蔡建榮 邱忠文 吳兆希 趙茂霖

摘要：本文介紹了一種運(yùn)用STC單片機(jī)來(lái)控制繼電器陣列，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)分立器件或含有多個(gè)重復(fù)單元的小型集成電路進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試系統(tǒng)，文中闡述了該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和構(gòu)建方法，并較為詳細(xì)的說(shuō)明了器件的參數(shù)的測(cè)試原理和測(cè)試過(guò)程，對(duì)解決類似分立器件或集成電路的測(cè)試問(wèn)題解決有較為實(shí)用的意義。

關(guān)鍵詞：STC單片機(jī);繼電器;測(cè)試系統(tǒng)

1 引言

隨著集成電路的品種越來(lái)越多，而且電路的集成度不斷增加，器件的引腳數(shù)也越來(lái)越多，以往測(cè)試該類器件時(shí)往往只能使用大型的綜合測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試，開(kāi)發(fā)成本較高，而且無(wú)法有效利用手中現(xiàn)有的眾多獨(dú)立的測(cè)試儀器。另外在對(duì)阻容感等分立器件進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，需要進(jìn)行多參數(shù)測(cè)試，而目前大多數(shù)獨(dú)立測(cè)試儀器僅僅只能對(duì)單一參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)往往需要多次更換測(cè)試儀器，且被測(cè)器件需要進(jìn)行多次裝夾，即讓測(cè)試效率變得低下，又可能對(duì)器件帶來(lái)二次損傷。

特別是對(duì)那些包含多個(gè)同功能的多單元多引腳的器件，重復(fù)測(cè)試單元較多，以及一些需要使用多臺(tái)獨(dú)立儀器進(jìn)行測(cè)試的電路時(shí)，我們希望有種系統(tǒng)，能將儀器像搭積木一樣，通過(guò)一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多儀器整合，一次裝夾全參數(shù)測(cè)試。為了解決這種多儀器測(cè)試或多引腳器件測(cè)試時(shí)的自動(dòng)切換問(wèn)題，提高測(cè)試效率，降低測(cè)試帶來(lái)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，我們開(kāi)發(fā)一種基于單片機(jī)的繼電器控制系統(tǒng)，來(lái)進(jìn)行儀器之間、引腳之間的切換。通過(guò)選擇適合的單片機(jī)系統(tǒng)，編寫相應(yīng)的單片機(jī)控制程序，設(shè)計(jì)可以同時(shí)控制多路繼電器的繼電器陣列板，最終實(shí)現(xiàn)這類器件的自動(dòng)切換功能。

2 測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

為了解決這類問(wèn)題，我們進(jìn)行了基于單片機(jī)的繼電器陣列控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題的研制，通過(guò)對(duì)該課題的總體方案規(guī)劃、線路設(shè)計(jì)、PCB板制作、系統(tǒng)組裝調(diào)試、技術(shù)問(wèn)題攻關(guān)等手段，我們研制出了一套能很好解決該問(wèn)題的繼電器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一套自制的編程操作控制系統(tǒng)軟件組成的上位機(jī)，一塊基于主控單片機(jī)STC8A8K64S4A12的單片機(jī)控制板組成的下位機(jī)，一塊由驅(qū)動(dòng)器UPA1600GS驅(qū)動(dòng)的繼電器控制轉(zhuǎn)接板，一塊包含32個(gè)繼電器的陣列板，以及在此系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)的多種型號(hào)的電路測(cè)試板組成。

3 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成

總體框架圖如圖1所示。

3.1 上位機(jī)的軟件工作原理

上位機(jī)作為人機(jī)接口，包含用編程語(yǔ)言Visual BASC編寫測(cè)試接口界面，以及編寫的繼電器陣列的控制規(guī)則，編寫的各種測(cè)試過(guò)程函數(shù)和具體的測(cè)試程序。編寫的具體測(cè)試程序代碼中，包括對(duì)測(cè)試儀器的控制指令和各個(gè)繼電器的控制命令。當(dāng)測(cè)試按鈕按下時(shí)，上位機(jī)開(kāi)始測(cè)試命令，軟件運(yùn)行被選擇的測(cè)試程序，執(zhí)行測(cè)試程序中設(shè)置的儀器動(dòng)作順序、時(shí)序、信號(hào)產(chǎn)生和信號(hào)測(cè)量等代碼，并通過(guò)計(jì)算機(jī)的通訊協(xié)議控制USB接口，通過(guò)hub集線器控制多臺(tái)帶程控接口的測(cè)試儀器。

