基于STM8S207单片机的测试架系统设计

摘要：为了对电子行业中的PCB板电压进行潮试，采用STM8S207单片机控制继电器的测试架，通过PC实时检测电压并显示。通过单片机控制继电器对一些强电进行控制的实验，它可以控制5 V和12 V电压的输出和一定范围的交直流检测，并且可以通过485通信把检测的结果传送到PC机。实验结果证明，该测试架具有可以用于对不同电路适时的控制，对一些新产品的PCB板测试，在测试过程中只要把对应的XH-2连接好，就可直接在PC机上进行相应的测试，使用便捷，性能可靠。
关键词：STMSOS207M单片机；测试架；PCB电压测试；实时检测

0 引言
    随着信息科学技术的发展，工业生产扩大和产品种类的增加，在科研与生产中，检测成为每一个电子产品必不可缺少的一个环节。对测试的要求也越来越高，有时因为对一块电路板要同时测试好多功能，而无法同时检测而影响产品质量。基于STM8S207单片机的强大功能，最高fCPU可达24 MHz，基于哈佛结构并带有3级流水线扩展指令集，最高20MIPS@24 MHz。程序存储器：最多128KB FLASH，10千次擦写后在55℃环境下数据可保存20年；数据存储器：最多2 KB真正的数据E2PROM；可达30万次擦写RAM：最多6KB。时钟、复位和电源管理2．95～5．5 V工作电压灵活的时钟控制，4个主时钟源，低功率晶体振荡器，外部时钟输入，用户可调整的内部16 MHzRC，内部低功耗128 kHzRC，带有时钟监控的时钟安全保障系统，低功耗模式(等待、活跃停机、停机)，外设的时钟可单独关闭，永远打开的低功耗上电和掉电复位。带有32个中断的嵌套终端控制器，6个外部中断向量，最多37个外部中断。定时器，2个16位通用定时器，带有2+3个，CAPCOM通道(IC，OC或PWM)。高级控制定时器：16位，4个CAPCOM通道，3个互补输出，控制和灵活的同步带有8位预分频器的8位基本定时器。用STM8S207MB单片机控制可以很好的解决同时测试好多功能的测试要求，并且时时对电压进行检测。比一般的51和PIC单片机便宜，成本较低。

1 系统总体设计
1．1 系统功能设计
    通过MCU1，MCU2，MCU3三片STM8S207单片机，它们与上位机通过芯片485通信进行连接。如图1所示。其中继电器驱动，要求电流10 A以下，40路，可以驱动强电接通，也可以模拟按键，XH-2输出。80～400 V交流强电检测，16路，要求隔离检测，XH-2输入。0～24V弱电检测，16路，不要求隔离检测，XH-2输入；60～400 V直流强电检测，8路，不要求隔离检测，XH-2输入。5 V输出，要求MOS管驱动，12路，XH-2输出。12 V输出，要求MOS管驱动，12路，XH-2输出485通信，各单片机之间用芯片MAX485进行通信。主要完成功能如图1所示。硬件基本配置电路板基本构架如图2所示，这三块芯片用芯片485进行通信，然后并在一条总线上，最后用上位机控制。

1．2 通信协议
    通信的时候数据以一帧一帧传输，一帧由5个字节组成，每个字节有11位，第一位起始位，第10位奇检验，第11位当数据。由PC机向MCU传输时，第一个字节如果接收到滤波码B3H，数据开始传输，如果接收的不是B3H，单片机则不予理睬。第2个字节表示大组号和小组号，系统事先已将92路输入或者输出编号组，每一大组再分出小组，这个字节中，前3位表示大组号，001表示20路继电器输出，010表示20路继电器输出，011表示直流强电检测，100表示12 V输出，101表示弱电检测，110表示交流强电检测，后5位表示某一路的输入或者输出；第3个字节表示电路是否动作，00000001表明明电路动作了，0000000表明电路没有动作；第4个字节保留；第5个字节表示CRC中断检验。当数据由PC机向MCU传输时，第1个字节如果接收到滤波码3BH，数据开始传输，如果接收的不是3BH，单片机则不予理睬；第2个字节表示同上所述。第3第4个字节表示12位AD值。第5位表示CRC中断检验，本次通信的波特率为9 600 b／s，每个字节隔0．5ms传输，每个字节每位之间的时间间隔则为100μs。
1．3 管脚规划
    单片机STM8S207(MCU1，MCU2，MCU3)，分别控制继电器驱动和直流强电检测，5 V输出和弱电检测，12 V输出和强电检测，3块单片机用485通信，再由总芯片控制，工作电压2．95～5．5、5V。MCU1控制40路继电器驱动，强电检测(60～400 V)共52路。

2 系统硬件设计
2．1 STM8S207MB芯片特点
    它是由全球第5大半导体公司意法半导体生产的8位机，这种8位的STM8S207MB内核在设计时考虑了代码的效率和性能。它的6个内部寄存器都可以在执行程序中直接寻址。共有包括间接变址寻址和相对寻址在内的20种寻址模式和80条指令。其管脚图如图3所示。

