基于MC9S08AW32處理器的功能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 月，陳天華

（北京工商大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京 100048）

0 引言

信息技術(shù)是當(dāng)今發(fā)展最為迅猛的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電子信息產(chǎn)品質(zhì)量是現(xiàn)代電子工業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵，而產(chǎn)品質(zhì)量是要靠完善的測(cè)試設(shè)備來保證的。盡管各種測(cè)試技術(shù)層出不窮，功能測(cè)試依然是保證產(chǎn)品到最終應(yīng)用環(huán)境立刻就能工作的必不可少的手段。在一般的設(shè)計(jì)理念中，功能測(cè)試設(shè)備都是給產(chǎn)品量身定做的，一臺(tái)設(shè)備往往只測(cè)試一種產(chǎn)品，這樣的設(shè)備相對(duì)比較穩(wěn)定，單價(jià)也比較低廉。但是在生產(chǎn)車間，就會(huì)占用大量的空間來擺放這些大大小小功能各異的測(cè)試設(shè)備，而產(chǎn)品線切換的時(shí)候，也需要把這些設(shè)備搬上搬下，很不方便。

為了有效解決這類問題，本文提出了一種基于MC9S08AW32處理器,并通過RS-485總線實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方案不僅可以簡化手動(dòng)測(cè)試的操作過程，提高了工作效率，而且測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性好，性價(jià)比高，在保證完成功能測(cè)試的基礎(chǔ)上又具有較大的通用性和較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，便于在線調(diào)試與系統(tǒng)維護(hù)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本功能測(cè)試系統(tǒng)是一套標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試儀器，從生產(chǎn)的角度來說，對(duì)于不同產(chǎn)品的測(cè)試，只要更換測(cè)試工裝即可輕松切換，節(jié)約了大量的時(shí)間與空間。測(cè)試時(shí)，使用者只需了解被測(cè)電路的基本原理，就可利用若干簡單的測(cè)試命令建立測(cè)試指令表，輕松地完成測(cè)試任務(wù)。

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由PC上位機(jī)、RS-232轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換器、核心控制器、矩陣式繼電器陣列和總線組成。在功能測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)中，采用RS-485通訊方式和總線結(jié)構(gòu)，上位機(jī)通過通信發(fā)送指令到核心驅(qū)動(dòng)器，利用多通道控制器控制繼電器陣列的動(dòng)作，靈活配置輸入／輸出端口，將測(cè)試資源和被測(cè)單元(UUT)的信號(hào)連接到總線上，實(shí)現(xiàn)信號(hào)間互通。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 核心控制器硬件設(shè)計(jì)

核心控制器包括MCU、RS-485通信模塊、多通道選擇模塊、自檢模塊、撥碼電路和相應(yīng)的單片機(jī)外圍電路。其主要功能是響應(yīng)用戶的操作，發(fā)送上位機(jī)指令控制繼電器做出相應(yīng)的動(dòng)作。

MCU使用的是飛思卡爾 MC9S08AW32處理器。處理器是8位HCS08系列中央處理器，采用44 LQFP封裝芯片，有8路ADC通道，6個(gè)KBI端口，34個(gè)I/O引腳和一個(gè)4通道timer。以MC9S08AW32為核心的功能測(cè)試系統(tǒng)能夠在- 40℃～85℃范圍內(nèi)正常工作，具有高可靠性和低能耗的特點(diǎn)。

撥碼電路是用來設(shè)置核心控制器地址的電路。每個(gè)撥碼的引腳與單片機(jī)的PA 口的8個(gè)引腳相連，單片機(jī)初始化的時(shí)候讀取PA口信息，存入地址變量。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)要用到多個(gè)控制器時(shí)，通過撥碼電路給他們?cè)O(shè)置不同的設(shè)備地址，以便PC機(jī)能夠方便準(zhǔn)確的控制下面的每一個(gè)控制器。

2.1 RS- 485通信模塊

RS-485部分采用MAX485E的芯片，用I /O引腳DE、/RE控制芯片的收發(fā)，引腳分別上拉和下拉，確保其非工作時(shí)間的狀態(tài)為關(guān)閉。接收和發(fā)送分別接單片機(jī)的串口收發(fā)引腳。RS- 485 通信模塊如圖2所示。