同時(shí)通過(guò)USB接口控制下位機(jī)來(lái)操控繼電器的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)試器件的工作，以及各個(gè)參數(shù)的測(cè)量，測(cè)量后通過(guò)上位機(jī)軟件從測(cè)試儀器中讀取每個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)，并將測(cè)試數(shù)據(jù)和合格判據(jù)進(jìn)行比較，從而判定器件的合格性，隨后將所有的測(cè)試數(shù)據(jù)記錄在指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。這個(gè)整個(gè)過(guò)程構(gòu)成了測(cè)試系統(tǒng)的每次測(cè)量。上位機(jī)軟件工作流程圖如圖2所示。

3.2 下位機(jī)軟件工作原理是

本測(cè)試系統(tǒng)中的下位機(jī)，由一塊單片機(jī)控制板組成。我們根據(jù)單片機(jī)的原理和技術(shù)參數(shù)，選用了STC8系列單片機(jī)中的（ STC8A8K64S4A12），根據(jù)STC8A8K64S4A12單片機(jī)的引腳功能，繪制并制作了單片機(jī)控制主板和單片機(jī)控制的繼電器驅(qū)動(dòng)PCB板，擬制單片機(jī)通訊協(xié)議，編寫下位機(jī)控制程序。采用單片機(jī)專用編譯軟件uVision編寫和調(diào)試好的單片機(jī)控制程序，通過(guò)STC-ISP燒錄軟件，將USB通訊線的一端連接到上位計(jì)算機(jī)的USB接口，并將USB通訊線的另一頭連接到下位機(jī)的Micro USB接口上，這樣計(jì)算機(jī)的上位機(jī)控制程序，可以將單片機(jī)工作程序和測(cè)試程序通過(guò)USB線傳送到下位機(jī)的單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)通訊控制，完成上位機(jī)和下位機(jī)的最終聯(lián)機(jī)調(diào)試。如圖3所示。

3.3 繼電器陣列板工作原理

本測(cè)試系統(tǒng)中的繼電器控制陣列板為含有32個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)陣列PCB板。繼電器陣列板通過(guò)板上帶的96針航空插座連接到下位機(jī)的96針航空插座上，用來(lái)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)對(duì)繼電器陣列板的連接控制。由于單片機(jī)的輸出控制接口是以位控制為單位，每8個(gè)位為一個(gè)字節(jié)單位，我們根據(jù)單片機(jī)的接口功能特點(diǎn)，擬制了繼電器控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)照表和繼電器控制子函數(shù)，另外由于單片機(jī)的控制端口的驅(qū)動(dòng)能力較小，而要保證繼電器的線圈有較穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，需增加功率放大部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，我們?cè)诿總€(gè)驅(qū)動(dòng)口的后端增加了高性能MOS驅(qū)動(dòng)電路UPA1600GS，用來(lái)增加端口的驅(qū)動(dòng)帶負(fù)載能力，這樣單片機(jī)就能驅(qū)動(dòng)所有的繼電器。

3.4 器件測(cè)試板

本測(cè)試系統(tǒng)中的器件測(cè)試板，是根據(jù)器件的PDF或測(cè)試規(guī)范對(duì)需測(cè)試的參數(shù)的定義，依據(jù)本繼電器陣列測(cè)試系統(tǒng)，制作的帶有測(cè)試夾具以及儀器接口的PCB板。另外器件測(cè)試板上可以根據(jù)測(cè)試需要，制作安裝各種輔助測(cè)試電路或是專用的外部測(cè)試儀器和設(shè)備的接口。器件測(cè)試板通過(guò)板上自帶的96針的航空插座，連接到繼電器陣列板，實(shí)現(xiàn)被測(cè)器件引腳以及測(cè)試儀器與各個(gè)繼電器的連接。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口或者GPIB接口，編寫儀器專用的控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的程序控制，完成被測(cè)電路的測(cè)試。

4 測(cè)試系統(tǒng)工作原理

4.1 測(cè)試參數(shù)

