空調(diào)主板顯示數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測電路的設(shè)計(jì)

摘要 基于空調(diào)主板生產(chǎn)測試過程的具體分析，提出一套旨在解決主板生產(chǎn)測試自動(dòng)化的方案。詳細(xì)介紹空調(diào)主板顯示數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與模擬遙控電路的設(shè)計(jì)，并描述了 Philips增強(qiáng)型單片機(jī)對顯示驅(qū)動(dòng)芯片(PT6961)同步串行通訊數(shù)據(jù)的監(jiān)測方法。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)(MCU);測試系統(tǒng);實(shí)時(shí)監(jiān)測;同步串行通訊 [b]概述 [/b] 近年來，隨著空調(diào)市場的不斷擴(kuò)大，競爭也日趨激烈;從而對空調(diào)生產(chǎn)成本控制提出了更高的要求，空調(diào)生產(chǎn)過程中測試成本占據(jù)了生產(chǎn)成本相當(dāng)大的比重。同時(shí)，生產(chǎn)測試的方便性、準(zhǔn)確性和有效性都影響著產(chǎn)品質(zhì)量，從而最終影響空調(diào)品牌的信譽(yù)。 國內(nèi)空調(diào)生產(chǎn)廠家對空調(diào)主板的測試大多數(shù)仍停留在手工檢測階段，為提高生產(chǎn)測試中的自動(dòng)化程度，我們設(shè)計(jì)了空調(diào)主板自動(dòng)測試系統(tǒng);自行研制的主板測試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測電路是該自動(dòng)測試系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。該監(jiān)測電路是以Philips增強(qiáng)型單片機(jī)P89C51RD2為核心，實(shí)時(shí)監(jiān)視空調(diào)主板內(nèi)的單片機(jī)與顯示驅(qū)動(dòng)芯片之間的同步串行數(shù)據(jù)，確保對空調(diào)主板檢測的準(zhǔn)確有效;同時(shí)根據(jù)工控機(jī)軟件定義的檢測流程，將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號傳送給空調(diào)主板的單片機(jī)系統(tǒng)，從而模擬空調(diào)遙控器的各種操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)測試系統(tǒng)的流程化和智能化。 監(jiān)測電路硬件的設(shè)計(jì) 主板測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測電路功能要求主要包括三個(gè)方面：空調(diào)顯示數(shù)據(jù)的監(jiān)測、風(fēng)葉步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的監(jiān)測和遙控器功能的模擬。對于前二類數(shù)據(jù)的監(jiān)測由于實(shí)時(shí)性要求高，工控機(jī)在多任務(wù)監(jiān)控軟件條件下無法勝任;而對于遙控器功能的模擬是為了提高測試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，在計(jì)算機(jī)操作平臺上實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊來模擬空調(diào)遙控器的操作。本文主要描述該實(shí)時(shí)監(jiān)測電路中顯示數(shù)據(jù)監(jiān)測和遙控器模擬的實(shí)現(xiàn)。 監(jiān)測電路硬件基本組成 [b]

[/b]圖1. 空調(diào)主板測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測電路硬件結(jié)構(gòu) 結(jié)合監(jiān)測電路的特殊功能，為提高所設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)的可靠性，單片機(jī)采用外部看門狗(Watchdog)復(fù)位芯片X5045，該芯片內(nèi)含512字節(jié)的 E2PROM可以用于存放系統(tǒng)的相關(guān)配置;同時(shí)將多余的I/O用于LED指示燈，方便單片機(jī)軟件調(diào)試并指示監(jiān)測電路的工作狀態(tài)，硬件電路基本組成如圖1所示。 [b]監(jiān)測電路功能分析 [/b] 實(shí)時(shí)監(jiān)測電路所采集的顯示數(shù)據(jù)是空調(diào)主板上單片機(jī)與顯示驅(qū)動(dòng)芯片PT6961之間的同步串行通訊數(shù)據(jù)。PT6961芯片(引腳如圖2所示)是臺灣普誠(PTC)公司生產(chǎn)的專用LED驅(qū)動(dòng)芯片，支持10%26;#215;3鍵盤掃描和由軟件配置的12位%26;#215;6段或11 位%26;#215;7段顯示模式，與控制器的數(shù)據(jù)接口為同步串行方式：數(shù)據(jù)輸入引腳DIN、數(shù)據(jù)輸出引腳DOUT、時(shí)鐘引腳CLK和通訊使能引腳 STB。[3]由于在空調(diào)主板應(yīng)用中沒有鍵盤擴(kuò)展的需要，PT6961與主板單片機(jī)之間通訊有三個(gè)I/O：DIN、CLK和STB。因此，監(jiān)測電路必須通過這三個(gè)數(shù)據(jù)接口，編寫單片機(jī)軟件準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地識別空調(diào)主板傳送給PT6961的顯示數(shù)據(jù)，考慮到主板采用單片機(jī)主程序循環(huán)方式刷新顯示驅(qū)動(dòng)芯片，并且數(shù)據(jù)流格式固定，CLK頻率達(dá)65KHz。監(jiān)測電路中的單片機(jī)在采集DIN數(shù)據(jù)串時(shí)，由于數(shù)據(jù)速率較高且時(shí)鐘頻率不確定，因此將采集一串?dāng)?shù)據(jù)作為一次任務(wù)，且在該任務(wù)內(nèi)不允許其它類型的中斷發(fā)生?；诜治雠c實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將DIN引腳與單片機(jī)普通I/O連接，而STB和CLK則與單片機(jī)的INT0和INT1外部中斷輸入引腳相連，用于采集任務(wù)的開啟和通訊數(shù)據(jù)位的監(jiān)測。