圖2 RS-485通信模塊

圖3 數(shù)據(jù)通道選擇模塊

2.2 數(shù)據(jù)通道選擇模塊

在測(cè)試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通道選擇模塊的主要任務(wù)是通過檢測(cè)MC9S08AW32的I/O端口的信號(hào)來控制繼電器矩陣動(dòng)作。通道選擇電路由4-16譯碼器HCC4067BF模擬開關(guān)組成。4067是16選1的模擬開關(guān)，可以發(fā)送使能信號(hào)，完成對(duì)16個(gè)鎖存器的選擇。測(cè)試系統(tǒng)使用雙向傳輸開關(guān)SN74HC245C，用于控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。SN74HC573N受通道選擇電路控制，對(duì)信號(hào)進(jìn)行鎖存。達(dá)林頓管陣列ULN2803A用于驅(qū)動(dòng)繼電器以保證正常工作。數(shù)據(jù)通道選擇模塊如圖3所示。

2.3 自檢模塊

自檢模塊使用八路模擬開關(guān)CD4051B選擇通道與總線相連，由單片機(jī)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行自檢，判斷矩陣式繼電器陣列是否正常。自檢模塊如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，核心控制器軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)和子程序嵌套技術(shù)，可節(jié)省內(nèi)存，便于程序的編制、修改、擴(kuò)充和調(diào)試。通訊協(xié)議波特率為38400，無校驗(yàn)位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位。通信采用主-從方式，主設(shè)備為上位機(jī)PC，從設(shè)備為核心控制器軟件。主機(jī)地址設(shè)定為80H，從機(jī)地址設(shè)定從01H到7FH。測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試指令由包頭、目標(biāo)地址、指令長度、本機(jī)地址、控制模式、數(shù)據(jù)信息、報(bào)錯(cuò)信息和校驗(yàn)碼（CRC16）組成。

圖4 自檢模塊

核心控制器上電或復(fù)位后即進(jìn)入主程序，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化工作，包括時(shí)鐘初始化、、I/O端口初始化、定時(shí)器初始化、RS-485通信模塊初始化等，然后使能串口接收并開接收中斷。軟件程序流程圖如圖5所示。接收數(shù)據(jù)的方式采用的是中斷方式。當(dāng)總線上有數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)觸發(fā)外部中斷即IRQ中斷，在IRQ 中斷時(shí)，讀取串口數(shù)據(jù)，并進(jìn)行CRC校驗(yàn)。如果正確，則發(fā)送RS-485通訊指令，將數(shù)據(jù)存入緩存并置位改緩沖單元標(biāo)志位。核心控制器根據(jù)通訊指令控制相應(yīng)數(shù)據(jù)通道和緩沖器的動(dòng)作。在數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，SCI狀態(tài)寄存器會(huì)置為高電平狀態(tài)，以此來判斷發(fā)送完成。接收中斷流程圖如圖6所示。

圖5 軟件程序流程圖

圖6 接收中斷流程圖

上位機(jī)軟件是本系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，采用VB6.0編寫。軟件通過完善的測(cè)試命令用于人機(jī)交互，另外通過制定通信協(xié)議控制測(cè)試系統(tǒng)。用戶通過上位機(jī)軟件設(shè)定測(cè)試項(xiàng)目，向核心控制器發(fā)送測(cè)試命令，接收下位機(jī)上傳的測(cè)試數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出測(cè)試結(jié)論。測(cè)試系統(tǒng)軟件界面設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)軟件界面設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語

測(cè)試系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，借助于矩陣?yán)^電器的靈活配置的特點(diǎn)，不需要改動(dòng)任何硬件，僅需在軟件上重新設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)多測(cè)試點(diǎn)和多路測(cè)試資源的信號(hào)互通，使得測(cè)試系統(tǒng)具有較大的靈活性和較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可靠性高，已投入到實(shí)際生產(chǎn)線中，完全能夠達(dá)到客戶要求。

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