2．2 485通信
    IC-485接口电路的主要功能是：将来自微处理器的发送信号TX通过“发送器”转换成通信网络中的差分信号，也可以将通讯网络中的差分信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RX信号。任一时刻，IC-485收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为IC-485接口电路增加一个收／发逻辑控制电路。如图5所示。微处理器的标准串行口通过RXD直接连接ICA85R芯片的RO引脚，通过TXD直接连接IC485R芯片的DI引脚。由微处理器输出的R／D信号直接控制IC485R芯片的发送器／接收器使能：R／D信号为“1”，则ICA85R芯片的发送器有效，接收器禁止，此时徽处理器可以向RS 485总线发邀数据字节；R／D信号为“0”，则SP485R芯片的发送器禁止，接收器有效，此时微处理器可以接收来自RS 485总线的数据字节。此电路中，任一时刻IC485R芯片中的“接收器”和“发送器”只能够有1个处于工作状态。连接至A引脚的上拉电阻R7、连接至B引脚的下拉电阻R8用于保证无连接的IC485R芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，以提高IC-485节点与网络的可靠性。如果将IC485R连接至微处理器STM8S207MB芯片的UART串口，则IC485R芯片的RO引脚不需要上拉；否则，需要根据实际情况考虑是否在RO引脚增加1个大约10 kΩ的上拉电阻。
2．3 其他控制电路
    在硬件设计中，还包括控制继电器驱动，如图4所示，它具有控制系统和被控制系统。通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

    当STM8S207MB单片机输出高电平时，由于电阻R7的分压作用，使三极管饱和导通，使继电器线圈通电，吸合开关，驱动外围电路。
    当STM8S207MB单片机输出低电平时，三极管截止，使继电器线圈失电，断开开关。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。
    当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
    控制80～400 V交流强电检测隔离检测，XH-2输入：
    工作原理：如图6所示，由XH-2输入80～400 V的电压，通过变压器的隔禽变压13 V，在通过4个IN4007整流二极管整流；在经过E1，C10滤波，经过电阻的分压输入单片机的AD转换引脚输入单片机，在经过一定的计算传给上位机PC显示。

    变压器TR／DB-E128／7201A的变压比K=N1／N2=30，最高电压是380 V，称为匝比(亦称电压比)。经变压器变压后的电压390／U1=1／30，得U1=13 V。经整流管整流后的电压U2=U1×1．2=15．6 V，经电阻分压后输入单片机的电压(R210／(R210+R209))×15．6=4．2 V还有其他的电压测出电路，如0～24 V弱电检测，60～400 V直流强电检测，控制5 V和12 V输出，控制5 V和12 V输出，单线接口模块，带有3级软件优先级设定的嵌套中断，时钟控制器，看门狗设计，电源管理，模数转换等等。

3 系统软件设计
    STM8单片机的C语言编译器是COSMIC，是一款专用于ST公司的单片机的编译器。包括MCU1的软件与上位机通信软件程序示，函数声明及变量定义程序、I／O口初始化程序、A／D转化初始化和延时程序、I／O输出函数、电压采样函数、看门狗函数、通信中断函数、TIM4中断函数，以TIM4中断函数为例：
    TIM4中断函数程序：
    
    

4 硬件接口连接与调试
    将STMSS207MB与外设之间进行连接并进行系统调试，在进行硬件电路的实验调试时，首先检测各电路板的主要模块之间的连通性，即保证电路连接无误，是否有电路，对系统各硬件电路进行检测，保证各模块可以正常工作，同时保证各硬件电路可以由STM8S207MB进行控制，并能保证和上位机之间能正常通信。
    (1)安装stvd软件；
    (2)将软件导入stvd，调试程序有没有错误；
    (3)如果没有错误，就可以用仿真器在程序通过SWIN烧入单片机；
    (4)在把已经通过stvd调试的程序植入硬件电路中，仿真看一下是否跟预期效果相同。

5 结语
    基于STM8S207MB有高性能内核，抗干扰能力强，品质安全可靠。领先的130 nm制造工艺，优异的性价比。程序空间从4～128 KB，芯片选择从20脚到80脚，宽范围产品系列。
    系统成本低，内嵌E2PROM和高精度RC震荡器。开发容易，拥有本地工具支持。由于使用环境、成本等因素，该测试车架—控制继电器驱动，控制电流10 A以下，可以控制40路，可以驱动强电接通，也可以模拟按键，XH-2输出；80～400 V交流强电检测，可以检测16路，隔离检测，XH-2输入。
    0～24 V弱电检测，最多可以检测16路，不隔离检测，XH-2输入；60～400 V直流强电检测，最多可检测8路，不隔离检测，XH-2输入。5 V输出，MOS管驱动，可以输出12路，XH-2输出；12 V输出，要求MOS管驱动，可以输出12路，XH-2出，485通信，各单片机与PC之间用芯片MAX 485进行通信，PC可以实时的对检测的电压进行显示。
    该测试架可以特别适用电子行业，对PCB板的测试。实验结果证明测试架可以获得基本功能如下：
    (1)继电器驱动，控制电流10 A以下，最多控制40路，可以驱动强电接通，也可以模拟按键，XH-2输出；
    (2)80～400 V交流强电检测，最多可以检测16路，隔离检测，XH-2输入；
    (3)0～24 V弱电检测，最多可以检测16路，不隔离检测，XH-2输入；
    (4)60～400 V直流强电检测，最多可检测8路，不隔离检测，XH-2输入；
    (5)5 V输出，MOS管驱动，最多可以输出12路，XH-2输出；
    (6)12 V输出，要求MOS管驱动，最多可以输出12路，XH-2出；
    (7)485通信，各单片机与PC之间用芯片
    MAX485进行通信。应用程序以C语言编写，充分利用芯片资源，提高代码的利用效率，减小代码容量，采用去极值平均数字滤波算法对经过A／D转换后的数字信号进行滤波处理。这种方法即可虑去脉冲干扰又可滤去小的随机干扰，不但最大限度地排除现场噪音干扰，降低电压的误测概率。