圖2. 顯示驅(qū)動(dòng)芯片PT6961芯片引腳圖 監(jiān)測電路的另一重要功能是模擬空調(diào)遙控器的信號來測試空調(diào)主板的各項(xiàng)功能，結(jié)合空調(diào)主板的特點(diǎn)：遙控信號是由廠方掩膜芯片生成的PWM信號，并調(diào)制在 38KHz紅外載波;在主板由紅外接收器件解調(diào)后直接輸送給單片機(jī)I/O腳。在設(shè)計(jì)監(jiān)測電路時(shí)模擬遙控信號有二種方案，第一種方案是：由監(jiān)測電路的單片機(jī)模擬遙控器上各相關(guān)按鍵動(dòng)作，仍由遙控器發(fā)送紅外指令;第二種方案是：直接由監(jiān)測電路的單片機(jī)I/O腳輸出PWM信號，該P(yáng)WM信號與紅外接收器輸出的 PWM信號呈并聯(lián)方式(邏輯與的關(guān)系)。第一方案對監(jiān)測電路的單片機(jī)軟件要求簡單，但硬件組成復(fù)雜，涉及到監(jiān)測電路與遙控器連接線的問題，當(dāng)空調(diào)遙控器型號不同連接方式將隨之改變。第二方案硬件簡單，當(dāng)生產(chǎn)空調(diào)主板改型時(shí)只需配置軟件協(xié)議即可，鑒于在實(shí)際測試過程中，遙控器與監(jiān)測電路同時(shí)輸出遙控信號的概率極小;而且即使出現(xiàn)該現(xiàn)象，對各相關(guān)硬件電路沒有任何影響，只是空調(diào)主板對該次PWM信號無法正確識別而已。因此，監(jiān)測電路采用后一方案。 監(jiān)測電路與工控機(jī)之間的通訊任務(wù)包括：監(jiān)測電路傳送顯示數(shù)據(jù)給工控機(jī)，該數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)判別所檢測的空調(diào)主板工作狀態(tài)的依據(jù);工控機(jī)下達(dá)各測試流程遙控命令至監(jiān)測電路。 [b]監(jiān)測電路單片機(jī)軟件與通訊協(xié)議 監(jiān)測電路對顯示數(shù)據(jù)的采集與處理[/b] 空調(diào)主板單片機(jī)與顯示驅(qū)動(dòng)芯片PT6961同步串行通訊數(shù)據(jù)格式(如圖3所示)包含：Command 2、Command 3、Data1至Data n、Command 1和Command 4。其中Command 2為數(shù)據(jù)配置命令用于描述本次串行通訊完成的任務(wù)：讀鍵盤數(shù)據(jù)或?qū)戯@示數(shù)據(jù)模式;Command 3地址配置命令設(shè)定本次傳輸數(shù)據(jù)的開始地址(允許值為00H至0DH);Command 1顯示模式設(shè)置命令，設(shè)置值與PT6961掃描顯示接法有關(guān)，一旦外圍電路確定該命令值不變;Command 4顯示控制命令用于關(guān)閉和開啟PT6961的顯示輸出、配置顯示輸出脈沖模式。在所監(jiān)測的空調(diào)主板中固定地傳送14字節(jié)的Data，而Command 2、Command 3和Command 1在每次通訊中，其值保持不變，從而為軟件識別采集數(shù)據(jù)是否有效提供了必要的保證。

