陳 功，潘 柳，明治中

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）

0引言

在電子元器件的檢測(cè)篩選中，大功率電阻的篩選流程一直與小功率電阻相同，僅進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)，而沒(méi)有進(jìn)行功率老化試驗(yàn)。由于大功率電阻的制作工藝、材料和用途等與小功率電阻相差很大，如不對(duì)它進(jìn)行老化試驗(yàn)，很難保證在重大工程上應(yīng)用的穩(wěn)定性和可靠性。因此，必須進(jìn)行大功率電阻的老化試驗(yàn)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)試驗(yàn)電阻進(jìn)行加電，使其工作在額度的功率狀態(tài)下，試驗(yàn)完成后再檢查其電阻值是否滿(mǎn)足要求。而要開(kāi)展該項(xiàng)工作，間隙老化的時(shí)間控制問(wèn)題就成為開(kāi)展此項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5729-2003《電子設(shè)備用固定電阻器 第1部分：總規(guī)范》中4.25.1.3條的規(guī)定，電阻的功率老化工作與其他器件的老化工作不同，是間隙工作的[1]。即應(yīng)該1.5h通電（老化時(shí)間）和0.5h斷電（間隙時(shí)間）周期性地施加電壓到電阻上，并持續(xù)48h（老化周期）。所以大功率電阻的老化篩選試驗(yàn)需要一個(gè)時(shí)間控制單元，并且同時(shí)顯示老化狀態(tài)、老化實(shí)時(shí)時(shí)間、對(duì)于故障電阻進(jìn)行判斷。針對(duì)這種情況，利用現(xiàn)有的三極管老化平臺(tái)，進(jìn)行相關(guān)研究，研制了老化控制板。

1 系統(tǒng)及老化板工作原理

1.1 系統(tǒng)硬件組成及老化原理

該系統(tǒng)由老化平臺(tái)、程控電源、PC、老化控制板組成（如圖1）。老化平臺(tái)共有4個(gè)單獨(dú)的分區(qū)，單獨(dú)的水冷系統(tǒng)，確保電阻不會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而損壞或變色。每個(gè)區(qū)可以擺放18只電阻，并且由4組電源分別對(duì)其供電，每個(gè)區(qū)每個(gè)被測(cè)件的電壓、電流可在PC上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。程控電源輸出試驗(yàn)電阻所需的電壓和電流，通過(guò)老化控制板控制其輸出到老化平臺(tái)。PC機(jī)實(shí)時(shí)讀取老化平臺(tái)的每個(gè)被測(cè)件的電壓、電流，從而得出該器件的功率，并進(jìn)行數(shù)字或曲線(xiàn)顯示。而老化控制板控制老化的時(shí)間參數(shù)值，檢查老化平臺(tái)上被測(cè)件的狀態(tài)，發(fā)生異常，立即切斷電源并通過(guò)蜂鳴器報(bào)警提示；當(dāng)老化順利完成后，控制板切斷程控電源，并通過(guò)蜂鳴器報(bào)警提示任務(wù)完成。同時(shí)顯示當(dāng)前老化狀態(tài)、時(shí)間。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.2 老化控制板原理

控制板由鍵盤(pán)、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路、蜂鳴器報(bào)警、溫度檢測(cè)電路與單片機(jī)集成電路組成，如圖2所示。

圖2 控制板框圖

通過(guò)鍵盤(pán)控制老化的各時(shí)間參數(shù)、啟動(dòng)老化程序、切換顯示狀態(tài)。而溫度檢測(cè)部分，采用“一線(xiàn)總線(xiàn)”數(shù)字化溫度傳感器DS18B20[2]，設(shè)置分辨率為0.5℃，當(dāng)檢測(cè)到老化平臺(tái)中電阻的溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，立即通過(guò)單片機(jī)控制繼電器驅(qū)動(dòng)電路，從而切斷該老化區(qū)的供電電源，即停止老化，并且通過(guò)蜂鳴器報(bào)警電路進(jìn)行提示。而繼電器驅(qū)動(dòng)電路，是通過(guò)單片機(jī)控制進(jìn)而控制程控電源的輸出，在老化周期內(nèi)，通過(guò)老化控制板來(lái)控制電源輸出的開(kāi)啟和斷開(kāi)。

