基于STM8S207單片機(jī)的測(cè)試架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了對(duì)電子行業(yè)中的PCB板電壓進(jìn)行潮試，采用STM8S207單片機(jī)控制繼電器的測(cè)試架，通過(guò)PC實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓并顯示。通過(guò)單片機(jī)控制繼電器對(duì)一些強(qiáng)電進(jìn)行控制的實(shí)驗(yàn)，它可以控制5 V和12 V電壓的輸出和一定范圍的交直流檢測(cè)，并且可以通過(guò)485通信把檢測(cè)的結(jié)果傳送到PC機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該測(cè)試架具有可以用于對(duì)不同電路適時(shí)的控制，對(duì)一些新產(chǎn)品的PCB板測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中只要把對(duì)應(yīng)的XH-2連接好，就可直接在PC機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，使用便捷，性能可靠。
關(guān)鍵詞：STMSOS207M單片機(jī)；測(cè)試架；PCB電壓測(cè)試；實(shí)時(shí)檢測(cè)

0 引言
    隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)擴(kuò)大和產(chǎn)品種類的增加，在科研與生產(chǎn)中，檢測(cè)成為每一個(gè)電子產(chǎn)品必不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)測(cè)試的要求也越來(lái)越高，有時(shí)因?yàn)閷?duì)一塊電路板要同時(shí)測(cè)試好多功能，而無(wú)法同時(shí)檢測(cè)而影響產(chǎn)品質(zhì)量?；赟TM8S207單片機(jī)的強(qiáng)大功能，最高fCPU可達(dá)24 MHz，基于哈佛結(jié)構(gòu)并帶有3級(jí)流水線擴(kuò)展指令集，最高20MIPS@24 MHz。程序存儲(chǔ)器：最多128KB FLASH，10千次擦寫后在55℃環(huán)境下數(shù)據(jù)可保存20年；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：最多2 KB真正的數(shù)據(jù)E2PROM；可達(dá)30萬(wàn)次擦寫RAM：最多6KB。時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理2．95～5．5 V工作電壓靈活的時(shí)鐘控制，4個(gè)主時(shí)鐘源，低功率晶體振蕩器，外部時(shí)鐘輸入，用戶可調(diào)整的內(nèi)部16 MHzRC，內(nèi)部低功耗128 kHzRC，帶有時(shí)鐘監(jiān)控的時(shí)鐘安全保障系統(tǒng)，低功耗模式(等待、活躍停機(jī)、停機(jī))，外設(shè)的時(shí)鐘可單獨(dú)關(guān)閉，永遠(yuǎn)打開的低功耗上電和掉電復(fù)位。帶有32個(gè)中斷的嵌套終端控制器，6個(gè)外部中斷向量，最多37個(gè)外部中斷。定時(shí)器，2個(gè)16位通用定時(shí)器，帶有2+3個(gè)，CAPCOM通道(IC，OC或PWM)。高級(jí)控制定時(shí)器：16位，4個(gè)CAPCOM通道，3個(gè)互補(bǔ)輸出，控制和靈活的同步帶有8位預(yù)分頻器的8位基本定時(shí)器。用STM8S207MB單片機(jī)控制可以很好的解決同時(shí)測(cè)試好多功能的測(cè)試要求，并且時(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行檢測(cè)。比一般的51和PIC單片機(jī)便宜，成本較低。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
    通過(guò)MCU1，MCU2，MCU3三片STM8S207單片機(jī)，它們與上位機(jī)通過(guò)芯片485通信進(jìn)行連接。如圖1所示。其中繼電器驅(qū)動(dòng)，要求電流10 A以下，40路，可以驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電接通，也可以模擬按鍵，XH-2輸出。80～400 V交流強(qiáng)電檢測(cè)，16路，要求隔離檢測(cè)，XH-2輸入。0～24V弱電檢測(cè)，16路，不要求隔離檢測(cè)，XH-2輸入；60～400 V直流強(qiáng)電檢測(cè)，8路，不要求隔離檢測(cè)，XH-2輸入。5 V輸出，要求MOS管驅(qū)動(dòng)，12路，XH-2輸出。12 V輸出，要求MOS管驅(qū)動(dòng)，12路，XH-2輸出485通信，各單片機(jī)之間用芯片MAX485進(jìn)行通信。主要完成功能如圖1所示。硬件基本配置電路板基本構(gòu)架如圖2所示，這三塊芯片用芯片485進(jìn)行通信，然后并在一條總線上，最后用上位機(jī)控制。

