摘 要：为了对电子行业中的PCB板电压进行测试，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XH2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：STM80S207M单片机； 测试架； PCB电压测试； 实时检测
中图分类号：TN191934； TP206 文献标识码：A 文章编号：1004373X（2012）22013805
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20 MIPS@24 MHz［13］。程序存储器：最多128 KB 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［4］；可达30万次擦写RAM：最多6 KB。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［5］。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［67］。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［8］。
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，XH2输出。80～400 V交流强电检测，16路，要求隔离检测，XH2输入。0～24 V弱电检测，16路，不要求隔离检测，XH2输入。60～400 V直流强电检测，8路，不要求隔离检测，XH2输入。5 V输出，要求MOS管驱动，12路，XH2输出。12 V输出，要求MOS管驱动，12路，XH2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［9］。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0.5 ms传输，每个字节每位之间的时间间隔则为100 μs。
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 V［10］。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［11］。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
IC485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［12］。任一时刻，IC485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IC485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IC485R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IC485R芯片的发送器有效，接收器禁止，此时微处理器可以向RS 485总线发送数据字节；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IC485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。
IC485接口电路收/发逻辑控制电路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，XH2输入：
工作原理：如图6所示，由XH2输入80～400 V的电压，通过变压器的隔离变压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/DBE128/7201A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：
图6 控制80～400 V交流强电检测隔离检测原理图TIM4中断函数程序：
@far @interrupt void TIM4_UPD_OVF_IRQHandler（void）
{
TIM4>SR1 = 0x00；
//清除更新标志；
ncount++；
if（ncount>=250）
{
GPIOD>ODR = GPIOD>ODR ^ 0x10；
//将PD4反相
ncount=0；
}
TIM4>IER = 0x00；
}
void delay（unsigned int count）
{
while（count）；
}
void TIM4_delay（void）
{TIM4>IER = 0x00；
//禁止中断
TIM4>EGR = 0x01；
//允许产生更新事件
TIM4>PSCR = 0x04；
//计数器时钟=主时钟/128=2 MHz/16
TIM4>ARR = 249；
//设定重装载时的寄存器值，255是最大值
//TIM4>CNTR = 255；
//设定计数器的初值
//定时周期=（ARR+1）8=2 000 μs
TIM4>CR1 = 0x01；
//b0 = 1，允许计数器工作
//b1 = 0，允许更新
//设置控制器，启动定时器
TIM4>IER = 0x01；
}
voidmain（）
{int a；
CLK>SWR = 0xE1；
//选择芯片内部的16 MHz的RC振荡器为？
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 硬件接口连接与调试
将STM8S207MB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，XH2输出；80～400 V交流强电检测，可以检测16路，隔离检测，XH2输入。
0～24 V弱电检测，最多可以检测16路，不隔离检测，XH2输入；60～400 V直流强电检测，最多可检测8路，不隔离检测，XH2输入。5 V输出，MOS管驱动，可以输出12路，XH2输出；12 V输出，要求MOS管驱动，可以输出12路，XH2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，XH2输出；
（2） 80～400 V交流强电检测，最多可以检测16路，隔离检测，XH2输入；
（3） 0～24 V弱电检测，最多可以检测16路，不隔离检测，XH2输入；
（4） 60～400 V直流强电检测，最多可检测8路，不隔离检测，XH2输入；
（5） 5 V输出，MOS管驱动，最多可以输出12路，XH2输出；
（6） 12 V输出，要求MOS管驱动，最多可以输出12路，XH2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。
参 考 文 献
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作者简介： 王 娟 女，1982年出生，硕士，讲师。研究方向为机电一体化。