單片機(jī)采用Atmel公司的AT89S52[3]，是一種低功耗、高性能CMOS 8位微處理器，具有8 KB可編程Flash存儲(chǔ)器，采用了高密度存儲(chǔ)技術(shù)，并且在編程指令上與MCS-51系列單片機(jī)兼容。該芯片還具有如下功能：256 Byte RAM，32位I/O線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級(jí)中斷，1個(gè)雙工通信的串口，芯片內(nèi)置振蕩器和時(shí)鐘電路。除此之外還支持靜態(tài)邏輯工作在0Hz，兩種軟件節(jié)能模式，在空閑模式下，CPU停止工作，但RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷系統(tǒng)仍能正常工作；在掉電模式下，自動(dòng)保存RAM中的內(nèi)容，停止振蕩器和其他功能工作，當(dāng)有中斷或復(fù)位后，才恢復(fù)正常工作。由于其功能強(qiáng)大，為許多嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用提供高靈活、超有效的解決方案。

該設(shè)計(jì)利用AT89S52中的Flash存儲(chǔ)器，將編譯好的軟件程序載入其中，通過(guò)軟件控制用端口P3對(duì)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；P2對(duì)“一線(xiàn)總線(xiàn)”數(shù)字化溫度傳感器DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)操作，從而完成溫度數(shù)據(jù)采集[4]；P1則控制繼電器驅(qū)動(dòng)電路；P0口處理老化的相應(yīng)時(shí)間參數(shù)，并送到顯示屏顯示，在顯示處理和計(jì)時(shí)處理時(shí)，采用AT89S52內(nèi)部16位定時(shí)器和中斷[5-10]。

2 控制板軟件設(shè)計(jì)

該控制軟件有老化參數(shù)設(shè)置、鍵盤(pán)掃描、溫度檢測(cè)、延時(shí)處理。軟件首先對(duì)老化的初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后進(jìn)入鍵盤(pán)掃描，處理完成后再進(jìn)行溫度檢測(cè)，之后進(jìn)行延時(shí)處理，再在鍵盤(pán)掃描、溫度檢測(cè)、延時(shí)處理之間循環(huán)執(zhí)行，直到試驗(yàn)任務(wù)完成或有異常情況終止。軟件流程如圖3。

圖3 軟件流程框圖

2.1 老化參數(shù)設(shè)置

控制板加電后，將初始化老化時(shí)間、間隙時(shí)間、老化周期的時(shí)間（默認(rèn)依次為1.5，0.5，48h），同時(shí)在顯示器的前兩位顯示.tt（總共需要的時(shí)間），此時(shí)按控制板上鍵盤(pán)區(qū)的“開(kāi)始”鍵后，系統(tǒng)將按默認(rèn)的老化參數(shù)進(jìn)行，顯示屏上將顯示已用時(shí)間的小時(shí)位、分鐘位。如果用戶(hù)需要自己定義參數(shù)，此時(shí)可以直接通過(guò)鍵盤(pán)上的數(shù)字進(jìn)行輸入相應(yīng)的參數(shù)，每個(gè)參數(shù)最大為99h 99min，如果輸入錯(cuò)誤，可立即通過(guò)“刪除”鍵刪除錯(cuò)誤數(shù)字位，然后重新輸入。當(dāng)確認(rèn)輸入正確后，按“確認(rèn)”鍵將載入剛才的輸入，同時(shí)自動(dòng)切換到下一輸入狀態(tài)。當(dāng)3個(gè)參數(shù)都輸入完成后，按“開(kāi)始”鍵將按用戶(hù)定義的參數(shù)進(jìn)行老化試驗(yàn)。

2.2 鍵盤(pán)掃描、溫度檢測(cè)、延時(shí)處理

當(dāng)開(kāi)始老化試驗(yàn)時(shí)，首先進(jìn)行的是對(duì)試驗(yàn)電阻加電，即按老化用戶(hù)選擇的時(shí)間參數(shù)進(jìn)行，顯示屏上顯示的是已用時(shí)間。然后檢查是否有顯示方式切換“模式”鍵按下，如果有則切換到下一狀態(tài)，顯示剩余時(shí)間lt，倘若再次按下該鍵，將顯示此時(shí)老化總共需要的時(shí)間tt。通過(guò)該鍵控制顯示屏中這3個(gè)參數(shù)間的顯示，并且依次在3種狀態(tài)間切換。一旦老化計(jì)時(shí)開(kāi)始后，除“模式”鍵外均被鎖定，不會(huì)因?yàn)檎`按鍵盤(pán)上的按鍵而使試驗(yàn)出現(xiàn)異常。

