测温电路全温区自动测试系统设计

肖 薇，张 雷

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

1 引 言

为完成某型号12位测温电路在-55℃～85℃温度区间内的测温误差电参数测试任务，原有测试系统采用拉温试验的方式，将测试电路与试验板同时置于温箱中进行测试[1]，每只电路测试时间为282分钟，不能满足大批量生产测试需要。如为了节省时间采取抽样测试，则又无法剔除个别温度点超差的故障电路。故此，为满足质量要求，同时提高生产效率，降低成本，研制测温电路全温区测试系统，满足质量和效率需求[2]。

2 系统设计

测温电路全温区测试系统采用系统集成方式，分为上位机、下位机、测试板、程控电源和万用表五部分。以上位机为核心，由其集中控制测试板上的下位机及可编程多路电源协同工作，给测试板施加控制激励并采集测温电路输出结果，同时自动生成测试报表，完成模块参数测试任务。测温电路全温区测试系统组成框图如图1所示。

图1 测温电路全温区测试系统组成框图

3 硬件设计

下位机（C8051F410）经由 D/A（MAX541）将 16位数字信号转换为电压信号代替温度传感器信号，通过改变测温电路温度测量引脚输入电压的方式，达到在整个测温区间（-55℃～85℃）实现测温电路输出结果测量的效果[3-4]。CPLD作为逻辑控制芯片，实现测温电路输出串并转换及数据处理功能。

3.1 DAC数模转换模块设计

采用2.048V稳压芯片输出电压作为MAX541的基准。单片机输出的设定电压值DA_DATA_D经由光耦隔离后以DA_DATA_A作为MAX541设定值输入，由MAX541将数字温度设定值转换为模拟电压信号由DA_OUT输入至被测测温电路温度输入引脚[5]。DAC数模转换模块硬件原理如图2所示。

图2 DAC数模转换模块电路原理图

3.2 单片机及CPLD控制模块设计

采用C8051F410单片机及EPM7128S可编程逻辑器件作为下位机核心控制器，外接RS232串口通讯电路、电源电路、JTAG下载电路等部分。测试时，单片机从输出-55℃/85℃时对应的16位数字量开始，逐步提升/降低输入电压信号[6]。同时由CPLD采集12位被测温度修正电路的温度测量结果Q1～Q12，进行数字逻辑转换后通过DDAT反馈给单片机，实现全温区测温误差监测。单片机及CPLD控制模块硬件设计原理图如图3、图4所示。

图3 单片机控制模块电路原理图

图4 CPLD控制模块电路原理图

4 软件设计

4.1 上位机软件设计

上位机软件采用VC 2005进行设计和编写，通过设备的通讯协议，借助简洁且功能完善的界面，完成上位机、测试设备及下位机的通讯，实现对下位机、可编程多路电源及万用表的控制，完成测试误差的全温区自动测试，获取并显示相应的测试数据，测试完成后自动生成报表。上位机主要实现以下功能：

(1)提供便于交互的GUI控制界面；

(2)通信协议的建立；

(3)上位机、下位机指令与数据交互；

(4)测试数据的读取、分析、存储及显示；

(5)多路电源输出控制；

(6)控制指令发出及测试逻辑实现；

(7)测试结果图形化显示；

(8)自动生成、打印测试数据报表。

上位机软件主要函数流程图如图5所示。

图5 上位机软件主要函数流程图

4.2 下位机软件设计

下位机软件采用KEIL C编写，运行于以C8051F410为核心的硬件平台上。下位机软件设计由输出信号控制部分、信号采集部分、数据转换部分、通讯部分等组成[7]。输出信号控制部分在上位机的命令下控制输出16位D/A激励信号，使测温电路输出特定温度数据；信号采集部分负责采集测温电路输出数据[8]；数据转换部分执行测温电路数据处理；通讯部分实现与上位机指令、数据的互传。

启动程序后，系统首先进行初始化，并设置时钟、串口及异常中断。判断是否接收到上位机控制信号，如是，则启动测试，向下位机发送激励控制信号，并读取测温电路输出数据，经处理后将结果上传给上位机；如否，则继续等待上位机指令。下位机软件流程图如图6所示。

图6 下位机软件流程图

5 系统测试

启动程序后，全温区测试系统会判断程序是否多次启动，如果已经启动了程序，则弹出“同一程序不可多次启动”对话框。启动成功后，点击“建立连接”，测试所有设备通讯状态。通讯成功后会弹出“连接成功”对话框。填写和选择样品编号、试验项目、三温选择、组别等测试产品相关信息。如果要进行全温区升降温测试，点击“自动测试”；如果要进行单项测试，点击相应的测试项。“单步测试”可以针对设定值所在温度点进行单次测试。相应的测试及界面显示情况如图7、图8和图9所示。

图7 上位机软件操作界面

图8 合格电路测试效果图

图9 不合格电路测试效果图

测试完成后，点击“超限温度点”将弹出警告和超限的温度点。点击“保存图像”或“生成Excel”，会在默认路径（测试程序所在路径下）生成测温图形或自动测试报表如图10所示。测试系统实物图如图11所示。

图10 自动生成测试数据报表

图11 测试系统实物图

6 结 束 语

本测试系统可实现测温电路在全温区内升降温共计282个温度点测温误差的自动测试任务并自动生成测试报表，同时兼容其它温度转换电路产品。每只电路测试时间由原来拉温试验的最少282分钟减少到70秒，效率提高240倍。在大幅度提高测试速度的同时，测试准确度也大幅提高，能更有力地保障产品质量。该系统的完成，降低了人工成本，避免人工读数造成的测试误差，同时提高生产效率，能胜任长时间、不间断、大批量测试需要。