圖3. 空調(diào)主板單片機(jī)與顯示驅(qū)動(dòng)芯片同步串行通訊數(shù)據(jù)格式監(jiān)測電路 MCU外部中斷INT0、INT1配置為下降沿觸發(fā)中斷工作方式，監(jiān)測電路在采集顯示數(shù)據(jù)時(shí)，由STB信號觸發(fā)單片機(jī)的INT1中斷，并由INT1中斷處理程序開啟INT0中斷。當(dāng)CLK引起INT0中斷后，INT0中斷處理程序進(jìn)行一次顯示數(shù)據(jù)采集，并對命令字節(jié)進(jìn)行判斷，一旦出錯(cuò)則放棄本次采集，否則采集完成固定長度18字節(jié)后關(guān)閉INT0和INT1中斷，每次INT0中斷采集1字節(jié)數(shù)據(jù)，軟件采集流程如圖4所示。主程序則將顯示數(shù)據(jù)經(jīng)有效性處理后等待工控機(jī)的查詢，同時(shí)允許下一次采集。

圖4.采集同步串行顯示數(shù)據(jù)流程 監(jiān)測電路與工控機(jī)的串口通訊協(xié)議 監(jiān)測電路與工控機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)RS232、半雙工通訊方式，數(shù)據(jù)速率由軟件配置：9600或19200Baud。每次數(shù)據(jù)通訊由工控機(jī)發(fā)起：查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)或發(fā)送遙控命令，監(jiān)測電路根據(jù)功能碼做出相應(yīng)的響應(yīng)。 監(jiān)測電路與工控機(jī)的通訊數(shù)據(jù)包括：查詢命令、顯示及其它監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙控命令和監(jiān)測電路回送應(yīng)答。顯示數(shù)據(jù)由8個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)組成，具體每個(gè)二進(jìn)制位表達(dá)含義由空調(diào)品種決定;串口通訊中將這些數(shù)據(jù)按高低4位分別編碼成相應(yīng)的ASCII碼。而遙控器編碼規(guī)范采用特殊的編碼格式，包括：引導(dǎo)碼、幀間分隔符、數(shù)據(jù)“0”、數(shù)據(jù)“1”和一次發(fā)碼的終止符，這些碼字分別采用不同時(shí)間長度的脈沖來表達(dá);而且具體的編碼序列隨空調(diào)品種的不同而存在差異。為了在串口上傳送遙控器命令序列，通訊編碼采用ASCII代碼，并為遙控碼分配特殊ASCII碼(如：引導(dǎo)碼為6CH，遙控信號幀間分隔符為7CH)，具體通訊協(xié)議如表1 描述。 表1. RS232通訊幀格式 利用通訊協(xié)議的約定，實(shí)現(xiàn)遙控命令和其它數(shù)據(jù)的區(qū)別;并由工控機(jī)根據(jù)測試空調(diào)主板的品種自動(dòng)生成遙控命令序列，擴(kuò)大實(shí)時(shí)監(jiān)測電路的適用范圍，提高整個(gè)空調(diào)主板生產(chǎn)測試系統(tǒng)的靈活性。 [b]結(jié)語 [/b] 由于空調(diào)主板中的單片機(jī)與PT6961的同步串行通訊數(shù)據(jù)速率較高，實(shí)時(shí)監(jiān)測電路的控制器采用P89C51RD2，晶振使用24.576MHz，并配置 MCU工作在雙倍速(6分頻)模式下?？照{(diào)主板顯示數(shù)據(jù)的刷新速率并不高，往往間隔達(dá)到0.6秒;并且顯示數(shù)據(jù)的內(nèi)容變化不大，因此沒有必要在空調(diào)主板 MCU每次刷新PT6961都進(jìn)行采集。 通過實(shí)驗(yàn)與測試分析，經(jīng)過單片機(jī)軟件處理后上傳工控機(jī)的顯示數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率達(dá)到99.5%以上，能夠很好地滿足空調(diào)主板生產(chǎn)自動(dòng)測試系統(tǒng)的要求。采用實(shí)時(shí)監(jiān)測電路的測試系統(tǒng)具有高可靠性、高實(shí)用性、高擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，從而提高了空調(diào)主板生產(chǎn)測試的自動(dòng)化水平。 參考文獻(xiàn) [1] 葉林章主編，《微機(jī)與單片機(jī)原理及應(yīng)用》，1995年8月第1版，上海：復(fù)旦大學(xué)出版社 [2] 李行善 左毅 孫杰主編，《自動(dòng)測試系統(tǒng)集成技術(shù)》，北京：電子工業(yè)出版社，2004年 [3] Princeton Technology Corp. PT6961 V1.0; May. 2002 [4] **廠空調(diào)遙控器功能說明書 2004版