微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计和实现论文(编辑修改稿)

微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计和实现论文(编辑修改稿)内容摘要：

8 230～ 231. 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 11 该测试系统的基本原理是：利用 AVR 单片机（ ATmega16L）自带的模数转换器对被测对象（频率、电压、电流等）进行采样，然后对采样数据进行处理 ，并最终将处理结果通过液晶显示屏、蜂鸣器、 LED 指示灯等设备呈现出来。 在测试期间， AVR 单片机会做出相应的控制以方便测量的进行，比如控制模拟手柄 电路，模拟手柄的工作方式， 从而 逐步测试 TC161 在不同工作模式下的电 压和电流。 由于测试只需检验被测板是否合格，因而测试系统采取的是连续测试方式，这大大降低了测试的周期，满足了流水作业的需要。 下面简述框图中的几个主要模块： 1． ATmaga16 单片机 ATMEL 公司的 magaAVR 单片机不但性能优越，同时也有非常好的性能价格比。 ATmega16 是中档型的 AVR 芯片，它的引脚数为 40，在片内集成了 1K 字节的 SRAM， 16K 字节的 Flash， 512 字节的 2E PROM，两个 8 位和 1 个 16 位共 3个超强功能的定时 /计算器，以及 USART、 SPI、多路 10 位 ADC、 WDT、 RTC、ISP、 IAP、 TWI、片内高精度 RC 振荡器等多种功能的接口和特性，较全面的体现了 AVR 的特点，不仅适合对 AVR 了解和使用的入门起步学习，同时也满足一般的普通应用，在实际中得到了大量的使用 [5]。 考虑到测试时需要用到定时器、外部中断口以及众多的 ADC 口，因此作者最终选择了 ATmega16 作为主控芯片。 2． 交流信号频率 采集 考虑到 mega16 的 3 个定时计数器引脚可能会全部都被占用，因而在被测信号频率 (50Hz)不是很高不至于引起 CPU 繁忙的前提下，可以考虑使用外 部中断口（ INT0）来测量交流信号的频率。 若用 T 表示一定的时间间隔，用 N 表示在该时间间隔内的周期信号重复出现的次数，则周期信号的频率表达式为 [5] ATmega16 的数据手册 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 12 TNf （ 21） 单片机外部中断口测频方法可以严格按照式（ 21）进行，测量原理如图 25 所示。 图 25 单片机 外部中断 测频原理图 Figure 25 Schematic diagram of frequency measurement by means of external interrupt 单片机的定时器 /计数器 1 设置成定时器方式，由它对单片机周期信号计数定时，形成时间间隔 T，去控制单片机外部中断的打开和关闭，显然单片机的机器周期信号在这里用作时基。 将外部中断 设置成上跳沿触发或者下跳沿触发方式，当每接收 到一个被测周期信号，外部中断便 被 触发一次，而在时间间隔 T 内被触发的次数就是式（ 21）中的 N。 再经过单片机的计算，即可得到被测周期信号的频率。 3．基准时钟频率采集 基准时钟频率的大小大概为 16KHz， 若仍然采用外部中断测频法 进行 测量 ，那么 测试过程 中频繁的中断会 占 用大量 系统资源，所以 本毕业设计采 用ATmaga16 定时器 /计数器 0 进行 测量。 定时器 /计数器的测频原理跟外部中断测频原理基本相同 （见图 26） ，只不过在这里扮演计数角色的不是外部中断而是定时器 /计数器。 将定时器 /计数器 1设置成计数器方式，由它对被测周期进行计数，技数的结果就是式（ 21）中的N。 被测周期信号 外中断 0 触发计数 所得频率 定时器 /计数器 1 定时 单片机周期信号 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 13 图 26 单片机定时器 /计数器测频原理图 Figure 26 Schematic diagram of frequency measurement by means of Timer/Counter 4．电压 量 采集 ATmega16 有一个 10 位的逐次逼近型 ADC（模数转换器）。 ADC 与一个 8通道的模拟多 路复用器连接，能对来自端口 A 的 8 路单端输入电压进行采样。 单端电压输入以 0V（ GND）为基准 [6]。 ADC 通过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个 10 位的数字量。 转换的结果被存入 ADC 结果寄存器（ ADCL， ADCH）。 单次转换的结果如下： VV REFINADC 1 0 2 4 式中， VIN 为被选中引脚的输入电压， VREF 为参考电压。 则 所测 的电压值为： VV IN R E F1024A DC  测试系统需要测量的电压的地方有 4处，因而可分别用 ADC0、 ADC ADCADC3 连接被测电压量，再分时采集每一路的 ADC 值，进行计算后即可得到所测电压值。 5． 交流 电流 量 采集 [6] ATmega16 数据手册 被测周期信号 定时器 /计数器 0 计数 所得频率 定时器 /计数器 1 定时 单片机周期信号 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 14 对于交流电流的检测 决定采用电流互感器的方法。 电流互感器是 利用变压器原、副边电流成比例的特点制成。 其工作原理、等值电路也与一般 变压器相同，只是其原边绕组 （初级绕组） 串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组 （次级绕组） 接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。 原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，而与电流互感器的副边负载无关。 由于副边接近于短路，所以原 边电压 、副边电压都很小 ,励磁电流也很小。 