基于STM8S207單片機的測試架系統設計

摘 要：為了對電子行業中的PCB板電壓進行測試，采用STM8S207單片機控制繼電器的測試架，通過PC實時檢測電壓并顯示。通過單片機控制繼電器對一些強電進行控制的實驗，它可以控制5 V和12 V電壓的輸出和一定范圍的交直流檢測，并且可以通過485通信把檢測的結果傳送到PC機。實驗結果證明，該測試架具有可以用于對不同電路適時的控制，對一些新產品的PCB板測試，在測試過程中只要把對應的XH2連接好，就可直接在PC機上進行相應的測試，使用便捷，性能可靠。

關鍵詞：STM80S207M單片機； 測試架； PCB電壓測試； 實時檢測

中圖分類號：TN191934； TP206 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X（2012）22013805

0 引 言

隨著信息科學技術的發展，工業生產擴大和產品種類的增加，在科研與生產中，檢測成為每一個電子產品必不可缺少的一個環節。對測試的要求也越來越高，有時因為對一塊電路板要同時測試好多功能，而無法同時檢測而影響產品質量。基于STM8S207單片機的強大功能，最高fCPU可達24 MHz，基于哈佛結構并帶有3級流水線擴展指令集，最高20 MIPS@24 MHz［13］。程序存儲器：最多128 KB FLASH，10千次擦寫后在55 ℃環境下數據可保存20年；數據存儲器：最多2 KB真正的數據E2PROM［4］；可達30萬次擦寫RAM：最多6 KB。時鐘、復位和電源管理2.95～5.5 V工作電壓靈活的時鐘控制，4個主時鐘源，低功率晶體振蕩器，外部時鐘輸入，用戶可調整的內部16 MHzRC，內部低功耗128 kHzRC，帶有時鐘監控的時鐘安全保障系統，低功耗模式（等待、活躍停機、停機），外設的時鐘可單獨關閉，永遠打開的低功耗上電和掉電復位［5］。帶有32個中斷的嵌套終端控制器，6個外部中斷向量，最多37個外部中斷。定時器，2個16位通用定時器，帶有2+3個，CAPCOM通道（IC，OC或PWM）。高級控制定時器：16位，4個CAPCOM通道，3個互補輸出，控制和靈活的同步帶有8位預分頻器的8位基本定時器［67］。用STM8S207MB單片機控制可以很好的解決同時測試好多功能的測試要求，并且時時對電壓進行檢測。比一般的51和PIC單片機便宜，成本較低［8］。

1 系統總體設計

1.1 系統功能設計

通過MCU1，MCU2，MCU3三片STM8S207單片機，它們與上位機通過芯片485通信進行連接。如圖1所示。其中繼電器驅動，要求電流10 A以下，40路，可以驅動強電接通，也可以模擬按鍵，XH2輸出。80～400 V交流強電檢測，16路，要求隔離檢測，XH2輸入。0～24 V弱電檢測，16路，不要求隔離檢測，XH2輸入。60～400 V直流強電檢測，8路，不要求隔離檢測，XH2輸入。5 V輸出，要求MOS管驅動，12路，XH2輸出。12 V輸出，要求MOS管驅動，12路，XH2輸出485通信，各單片機之間用芯片MAX485進行通信。主要完成功能如圖1所示。硬件基本配置電路板基本構架如圖2所示。這三塊芯片用芯片485進行通信，然后并在一條總線上，最后用上位機控制。

1.2 通信協議

通信的時候數據以一幀一幀傳輸，一幀由5個字節組成，每個字節有11位，第一位起始位，第10位奇檢驗，第11位當數據。由PC機向MCU傳輸時，第一個字節如果接收到濾波碼B3H，數據開始傳輸，如果接收的不是B3H，單片機則不予理睬［9］。第2個字節表示大組號和小組號，系統事先已將92路輸入或者輸出編號組，每一大組再分出小組，這個字節中，前3位表示大組號，001表示20路繼電器輸出，010表示20路繼電器輸出，011表示直流強電檢測，100表示12 V輸出，101表示弱電檢測，110表示交流強電檢測，后5位表示某一路的輸入或者輸出；第3個字節表示電路是否動作，00000001表明明電路動作了，0000000表明電路沒有動作；第4個字節保留；第5個字節表示CRC中斷檢驗。當數據由PC機向MCU傳輸時，第1個字節如果接收到濾波碼3BH，數據開始傳輸，如果接收的不是3BH，單片機則不予理睬；第2個字節表示同上所述。第3第4個字節表示12位AD值。第5位表示CRC中斷檢驗.本次通信的波特率為9 600 b/s，每個字節隔0.5 ms傳輸，每個字節每位之間的時間間隔則為100 μs。