溫度檢測(cè)部分，分別檢測(cè)4個(gè)老化區(qū)中的電阻是否出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。當(dāng)檢測(cè)到其中某只電阻溫度高于設(shè)置的溫度上限時(shí)，程序?qū)⒘⒓搓P(guān)閉電源輸出停止老化試驗(yàn)，同時(shí)通過(guò)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警提示，如果在已用時(shí)間模式下，將顯示已用的時(shí)間。此時(shí)只有排除故障后，重新進(jìn)行老化試驗(yàn)，用戶(hù)可根據(jù)老化試驗(yàn)總共時(shí)間減去已用時(shí)間重新進(jìn)行。該部分的溫度限值是實(shí)際試驗(yàn)環(huán)境條件進(jìn)行測(cè)試后得到的結(jié)果。

然后將依次進(jìn)行時(shí)間處理，處理小時(shí)、分鐘和秒的相關(guān)進(jìn)位與降位。對(duì)于已有時(shí)間將進(jìn)行進(jìn)位處理，而對(duì)于剩余時(shí)間則進(jìn)行降位處理。之后將判斷是否進(jìn)行老化狀態(tài)的切換，是否從老化時(shí)間轉(zhuǎn)到間隙時(shí)間，或從間隙時(shí)間轉(zhuǎn)到老化時(shí)間。

當(dāng)老化試驗(yàn)完成后，控制板將關(guān)閉程控電源，通過(guò)蜂鳴器報(bào)警提示此次任務(wù)已經(jīng)完成，同時(shí)顯示屏上顯示的已用時(shí)間將是用戶(hù)設(shè)置的總共需要的時(shí)間，如果是剩余時(shí)間將顯示為零。

3 軟件運(yùn)行環(huán)境

軟件的設(shè)計(jì)是基于Keil uVision3環(huán)境（如圖4）[11]，該平臺(tái)支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言?xún)煞N，具有進(jìn)行代碼的編譯、連接、仿真等多種功能，而此次設(shè)計(jì)是基于C語(yǔ)言。通過(guò)選擇相應(yīng)的單片機(jī)AT89S52，輸入在實(shí)際電路中的單片機(jī)外接晶體頻率，輸入編譯后生成的文件名。當(dāng)代碼編譯成功后，將按用戶(hù)設(shè)置的產(chǎn)生以HEX為后綴名的文件。通過(guò)ISP軟件及相應(yīng)下載硬件（如圖5），便可以將該文件燒錄到單片機(jī)AT89S52中。

4 實(shí)驗(yàn)

4.1 控制板時(shí)間準(zhǔn)確性驗(yàn)證

設(shè)計(jì)要求控制板在控制老化時(shí)間、間隙時(shí)間、老化周期時(shí)間時(shí)誤差均在5s內(nèi)。

圖4 Keil uVision3界面

圖5 PROGISP下載界面

在大功率電阻的老化過(guò)程中，用HTC（臺(tái)灣宏達(dá)電）公司生產(chǎn)的秒表計(jì)數(shù)器PC395對(duì)間隙時(shí)間控制器發(fā)出的控制信號(hào)進(jìn)行了多次測(cè)試，其通電1.5h、斷電0.5 h和老化周期48 h的時(shí)間誤差均在5 s內(nèi)（實(shí)際最大誤差為4.38s），滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求。表1給出了多次測(cè)量時(shí)誤差最大的1次數(shù)據(jù)。

表1 時(shí)間參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)

4.2 異常處理的響應(yīng)性驗(yàn)證

當(dāng)溫度高于設(shè)置的上限時(shí)，控制蜂鳴器發(fā)聲進(jìn)行提示，并且通過(guò)控制繼電器關(guān)閉電源輸出。于是，在顯示屏上顯示其中一個(gè)溫度傳感器的溫度值，同時(shí)用另一個(gè)溫度計(jì)與其放在相同的環(huán)境中，緩慢增加溫度，觀測(cè)兩者的溫度在1℃的誤差范圍內(nèi)。當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)置的上限時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，測(cè)量單片機(jī)控制繼電器的端口信號(hào)，與設(shè)計(jì)的理論值相同，說(shuō)明控制正確。對(duì)于其他的溫度傳感器，采用同種方法，進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證，均符合設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于其他如按鍵控制、數(shù)字輸入、任務(wù)完成等狀態(tài)均進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，每項(xiàng)均符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

利用現(xiàn)有的三極管老化平臺(tái)，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)AT89S52控制的大功率電阻老化控制板。通過(guò)Keil uVision3集成平臺(tái)，利用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)的控制程序設(shè)計(jì)，利用PROGISP軟件將控制代碼燒錄到單片機(jī)中。通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證與修改，最終使控制老化時(shí)間、間隙時(shí)間、老化周期時(shí)間誤差均在5s內(nèi)，并驗(yàn)證該控制板對(duì)老化異常處理的正確性。

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