将电流互感器的原边绕组串联在被测控制板电路中，即两端分别接 TP10 和TP11，副边绕组串联一个电阻，然后将电阻两端的电压输入单片机的 AD 口（ ADC4）进行采样即可得到副边电流的相关量。 根据当原边与副边绕组的匝数比一定时，原 边电流与副边电流成正比的特点，即可检测出交流电流的大小。 6．测试结果的呈现 测试结果的呈现分三个方面： （ 1）通过 LCD 将测试步骤提示、测试数据、测试结果等信息显示出来。 上海恒芳电子的 HF12864B2 是一块 128*64 的汉字图形点阵液晶显示模块 ，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（ 16*16 点阵） 、128 个字符（ 8*16 点阵）及 64*256 点阵显示 RAM（ GDRAM） [7]。 （ 2） 通过 I/O口控制相关的 LED 指示灯的量灭来进一步说明测试的状态。 （ 3）通过 I/O 控制蜂鸣器，从而当测试步骤的结果出现异常 时，系统 会 自动报警。 7．模拟手柄 在 测试 15 个参数当中的最后 10 个参数时，因为它们都跟手柄有关，所以 我们在测试系统中必须要电路模拟这个手柄的存在。 模拟手柄电路的关键是控制开关的开与合， 这用单刀双掷开关继电 器 （如图 27）代替开关即 可以解决。 用单片机的 I/O 口给 5 两端通电，开关被掷向 3，断电，则开关重新回到 2。 [7] 恒芳 HF12864B2 型 LCD 数据手册 图 27 单刀双掷开关继电 器 Figure 27 Relayspdt 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 15 三 、 硬件电路的实现 （一）单片机系统 下面给出单片机系统的基本组成部分，复位电路与时钟电路。 见图 31。 图 31 复位电路与时钟电路图 Fiture 31 Diagram of Reset circuit and clock circuit 1．复位电路的设计 外部复位电路采用上电复位和按键复位。 即当给系统上电时， VCC 与地通过R1 和电容 E3 导通， RST 相当于低电平，此时系统复位；当 按下开关 sw1 时，电容 E3 被短路，则 RST 低电平复位。 详见图 31 复位电路。 2．时钟电路的设计 采用外部晶振，主机时钟 频率 为 6MHz。 详见图 31 时钟电路。 （二）数据采集电路 1．频率 测量 如图 32，频率的测量电路实现很简单，只要将测频率的接口（ TP TP7）串上一个电阻再接入单片 机的外部中断口和计数器口即可。 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 16 图 32 频率测量电路 Figure 32 Circuit of frequency measurement 2． 电压测量 如前所述， ATmega16 片内自带了一个 8 通道的 10 位模数转换器，其接口为PA 口。 因而只需 将采样的信号串联一个 10K 的电阻接入 ADC 口即可。 所有信号在接入 ADC 口之前最好都串上一个接地电容滤波。 具体电路图如图 33。 图 33 电压测量电路 Figure 33 Circuit of voltage measurement 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 17 需要说明 的两点是： （ 1） TP2 连接的是控制板的地线，必须与测试系统的地线相连，所以在图 33 中， TP2 串联了一个 0Ω的电阻之后再与地相连。 （ 2）工作电源（ TP1）的测量实际上是分压之后再接至 ADC0 的，这是出于防止因电压过大而烧坏单片机的考虑。 3．电流测量 电流的测量采取电流互感器的方法， 如图 34 所示。 T2 为电流互感器，流经 TP TP11 的为交流电流，经过电流互感器之后，电流量按一定比例缩小，通过二级管和电容的作用之后，变为直流电流量，再通过弹片机的 ADC4 口采样，即可测出电流的大小。 图 34 电流测量电路 Figure 34 Circuit of current measurement （三）液晶显示电路 液晶显示器 HF12864B2 的引脚功能 [8]如图 35 所示，具体介绍如下。 引脚 1： 液晶电源地 引脚 2： 液晶电源正端 引脚 3： LCD 驱动电压输入端，调节对比度 引脚 4： 并行的指令 /数据选择信号；串行的片选信号 引脚 5： 并行的读写选择信号；串行的数据口 引脚 6： 并行的使能信号；串行的同步时钟 引脚 7~14： 液晶的并行数据 [8] 恒芳 HF12864B2 型 LCD 数据手册 图 35 液晶显示器 HF12864B2 引脚功能图 Figure 35 The Pins of HF12864B2 LCD 正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 18 引脚 15： 并串行接口选择： H并行， L串行 引脚 16： 空脚 引脚 17： 复位 低电平有效 引脚 18： 空脚 引脚 19： 背光 LED 阴 极 引脚 20： 背光 LED 阳极 单片机与液晶显示器接口电路图如图 36 所示。 说明以 下几点：（ 1）引脚V0 的电压是通过可调电阻在 VCC 和 GND 之间分压得到，实践证明当 V0 的电压在 左右的时候，液晶的显示效果最好。 （ 2）背光的阳极 LED_A 是通过串上一个电阻接到 VCC 上的，实际上也可以串上可调电阻，调节背光的亮度。 （ 3）由于测试系统中，单片机与 LCD 的接口采取串行接口方式，因而应将引脚PSB 接低电平 GND。 图 36 单片机与液晶显示器接口电路图 Figure 36 Circuit of interface between singlechip and liquid crystal display （四） 模拟手柄电路 模拟手柄电路 如图 37 所示，可以发现，该图的作用 原理 跟前面提到的手柄（图 12）是完全一样的。 只不过该图是使用 开关 继电器代替图 12 所示手柄的开关。 此处继电器的工作原理为：当单片机的 PC4~5 口输出高电平的时候， 继电器内的线圈通电，开关 P1~4 被吸合；否则，继电器内的线圈电流为 0，开关正文： 微电脑吸尘器控制板量产测试系统的设计与实现 19 P1~4 被断开。 说明以下几点：（ 1） 图中 三极管 起到放大器的作用，从而。