對(duì)于每個(gè)具體的測(cè)試參數(shù)，需編寫相應(yīng)指令代碼，典型的測(cè)試代碼應(yīng)包含以下內(nèi)容：測(cè)試引腳定義、測(cè)試格式選取、器件電壓、測(cè)試時(shí)序、測(cè)試向量和其他測(cè)試系統(tǒng)資源，然后根據(jù)測(cè)試參數(shù)的順序，給被測(cè)試器件施加充分的激勵(lì)，器件工作后，從測(cè)試儀器上讀取測(cè)試數(shù)據(jù)，并用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以達(dá)到器件參數(shù)的功能測(cè)試。

4.2 測(cè)試過(guò)程

該測(cè)試系統(tǒng)的使用方法如下：根據(jù)器的型號(hào)選擇測(cè)試板，并將被測(cè)試的器件放入測(cè)試板的夾具中，鎖緊測(cè)試夾具后將測(cè)試板插入繼電器陣列板中，繼電器陣列板通過(guò)96針航空插座連接下位機(jī)控制底板，下位機(jī)控制底板上有一個(gè)迷你USB接口，通過(guò)USB連線接到計(jì)算機(jī)的USB口，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通訊。打開(kāi)計(jì)算機(jī)上的上位機(jī)測(cè)試軟件，點(diǎn)擊確定后進(jìn)入菜單選擇界面，找到需測(cè)試的具體測(cè)試程序，進(jìn)入程序，選擇需要測(cè)試的具體電路型號(hào)以及儀器。根據(jù)電路的需要，連接好外圍的各種儀器的測(cè)試線（如電源、示波器、信號(hào)源、數(shù)字表等），在子菜單界面中填寫測(cè)試電路的編號(hào)后點(diǎn)，擊測(cè)試按鈕，測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行電路具體參數(shù)的測(cè)試，測(cè)試完畢后測(cè)試系統(tǒng)顯示是否合格，隨后進(jìn)入下一次的測(cè)試準(zhǔn)備。集成電路測(cè)試連線圖如圖4所示。

4.3 測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)解決方法

要本實(shí)現(xiàn)本測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試功能，首先需合理的選擇單片機(jī)，研究該單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制指令，其次需合理的規(guī)劃上位機(jī)和下位機(jī)的通訊規(guī)則和協(xié)議，以及解決單片機(jī)接口的驅(qū)動(dòng)能力不足的問(wèn)題，控制線路、放大電路等功能實(shí)現(xiàn)，另外根據(jù)具體的電路繪制合理的測(cè)試線路，有效的解決電路之間相互干擾帶來(lái)的問(wèn)題，解決可能出現(xiàn)的程序跑飛和死機(jī)等問(wèn)題。最后需合理的優(yōu)化軟件代碼，提高各個(gè)測(cè)試程序的測(cè)試效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

本測(cè)試系統(tǒng)將單片機(jī)控制繼電器應(yīng)用于集成電路的測(cè)試中，目前我們通過(guò)對(duì)部分?jǐn)?shù)字電路和晶振、電阻電容電感器件等進(jìn)行了測(cè)試摸底驗(yàn)證，測(cè)試效果良好，測(cè)試效率較大幅度的提高。后續(xù)可以依附本系統(tǒng)，對(duì)不同的測(cè)試電路，繪制相應(yīng)的測(cè)試板，編寫對(duì)應(yīng)的測(cè)試程序。通過(guò)本測(cè)試系統(tǒng)，較好的解決測(cè)試中多引腳電路、多參數(shù)測(cè)試、多儀器使用的自動(dòng)切換測(cè)試問(wèn)題，提高了測(cè)試效率。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

蔡建榮（1973一），男，廣東省潮州市人。大學(xué)本科學(xué)歷，從事功率器件、模擬集成電路測(cè)試研究、開(kāi)發(fā)工作。

邱忠文（1969），男，重慶市人。大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向?yàn)樵骷y(cè)試及可靠性評(píng)價(jià)。

吳兆希（1989-），男，四川省西昌市人。碩士研究生學(xué)歷。研究方向?yàn)槟M集成電路測(cè)試開(kāi)發(fā)技術(shù)與半導(dǎo)體器件可靠性研究。

趙茂霖（1985），男，四川省閬中市人。大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向?yàn)榧呻娐窚y(cè)試。