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一种基于单片机的测试系统设计

2020-02-21蔡建荣邱忠文吴兆希赵茂霖

电子技术与软件工程 2020年13期
关键词:继电器

蔡建荣 邱忠文 吴兆希 赵茂霖

摘要:本文介绍了一种运用STC单片机来控制继电器阵列,从而实现对多个分立器件或含有多个重复单元的小型集成电路进行测试的测试系统,文中阐述了该系统的组成结构和构建方法,并较为详细的说明了器件的参数的测试原理和测试过程,对解决类似分立器件或集成电路的测试问题解决有较为实用的意义。

关键词:STC单片机;继电器;测试系统

1 引言

随着集成电路的品种越来越多,而且电路的集成度不断增加,器件的引脚数也越来越多,以往测试该类器件时往往只能使用大型的综合测试仪器进行测试,开发成本较高,而且无法有效利用手中现有的众多独立的测试仪器。另外在对阻容感等分立器件进行测试的时候,需要进行多参数测试,而目前大多数独立测试仪器仅仅只能对单一参数进行测试,测试时往往需要多次更换测试仪器,且被测器件需要进行多次装夹,即让测试效率变得低下,又可能对器件带来二次损伤。

特别是对那些包含多个同功能的多单元多引脚的器件,重复测试单元较多,以及一些需要使用多台独立仪器进行测试的电路时,我们希望有种系统,能将仪器像搭积木一样,通过一个测试系统实现多仪器整合,一次装夹全参数测试。为了解决这种多仪器测试或多引脚器件测试时的自动切换问题,提高测试效率,降低测试带来的质量风险,我们开发一种基于单片机的继电器控制系统,来进行仪器之间、引脚之间的切换。通过选择适合的单片机系统,编写相应的单片机控制程序,设计可以同时控制多路继电器的继电器陣列板,最终实现这类器件的自动切换功能。

2 测试系统总体设计方案

为了解决这类问题,我们进行了基于单片机的继电器阵列控制系统设计课题的研制,通过对该课题的总体方案规划、线路设计、PCB板制作、系统组装调试、技术问题攻关等手段,我们研制出了一套能很好解决该问题的继电器控制系统。该系统由一套自制的编程操作控制系统软件组成的上位机,一块基于主控单片机STC8A8K64S4A12的单片机控制板组成的下位机,一块由驱动器UPA1600GS驱动的继电器控制转接板,一块包含32个继电器的阵列板,以及在此系统上开发的多种型号的电路测试板组成。

3 测试系统设计组成

总体框架图如图1所示。

3.1 上位机的软件工作原理

上位机作为人机接口,包含用编程语言Visual BASC编写测试接口界面,以及编写的继电器阵列的控制规则,编写的各种测试过程函数和具体的测试程序。编写的具体测试程序代码中,包括对测试仪器的控制指令和各个继电器的控制命令。当测试按钮按下时,上位机开始测试命令,软件运行被选择的测试程序,执行测试程序中设置的仪器动作顺序、时序、信号产生和信号测量等代码,并通过计算机的通讯协议控制USB接口,通过hub集线器控制多台带程控接口的测试仪器。

同时通过USB接口控制下位机来操控继电器的动作,从而实现被测试器件的工作,以及各个参数的测量,测量后通过上位机软件从测试仪器中读取每个测试数据,并将测试数据和合格判据进行比较,从而判定器件的合格性,随后将所有的测试数据记录在指定的数据库中。这个整个过程构成了测试系统的每次测量。上位机软件工作流程图如图2所示。

3.2 下位机软件工作原理是

本测试系统中的下位机,由一块单片机控制板组成。我们根据单片机的原理和技术参数,选用了STC8系列单片机中的( STC8A8K64S4A12),根据STC8A8K64S4A12单片机的引脚功能,绘制并制作了单片机控制主板和单片机控制的继电器驱动PCB板,拟制单片机通讯协议,编写下位机控制程序。采用单片机专用编译软件uVision编写和调试好的单片机控制程序,通过STC-ISP烧录软件,将USB通讯线的一端连接到上位计算机的USB接口,并将USB通讯线的另一头连接到下位机的Micro USB接口上,这样计算机的上位机控制程序,可以将单片机工作程序和测试程序通过USB线传送到下位机的单片机中,实现通讯控制,完成上位机和下位机的最终联机调试。如图3所示。