1．2 通信協(xié)議
    通信的時(shí)候數(shù)據(jù)以一幀一幀傳輸，一幀由5個(gè)字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)有11位，第一位起始位，第10位奇檢驗(yàn)，第11位當(dāng)數(shù)據(jù)。由PC機(jī)向MCU傳輸時(shí)，第一個(gè)字節(jié)如果接收到濾波碼B3H，數(shù)據(jù)開始傳輸，如果接收的不是B3H，單片機(jī)則不予理睬。第2個(gè)字節(jié)表示大組號(hào)和小組號(hào)，系統(tǒng)事先已將92路輸入或者輸出編號(hào)組，每一大組再分出小組，這個(gè)字節(jié)中，前3位表示大組號(hào)，001表示20路繼電器輸出，010表示20路繼電器輸出，011表示直流強(qiáng)電檢測(cè)，100表示12 V輸出，101表示弱電檢測(cè)，110表示交流強(qiáng)電檢測(cè)，后5位表示某一路的輸入或者輸出；第3個(gè)字節(jié)表示電路是否動(dòng)作，00000001表明明電路動(dòng)作了，0000000表明電路沒(méi)有動(dòng)作；第4個(gè)字節(jié)保留；第5個(gè)字節(jié)表示CRC中斷檢驗(yàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)由PC機(jī)向MCU傳輸時(shí)，第1個(gè)字節(jié)如果接收到濾波碼3BH，數(shù)據(jù)開始傳輸，如果接收的不是3BH，單片機(jī)則不予理睬；第2個(gè)字節(jié)表示同上所述。第3第4個(gè)字節(jié)表示12位AD值。第5位表示CRC中斷檢驗(yàn)，本次通信的波特率為9 600 b／s，每個(gè)字節(jié)隔0．5ms傳輸，每個(gè)字節(jié)每位之間的時(shí)間間隔則為100μs。
1．3 管腳規(guī)劃
    單片機(jī)STM8S207(MCU1，MCU2，MCU3)，分別控制繼電器驅(qū)動(dòng)和直流強(qiáng)電檢測(cè)，5 V輸出和弱電檢測(cè)，12 V輸出和強(qiáng)電檢測(cè)，3塊單片機(jī)用485通信，再由總芯片控制，工作電壓2．95～5．5、5V。MCU1控制40路繼電器驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)電檢測(cè)(60～400 V)共52路。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 STM8S207MB芯片特點(diǎn)
    它是由全球第5大半導(dǎo)體公司意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的8位機(jī)，這種8位的STM8S207MB內(nèi)核在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了代碼的效率和性能。它的6個(gè)內(nèi)部寄存器都可以在執(zhí)行程序中直接尋址。共有包括間接變址尋址和相對(duì)尋址在內(nèi)的20種尋址模式和80條指令。其管腳圖如圖3所示。

