測溫電路全溫區自動測試系統設計

肖 薇，張 雷

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

1 引 言

為完成某型號12位測溫電路在-55℃～85℃溫度區間內的測溫誤差電參數測試任務，原有測試系統采用拉溫試驗的方式，將測試電路與試驗板同時置于溫箱中進行測試[1]，每只電路測試時間為282分鐘，不能滿足大批量生產測試需要。如為了節省時間采取抽樣測試，則又無法剔除個別溫度點超差的故障電路。故此，為滿足質量要求，同時提高生產效率，降低成本，研制測溫電路全溫區測試系統，滿足質量和效率需求[2]。

2 系統設計

測溫電路全溫區測試系統采用系統集成方式，分為上位機、下位機、測試板、程控電源和萬用表五部分。以上位機為核心，由其集中控制測試板上的下位機及可編程多路電源協同工作，給測試板施加控制激勵并采集測溫電路輸出結果，同時自動生成測試報表，完成模塊參數測試任務。測溫電路全溫區測試系統組成框圖如圖1所示。

圖1 測溫電路全溫區測試系統組成框圖

3 硬件設計

下位機（C8051F410）經由 D/A（MAX541）將 16位數字信號轉換為電壓信號代替溫度傳感器信號，通過改變測溫電路溫度測量引腳輸入電壓的方式，達到在整個測溫區間（-55℃～85℃）實現測溫電路輸出結果測量的效果[3-4]。CPLD作為邏輯控制芯片，實現測溫電路輸出串并轉換及數據處理功能。

3.1 DAC數模轉換模塊設計

采用2.048V穩壓芯片輸出電壓作為MAX541的基準。單片機輸出的設定電壓值DA_DATA_D經由光耦隔離后以DA_DATA_A作為MAX541設定值輸入，由MAX541將數字溫度設定值轉換為模擬電壓信號由DA_OUT輸入至被測測溫電路溫度輸入引腳[5]。DAC數模轉換模塊硬件原理如圖2所示。

圖2 DAC數模轉換模塊電路原理圖

3.2 單片機及CPLD控制模塊設計

采用C8051F410單片機及EPM7128S可編程邏輯器件作為下位機核心控制器，外接RS232串口通訊電路、電源電路、JTAG下載電路等部分。測試時，單片機從輸出-55℃/85℃時對應的16位數字量開始，逐步提升/降低輸入電壓信號[6]。同時由CPLD采集12位被測溫度修正電路的溫度測量結果Q1～Q12，進行數字邏輯轉換后通過DDAT反饋給單片機，實現全溫區測溫誤差監測。單片機及CPLD控制模塊硬件設計原理圖如圖3、圖4所示。

圖3 單片機控制模塊電路原理圖

圖4 CPLD控制模塊電路原理圖

4 軟件設計

4.1 上位機軟件設計

上位機軟件采用VC 2005進行設計和編寫，通過設備的通訊協議，借助簡潔且功能完善的界面，完成上位機、測試設備及下位機的通訊，實現對下位機、可編程多路電源及萬用表的控制，完成測試誤差的全溫區自動測試，獲取并顯示相應的測試數據，測試完成后自動生成報表。上位機主要實現以下功能：

(1)提供便于交互的GUI控制界面；

(2)通信協議的建立；

(3)上位機、下位機指令與數據交互；

(4)測試數據的讀取、分析、存儲及顯示；

(5)多路電源輸出控制；

(6)控制指令發出及測試邏輯實現；

(7)測試結果圖形化顯示；

(8)自動生成、打印測試數據報表。

上位機軟件主要函數流程圖如圖5所示。

圖5 上位機軟件主要函數流程圖

4.2 下位機軟件設計

下位機軟件采用KEIL C編寫，運行于以C8051F410為核心的硬件平臺上。下位機軟件設計由輸出信號控制部分、信號采集部分、數據轉換部分、通訊部分等組成[7]。輸出信號控制部分在上位機的命令下控制輸出16位D/A激勵信號，使測溫電路輸出特定溫度數據；信號采集部分負責采集測溫電路輸出數據[8]；數據轉換部分執行測溫電路數據處理；通訊部分實現與上位機指令、數據的互傳。

啟動程序后，系統首先進行初始化，并設置時鐘、串口及異常中斷。判斷是否接收到上位機控制信號，如是，則啟動測試，向下位機發送激勵控制信號，并讀取測溫電路輸出數據，經處理后將結果上傳給上位機；如否，則繼續等待上位機指令。下位機軟件流程圖如圖6所示。

圖6 下位機軟件流程圖

5 系統測試

啟動程序后，全溫區測試系統會判斷程序是否多次啟動，如果已經啟動了程序，則彈出“同一程序不可多次啟動”對話框。啟動成功后，點擊“建立連接”，測試所有設備通訊狀態。通訊成功后會彈出“連接成功”對話框。填寫和選擇樣品編號、試驗項目、三溫選擇、組別等測試產品相關信息。如果要進行全溫區升降溫測試，點擊“自動測試”；如果要進行單項測試，點擊相應的測試項。“單步測試”可以針對設定值所在溫度點進行單次測試。相應的測試及界面顯示情況如圖7、圖8和圖9所示。

圖7 上位機軟件操作界面

圖8 合格電路測試效果圖

圖9 不合格電路測試效果圖

測試完成后，點擊“超限溫度點”將彈出警告和超限的溫度點。點擊“保存圖像”或“生成Excel”，會在默認路徑（測試程序所在路徑下）生成測溫圖形或自動測試報表如圖10所示。測試系統實物圖如圖11所示。

圖10 自動生成測試數據報表

圖11 測試系統實物圖

6 結 束 語

本測試系統可實現測溫電路在全溫區內升降溫共計282個溫度點測溫誤差的自動測試任務并自動生成測試報表，同時兼容其它溫度轉換電路產品。每只電路測試時間由原來拉溫試驗的最少282分鐘減少到70秒，效率提高240倍。在大幅度提高測試速度的同時，測試準確度也大幅提高，能更有力地保障產品質量。該系統的完成，降低了人工成本，避免人工讀數造成的測試誤差，同時提高生產效率，能勝任長時間、不間斷、大批量測試需要。