。测试方法是在输入通道的最前端，即多路开关的输入端加2个特殊的信号(5V、0V)，通过对这2个特殊情况转换结果的测试，判断模拟输入通道是否正常，测试框图见图3。RAM、EPROM故障诊断用软件完成。（图片）
图3 输入通道故障测试子程序框图 2.3 位置传感器故障检测
如果电位器出现短路、断路故障或与之相连的连接线出现短路、断路，系统将不能正常工作，因此对此故障实施实时诊断是十分必要的。
按照电位器具体的安装工艺，在线路和电位器正常时，电位器的输出电压不可能出现0V和5V这2个电压等级。只有在电位器和连线出现故障时，才会产生0V和5V这2个电压等级。如果在工作中，在输入通道无故障的情况下，测得输入电压为0V或5V，就说明出现了传感器故障。当发现故障时，就可以采取必要的措施及时维修。测试框图见图4。（图片）
图4 传感器故障测试子程序框图 2.4 输出通道和伺服放大器故障诊断
输出通道和伺服放大器出现故障将导致比例阀的损坏，故要设计输出通道和伺服放大器故障诊断电路。具体设计方案如下：
模拟输出信号由8098的高速输出(HSO.0)端输出，输出通道和伺服放大器的电气参数调整好后，HSO.0的每一输出值对应一基本固定的负载电流。当HSO.0以一定占空比输出时，通过测量通道检测负载电流是否在相应的范围内，若不在范围之内，说明模拟输出通道或伺服放大器出现故障，测试框图见图5。（图片）
图5 输出通道和伺服放大器故障检测子程序框图 3 结论
文中设计的诊断系统已于1996年用于电炉炼钢电液位置伺服控制系统硬件故障诊断系统中，具有一定的准确性、可靠性，有推广价值。
参考文献
[1] 李哲英，肖海桥，余文龙单片机原理及应用北京：清华大学出版社，199575～76
[2] 周航慈单片机应用程序设计北京：北京航空航天大学出版社，199256～60
9/20/2005
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