2．2 485通信
    IC-485接口電路的主要功能是：將來(lái)自微處理器的發(fā)送信號(hào)TX通過(guò)“發(fā)送器”轉(zhuǎn)換成通信網(wǎng)絡(luò)中的差分信號(hào)，也可以將通訊網(wǎng)絡(luò)中的差分信號(hào)通過(guò)“接收器”轉(zhuǎn)換成被微處理器接收的RX信號(hào)。任一時(shí)刻，IC-485收發(fā)器只能夠工作在“接收”或“發(fā)送”兩種模式之一，因此，必須為IC-485接口電路增加一個(gè)收／發(fā)邏輯控制電路。如圖5所示。微處理器的標(biāo)準(zhǔn)串行口通過(guò)RXD直接連接ICA85R芯片的RO引腳，通過(guò)TXD直接連接IC485R芯片的DI引腳。由微處理器輸出的R／D信號(hào)直接控制IC485R芯片的發(fā)送器／接收器使能：R／D信號(hào)為“1”，則ICA85R芯片的發(fā)送器有效，接收器禁止，此時(shí)徽處理器可以向RS 485總線發(fā)邀數(shù)據(jù)字節(jié)；R／D信號(hào)為“0”，則SP485R芯片的發(fā)送器禁止，接收器有效，此時(shí)微處理器可以接收來(lái)自RS 485總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。此電路中，任一時(shí)刻IC485R芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有1個(gè)處于工作狀態(tài)。連接至A引腳的上拉電阻R7、連接至B引腳的下拉電阻R8用于保證無(wú)連接的IC485R芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，以提高IC-485節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的可靠性。如果將IC485R連接至微處理器STM8S207MB芯片的UART串口，則IC485R芯片的RO引腳不需要上拉；否則，需要根據(jù)實(shí)際情況考慮是否在RO引腳增加1個(gè)大約10 kΩ的上拉電阻。
2．3 其他控制電路
    在硬件設(shè)計(jì)中，還包括控制繼電器驅(qū)動(dòng)，如圖4所示，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)。通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

    當(dāng)STM8S207MB單片機(jī)輸出高電平時(shí)，由于電阻R7的分壓作用，使三極管飽和導(dǎo)通，使繼電器線圈通電，吸合開關(guān)，驅(qū)動(dòng)外圍電路。
    當(dāng)STM8S207MB單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管截止，使繼電器線圈失電，斷開開關(guān)。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合。
    當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。
    控制80～400 V交流強(qiáng)電檢測(cè)隔離檢測(cè)，XH-2輸入：
    工作原理：如圖6所示，由XH-2輸入80～400 V的電壓，通過(guò)變壓器的隔禽變壓13 V，在通過(guò)4個(gè)IN4007整流二極管整流；在經(jīng)過(guò)E1，C10濾波，經(jīng)過(guò)電阻的分壓輸入單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換引腳輸入單片機(jī)，在經(jīng)過(guò)一定的計(jì)算傳給上位機(jī)PC顯示。

    變壓器TR／DB-E128／7201A的變壓比K=N1／N2=30，最高電壓是380 V，稱為匝比(亦稱電壓比)。經(jīng)變壓器變壓后的電壓390／U1=1／30，得U1=13 V。經(jīng)整流管整流后的電壓U2=U1×1．2=15．6 V，經(jīng)電阻分壓后輸入單片機(jī)的電壓(R210／(R210+R209))×15．6=4．2 V還有其他的電壓測(cè)出電路，如0～24 V弱電檢測(cè)，60～400 V直流強(qiáng)電檢測(cè)，控制5 V和12 V輸出，控制5 V和12 V輸出，單線接口模塊，帶有3級(jí)軟件優(yōu)先級(jí)設(shè)定的嵌套中斷，時(shí)鐘控制器，看門狗設(shè)計(jì)，電源管理，模數(shù)轉(zhuǎn)換等等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    STM8單片機(jī)的C語(yǔ)言編譯器是COSMIC，是一款專用于ST公司的單片機(jī)的編譯器。包括MCU1的軟件與上位機(jī)通信軟件程序示，函數(shù)聲明及變量定義程序、I／O口初始化程序、A／D轉(zhuǎn)化初始化和延時(shí)程序、I／O輸出函數(shù)、電壓采樣函數(shù)、看門狗函數(shù)、通信中斷函數(shù)、TIM4中斷函數(shù)，以TIM4中斷函數(shù)為例：
    TIM4中斷函數(shù)程序：
    
    

