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

摘要 基于空調(diào)主板生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程的具體分析，提出一套旨在解決主板生產(chǎn)測(cè)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(cè)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(duì)顯示驅(qū)動(dòng)芯片（PT6961）同步串行通訊數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)方法。
關(guān)鍵詞 單片機(jī)（MCU）；測(cè)試系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；同步串行通訊

概述

    近年來(lái)，隨著空調(diào)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈；從而對(duì)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(guò)程中測(cè)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(cè)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(guó)內(nèi)空調(diào)生產(chǎn)廠家對(duì)空調(diào)主板的測(cè)試大多數(shù)仍停留在手工檢測(cè)階段，為提高生產(chǎn)測(cè)試中的自動(dòng)化程度，我們?cè)O(shè)計(jì)了空調(diào)主板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；自行研制的主板測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路是該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。該監(jiān)測(cè)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(duì)空調(diào)主板檢測(cè)的準(zhǔn)確有效；同時(shí)根據(jù)工控機(jī)軟件定義的檢測(cè)流程，將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)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(cè)試系統(tǒng)的流程化和智能化。

監(jiān)測(cè)電路硬件的設(shè)計(jì)

    主板測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)、風(fēng)葉步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的監(jiān)測(cè)和遙控器功能的模擬。對(duì)于前二類數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)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(wú)法勝任；而對(duì)于遙控器功能的模擬是為了提高測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，在計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)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(cè)電路中顯示數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和遙控器模擬的實(shí)現(xiàn)。

監(jiān)測(cè)電路硬件基本組成

圖1. 空調(diào)主板測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路硬件結(jié)構(gòu)

    結(jié)合監(jiān)測(cè)電路的特殊功能，為提高所設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，單片機(jī)采用外部看門(mén)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(cè)電路的工作狀態(tài)，硬件電路基本組成如圖1所示。
 
監(jiān)測(cè)電路功能分析

    實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(tái)灣普誠(chéng)（PTC）公司生產(chǎn)的專用LED驅(qū)動(dòng)芯片，支持10×3鍵盤(pán)掃描和由軟件配置的12位×6段或11位×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(méi)有鍵盤(pán)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(cè)電路必須通過(guò)這三個(gè)數(shù)據(jù)接口，編寫(xiě)單片機(jī)軟件準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地識(shí)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(cè)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(kāi)啟和通訊數(shù)據(jù)位的監(jiān)測(cè)。

 

圖2. 顯示驅(qū)動(dòng)芯片PT6961芯片引腳圖

    監(jiān)測(cè)電路的另一重要功能是模擬空調(diào)遙控器的信號(hào)來(lái)測(cè)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(hào)是由廠方掩膜芯片生成的PWM信號(hào)，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(cè)電路時(shí)模擬遙控信號(hào)有二種方案，第一種方案是：由監(jiān)測(cè)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(cè)電路的單片機(jī)I/O腳輸出PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)與紅外接收器輸出的PWM信號(hào)呈并聯(lián)方式（邏輯與的關(guān)系）。第一方案對(duì)監(jiān)測(cè)電路的單片機(jī)軟件要求簡(jiǎn)單，但硬件組成復(fù)雜，涉及到監(jiān)測(cè)電路與遙控器連接線的問(wèn)題，當(dāng)空調(diào)遙控器型號(hào)不同連接方式將隨之改變。第二方案硬件簡(jiǎn)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(cè)試過(guò)程中，遙控器與監(jiān)測(cè)電路同時(shí)輸出遙控信號(hào)的概率極?。欢壹词钩霈F(xiàn)該現(xiàn)象，對(duì)各相關(guān)硬件電路沒(méi)有任何影響，只是空調(diào)主板對(duì)該次PWM信號(hào)無(wú)法正確識(shí)別而已。因此，監(jiān)測(cè)電路采用后一方案。

    監(jiān)測(cè)電路與工控機(jī)之間的通訊任務(wù)包括：監(jiān)測(cè)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(cè)的空調(diào)主板工作狀態(tài)的依據(jù)；工控機(jī)下達(dá)各測(cè)試流程遙控命令至監(jiān)測(cè)電路。
 
監(jiān)測(cè)電路單片機(jī)軟件與通訊協(xié)議

監(jiān)測(cè)電路對(duì)顯示數(shù)據(jù)的采集與處理

    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(pán)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(kāi)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(kāi)啟PT6961的顯示輸出、配置顯示輸出脈沖模式。在所監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)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(cè)電路在采集顯示數(shù)據(jù)時(shí)，由STB信號(hào)觸發(fā)單片機(jī)的INT1中斷，并由INT1中斷處理程序開(kāi)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(duì)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(zhǎng)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(cè)電路與工控機(jī)的串口通訊協(xié)議

    監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)或發(fā)送遙控命令，監(jiān)測(cè)電路根據(jù)功能碼做出相應(yīng)的響應(yīng)。

    監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)、遙控命令和監(jiān)測(cè)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(zhǎng)度的脈沖來(lái)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(hào)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(cè)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(cè)電路的適用范圍，提高整個(gè)空調(diào)主板生產(chǎn)測(cè)試系統(tǒng)的靈活性。
 
結(jié)語(yǔ)

    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(cè)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(méi)有必要在空調(diào)主板MCU每次刷新PT6961都進(jìn)行采集。

    通過(guò)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試分析，經(jīng)過(guò)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(cè)試系統(tǒng)的要求。采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路的測(cè)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(cè)試的自動(dòng)化水平。

參考文獻(xiàn)
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