1.3 管腳規劃

單片機STM8S207（MCU1，MCU2，MCU3），分別控制繼電器驅動和直流強電檢測，5 V輸出和弱電檢測，12 V輸出和強電檢測，3塊單片機用485通信，再由總芯片控制，工作電壓2.95～5.5 V［10］。MCU1控制40路繼電器驅動，強電檢測（60～400 V）共52路。

2 系統硬件設計

2.1 STM8S207MB芯片特點

它是由全球第5大半導體公司意法半導體生產的8位機，這種8位的STM8S207MB內核在設計時考慮了代碼的效率和性能［11］。它的6個內部寄存器都可以在執行程序中直接尋址。共有包括間接變址尋址和相對尋址在內的20種尋址模式和80條指令。其管腳圖如圖3所示。

2.2 485通信

IC485接口電路的主要功能是：將來自微處理器的發送信號TX通過“發送器”轉換成通信網絡中的差分信號，也可以將通訊網絡中的差分信號通過“接收器”轉換成被微處理器接收的RX信號［12］。任一時刻，IC485收發器只能夠工作在“接收”或“發送”兩種模式之一，因此，必須為IC485接口電路增加一個收/發邏輯控制電路。如圖5所示。微處理器的標準串行口通過RXD直接連接IC485R芯片的RO引腳，通過TXD直接連接IC485R芯片的DI引腳。由微處理器輸出的R/D信號直接控制IC485R芯片的發送器/接收器使能：R/D信號為“1”，則IC485R芯片的發送器有效，接收器禁止，此時微處理器可以向RS 485總線發送數據字節；R/D信號為“0”，則SP485R芯片的發送器禁止，接收器有效，此時微處理器可以接收來自RS 485總線的數據字節。此電路中，任一時刻IC485R芯片中的“接收器”和“發送器”只能夠有1個處于工作狀態。連接至A引腳的上拉電阻R7、連接至B引腳的下拉電阻R8用于保證無連接的IC485R芯片處于空閑狀態，提供網絡失效保護，以提高IC485節點與網絡的可靠性。如果將IC485R連接至微處理器STM8S207MB芯片的UART串口，則IC485R芯片的RO引腳不需要上拉；否則，需要根據實際情況考慮是否在RO引腳增加1個大約10 kΩ的上拉電阻。

IC485接口電路收/發邏輯控制電路2.3 其他控制電路

在硬件設計中，還包括控制繼電器驅動，如圖4所示，它具有控制系統和被控制系統。通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。

當STM8S207MB單片機輸出高電平時，由于電阻R7的分壓作用，使三極管飽和導通，使繼電器線圈通電，吸合開關，驅動外圍電路。

當STM8S207MB單片機輸出低電平時，三極管截止，使繼電器線圈失電，斷開開關。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。

當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態的靜觸點稱為“常閉觸點”。

控制80～400 V交流強電檢測隔離檢測，XH2輸入：

工作原理：如圖6所示，由XH2輸入80～400 V的電壓，通過變壓器的隔離變壓13 V，在通過4個IN4007整流二極管整流，在經過E1，C10濾波，經過電阻的分壓輸入單片機的AD轉換引腳輸入單片機，在經過一定的計算傳給上位機PC顯示。

變壓器TR/DBE128/7201A的變壓比K=N1/N2=30，最高電壓是380 V， 稱為匝比（亦稱電壓比）。經變壓器變壓后的電壓390/U1=1/30，得U1=13 V。經整流管整流后的電壓U2=U1×1.2=15.6 V，經電阻分壓后輸入單片機的電壓（R210/（R210+R209））×15.6=4.2 V還有其他的電壓測出電路，如0～24 V弱電檢測，60～400 V直流強電檢測， 控制5 V和12 V輸出， 控制5 V和12 V輸出，單線接口模塊，帶有3級軟件優先級設定的嵌套中斷，時鐘控制器，看門狗設計，電源管理，模數轉換等等。

3 系統軟件設計

STM8單片機的C語言編譯器是COSMIC，是一款專用于ST公司的單片機的編譯器。包括MCU1的軟件與上位機通信軟件程序示，函數聲明及變量定義程序、I/O口初始化程序、A/D轉化初始化和延時程序、I/O輸出函數、電壓采樣函數、看門狗函數、通信中斷函數、TIM4中斷函數，以TIM4中斷函數為例：