3.3 继电器阵列板工作原理

本测试系统中的继电器控制阵列板为含有32个继电器的开关阵列PCB板。继电器阵列板通过板上带的96针航空插座连接到下位机的96针航空插座上,用来实现下位机对继电器阵列板的连接控制。由于单片机的输出控制接口是以位控制为单位,每8个位为一个字节单位,我们根据单片机的接口功能特点,拟制了继电器控制网络对照表和继电器控制子函数,另外由于单片机的控制端口的驱动能力较小,而要保证继电器的线圈有较稳定的驱动,需增加功率放大部分进行驱动,我们在每个驱动口的后端增加了高性能MOS驱动电路UPA1600GS,用来增加端口的驱动带负载能力,这样单片机就能驱动所有的继电器。

3.4 器件测试板

本测试系统中的器件测试板,是根据器件的PDF或测试规范对需测试的参数的定义,依据本继电器阵列测试系统,制作的带有测试夹具以及仪器接口的PCB板。另外器件测试板上可以根据测试需要,制作安装各种辅助测试电路或是专用的外部测试仪器和设备的接口。器件测试板通过板上自带的96针的航空插座,连接到继电器阵列板,实现被测器件引脚以及测试仪器与各个继电器的连接。通过网络端口或者GPIB接口,编写仪器专用的控制命令,实现对仪器的程序控制,完成被测电路的测试。

4 测试系统工作原理

4.1 测试参数

对于每个具体的测试参数,需编写相应指令代码,典型的测试代码应包含以下内容:测试引脚定义、测试格式选取、器件电压、测试时序、测试向量和其他测试系统资源,然后根据测试参数的顺序,给被测试器件施加充分的激励,器件工作后,从测试仪器上读取测试数据,并用数据库进行数据的存储,以达到器件参数的功能测试。

4.2 测试过程

该测试系统的使用方法如下:根据器的型号选择测试板,并将被测试的器件放入测试板的夹具中,锁紧测试夹具后将测试板插入继电器阵列板中,继电器阵列板通过96针航空插座连接下位机控制底板,下位机控制底板上有一个迷你USB接口,通过USB连线接到计算机的USB口,从而实现上位机和下位机的通讯。打开计算机上的上位机测试软件,点击确定后进入菜单选择界面,找到需测试的具体测试程序,进入程序,选择需要测试的具体电路型号以及仪器。根据电路的需要,连接好外围的各种仪器的测试线(如电源、示波器、信号源、数字表等),在子菜单界面中填写测试电路的编号后点,击测试按钮,测试系统开始进行电路具体参数的测试,测试完毕后测試系统显示是否合格,随后进入下一次的测试准备。集成电路测试连线图如图4所示。

4.3 测试关键技术解决方法

要本实现本测试系统的测试功能,首先需合理的选择单片机,研究该单片机的驱动和控制指令,其次需合理的规划上位机和下位机的通讯规则和协议,以及解决单片机接口的驱动能力不足的问题,控制线路、放大电路等功能实现,另外根据具体的电路绘制合理的测试线路,有效的解决电路之间相互干扰带来的问题,解决可能出现的程序跑飞和死机等问题。最后需合理的优化软件代码,提高各个测试程序的测试效率。

5 结束语

本测试系统将单片机控制继电器应用于集成电路的测试中,目前我们通过对部分数字电路和晶振、电阻电容电感器件等进行了测试摸底验证,测试效果良好,测试效率较大幅度的提高。后续可以依附本系统,对不同的测试电路,绘制相应的测试板,编写对应的测试程序。通过本测试系统,较好的解决测试中多引脚电路、多参数测试、多仪器使用的自动切换测试问题,提高了测试效率。

参考文献

[1]孙杰,张学军,刘云等基于单片机的温度控制系统设计及仿真[J].农机化研究,2015 (4):219-2 2 2.

[2]王梅红,基于单片机的温度控制系统设计与仿真[J].兵器装备工程学报,2 012 (2):101-103.

[3]钱巨玺,张荣华,电工测量[M].天津:天津大学出版社,1991.

作者简介

蔡建荣(1973一),男,广东省潮州市人。大学本科学历,从事功率器件、模拟集成电路测试研究、开发工作。

邱忠文(1969),男,重庆市人。大学本科学历。研究方向为元器件测试及可靠性评价。

吴兆希(1989-),男,四川省西昌市人。硕士研究生学历。研究方向为模拟集成电路测试开发技术与半导体器件可靠性研究。

赵茂霖(1985),男,四川省阆中市人。大学本科学历。研究方向为集成电路测试。

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