4 硬件接口連接與調(diào)試
    將STMSS207MB與外設(shè)之間進(jìn)行連接并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，在進(jìn)行硬件電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)，首先檢測(cè)各電路板的主要模塊之間的連通性，即保證電路連接無(wú)誤，是否有電路，對(duì)系統(tǒng)各硬件電路進(jìn)行檢測(cè)，保證各模塊可以正常工作，同時(shí)保證各硬件電路可以由STM8S207MB進(jìn)行控制，并能保證和上位機(jī)之間能正常通信。
    (1)安裝stvd軟件；
    (2)將軟件導(dǎo)入stvd，調(diào)試程序有沒(méi)有錯(cuò)誤；
    (3)如果沒(méi)有錯(cuò)誤，就可以用仿真器在程序通過(guò)SWIN燒入單片機(jī)；
    (4)在把已經(jīng)通過(guò)stvd調(diào)試的程序植入硬件電路中，仿真看一下是否跟預(yù)期效果相同。

5 結(jié)語(yǔ)
    基于STM8S207MB有高性能內(nèi)核，抗干擾能力強(qiáng)，品質(zhì)安全可靠。領(lǐng)先的130 nm制造工藝，優(yōu)異的性價(jià)比。程序空間從4～128 KB，芯片選擇從20腳到80腳，寬范圍產(chǎn)品系列。
    系統(tǒng)成本低，內(nèi)嵌E2PROM和高精度RC震蕩器。開發(fā)容易，擁有本地工具支持。由于使用環(huán)境、成本等因素，該測(cè)試車架—控制繼電器驅(qū)動(dòng)，控制電流10 A以下，可以控制40路，可以驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電接通，也可以模擬按鍵，XH-2輸出；80～400 V交流強(qiáng)電檢測(cè)，可以檢測(cè)16路，隔離檢測(cè)，XH-2輸入。
    0～24 V弱電檢測(cè)，最多可以檢測(cè)16路，不隔離檢測(cè)，XH-2輸入；60～400 V直流強(qiáng)電檢測(cè)，最多可檢測(cè)8路，不隔離檢測(cè)，XH-2輸入。5 V輸出，MOS管驅(qū)動(dòng)，可以輸出12路，XH-2輸出；12 V輸出，要求MOS管驅(qū)動(dòng)，可以輸出12路，XH-2出，485通信，各單片機(jī)與PC之間用芯片MAX 485進(jìn)行通信，PC可以實(shí)時(shí)的對(duì)檢測(cè)的電壓進(jìn)行顯示。
    該測(cè)試架可以特別適用電子行業(yè)，對(duì)PCB板的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明測(cè)試架可以獲得基本功能如下：
    (1)繼電器驅(qū)動(dòng)，控制電流10 A以下，最多控制40路，可以驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電接通，也可以模擬按鍵，XH-2輸出；
    (2)80～400 V交流強(qiáng)電檢測(cè)，最多可以檢測(cè)16路，隔離檢測(cè)，XH-2輸入；
    (3)0～24 V弱電檢測(cè)，最多可以檢測(cè)16路，不隔離檢測(cè)，XH-2輸入；
    (4)60～400 V直流強(qiáng)電檢測(cè)，最多可檢測(cè)8路，不隔離檢測(cè)，XH-2輸入；
    (5)5 V輸出，MOS管驅(qū)動(dòng)，最多可以輸出12路，XH-2輸出；
    (6)12 V輸出，要求MOS管驅(qū)動(dòng)，最多可以輸出12路，XH-2出；
    (7)485通信，各單片機(jī)與PC之間用芯片
    MAX485進(jìn)行通信。應(yīng)用程序以C語(yǔ)言編寫，充分利用芯片資源，提高代碼的利用效率，減小代碼容量，采用去極值平均數(shù)字濾波算法對(duì)經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理。這種方法即可慮去脈沖干擾又可濾去小的隨機(jī)干擾，不但最大限度地排除現(xiàn)場(chǎng)噪音干擾，降低電壓的誤測(cè)概率。