圖6 控制80～400 V交流強電檢測隔離檢測原理圖TIM4中斷函數程序：

@far @interrupt void TIM4_UPD_OVF_IRQHandler（void）

{

TIM4>SR1 = 0x00；

//清除更新標志；

ncount++；

if（ncount>=250）

{

GPIOD>ODR = GPIOD>ODR ^ 0x10；

//將PD4反相

ncount=0；

}

TIM4>IER = 0x00；

}

void delay（unsigned int count）

{

while（count）；

}

void TIM4_delay（void）

{TIM4>IER = 0x00；

//禁止中斷

TIM4>EGR = 0x01；

//允許產生更新事件

TIM4>PSCR = 0x04；

//計數器時鐘=主時鐘/128=2 MHz/16

TIM4>ARR = 249；

//設定重裝載時的寄存器值，255是最大值

//TIM4>CNTR = 255；

//設定計數器的初值

//定時周期=（ARR+1）8=2 000 μs

TIM4>CR1 = 0x01；

//b0 = 1，允許計數器工作

//b1 = 0，允許更新

//設置控制器，啟動定時器

TIM4>IER = 0x01；

}

voidmain（）

{int a；

CLK>SWR = 0xE1；

//選擇芯片內部的16 MHz的RC振蕩器為？

IO_Init（）；

AD_Init（）；

UART1Init（）；

while（1）

{

DO_output（a）；

if（++voltage_channel_ptr>=voltage_channel_total）

{

voltage_channel_ptr=0；

}

sample_loop（voltage_channel［voltage_channel_ptr］，50）；

}

4 硬件接口連接與調試

將STM8S207MB與外設之間進行連接并進行系統調試，在進行硬件電路的實驗調試時，首先檢測各電路板的主要模塊之間的連通性，即保證電路連接無誤，是否有電路，對系統各硬件電路進行檢測，保證各模塊可以正常工作，同時保證各硬件電路可以由STM8S207MB進行控制，并能保證和上位機之間能正常通信。

（1） 安裝stvd軟件；

（2） 將軟件導入stvd，調試程序有沒有錯誤；

（3） 如果沒有錯誤，就可以用仿真器在程序通過SWIN燒入單片機；

（4） 在把已經通過stvd調試的程序植入硬件電路中，仿真看一下是否跟預期效果相同。

5 結 語

基于STM8S207MB有高性能內核， 抗干擾能力強，品質安全可靠。領先的130 nm制造工藝，優異的性價比。程序空間從4～128 KB，芯片選擇從20腳到80腳，寬范圍產品系列。

系統成本低，內嵌E2PROM和高精度RC震蕩器。開發容易，擁有本地工具支持。由于使用環境、成本等因素，該測試車架－控制繼電器驅動，控制電流10 A以下，可以控制40路，可以驅動強電接通，也可以模擬按鍵，XH2輸出；80～400 V交流強電檢測，可以檢測16路，隔離檢測，XH2輸入。

0～24 V弱電檢測，最多可以檢測16路，不隔離檢測，XH2輸入；60～400 V直流強電檢測，最多可檢測8路，不隔離檢測，XH2輸入。5 V輸出，MOS管驅動，可以輸出12路，XH2輸出；12 V輸出，要求MOS管驅動，可以輸出12路，XH2出。485通信，各單片機與PC之間用芯片MAX 485進行通信，PC可以實時的對檢測的電壓進行顯示。

該測試架可以特別適用電子行業，對PCB板的測試。實驗結果證明測試架可以獲得基本功能如下：

（1） 繼電器驅動，控制電流10 A以下，最多控制40路，可以驅動強電接通，也可以模擬按鍵，XH2輸出；

（2） 80～400 V交流強電檢測，最多可以檢測16路，隔離檢測，XH2輸入；

（3） 0～24 V弱電檢測，最多可以檢測16路，不隔離檢測，XH2輸入；

（4） 60～400 V直流強電檢測，最多可檢測8路，不隔離檢測，XH2輸入；

（5） 5 V輸出，MOS管驅動，最多可以輸出12路，XH2輸出；

（6） 12 V輸出，要求MOS管驅動，最多可以輸出12路，XH2出；

（7） 485通信，各單片機與PC之間用芯片MAX485進行通信。應用程序以C語言編寫，充分利用芯片資源，提高代碼的利用效率，減小代碼容量，采用去極值平均數字濾波算法對經過A/D轉換后的數字信號進行濾波處理。這種方法即可慮去脈沖干擾又可濾去小的隨機干擾，不但最大限度地排除現場噪音干擾，降低電壓的誤測概率。

參 考 文 獻

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作者簡介： 王 娟 女，1982年出生，碩士，講師。研究方向為機電一體化。