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一种基于单片机的测试系统设计

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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VisualBASC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MicroUSB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