一种电子产品老化测试系统的设计与实现
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! 工业控制计算机 "!""# 年 !" 卷第 $ 期
!"ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一种电子产品老化测试系统的设计与实现
69:;<= >=? @-AB9-9=C>C;D= DE >= 5B9FCGD=;F 0GD?HFC 3HG=&;= I9:C ,J:C9张 冰 !深圳大学信息工程学院 "广东 深圳 (%$"."#
摘 要
针对电子产品的可靠性问题 " 设计并实现了以单片机 K,0’8" 为核心的基于 +,’$( 总线的 01 测试数据处理端 $ 上 位机测试过程监控端和下位机产品工作流程测试端的三级电子产品老化测试系统 " 并对各级测控节点的软硬件设计及测 试实现方法作了介绍 % 该系统可用于实现电子产品功能和性能的在线老化测试 " 自动检测出产品元器件故障和生产工艺造 成的隐藏缺陷 " 为改进生产工艺和提高产品质量提供决策 % 目前该系统已应用于智能电子锁的老化测试中 % 关键词 & 老化测试系统 "+,’$( 总线 " 单片机
信 # 将数据转换成测试报告并保存和打印 "
图* 下位机电路原理示意图
! 系统软件设计 ,>3 上位机软件设计 以 6 语言编写的上下位 机 软 件 用 调 试 功 能 较 强 的 7(! 6 ? 6@@ 6ABCDEFG HAG ’"8 -*4 I*J-3( 编 译 器 编 译 " 上 位 机 由 ’"8-*4K3-L3 和 ’"8-*4K3** 两个单片机组成" ’"8-*4K3-L3 通过向 ’"8-*4K3** 的 8, 端口的 8,M* 和 8,>- 引 脚 发 高 电 平 脉冲 ! 同时将采集的 & 位测试温度值或当前正在测试的下位机 状 态 NL 位 下 位 机 号 @3 位 状 态 位 O 置 于 ’"8-*4K3** 的 83 口 " ’"8-*4K3** 响 应 相 应 中 断 从 83 口 中 读 取 口 测 试 温 度 值 或 正
万方数据
!"
将相应的测试信息通过 !"#$% 总线发送到上位机 ! 发送完成 后 重新设为接收状态 ! 保证在由 !"#&% 总线构成的多机网络上 只 有一台下位机处于发送 ! 其余都为接收 " 但其余下位机的接收中 断被屏蔽 ! 实际上只有上位机能响应数据接收中断 "
一种电子产品老化测试系统的设计与实现 在测试的下位机号及其状态 ! 并将其显示 在 数 码 管 和 &)3/;01 阵列上 "
"
结束语 本文介绍的以单片机为核心的基于 !"-&% 总线的 86 测试
数据处理端 #上位机测试过程监控端和下位机产品工作流程测试 端的三级电子产品老化测试系统具有较好的应用推广价值 " 参考文献
$3 % 冉立新 M 大 规 模 集 成 电 路 高 温 动 态 老 化 测 试 嵌 入 式 图 形 发 生 系 统 的 可编程 ("76 实现 $n %M 仪器仪表学报 !,44* !,- &3 ’(,Lo*4 $, % 魏小龙 M’"8-*4 系列单片机接口技术 及 系 统 设 计 实 例 k’lM 北 京 ( 北 京航空航天大学出版社 !,44, ! 收稿日期 ",44LM3M& #
诸如电子门锁等安防产品的可靠性在实际应用时通常是首 先要考虑的因素 # 是产品最主要的性能指标之一 $ 为了测试产品 在极限工作环境的可靠性水平 # 将不合格的元器件筛选出来同 时使产品的隐性缺陷在使用前被发现 # 需要对产品进行高低温 老化测试 $ 老化测试可以使元器件尽快在几十小时内渡过其常 温下需要工作 %""" 多小时的早期失效期 # 而进入其相对稳定长 达 !" 多年的偶然失效期 # 同时由于生产工艺产生的电路隐藏缺 陷也能被及时激活发现 $ 老 化 测 试 具 有 测 试 标 准 严 格 % 测 试 温 度 在 &’()*$() 之 间 & 的特点 # 产品在测试过程中在测试系统控制下按一定的流程 工作 $ 产品在测试时的工作状态与功能模块的参数需要实时记 录下来 $ 为了降低测试成本 # 实现测试的批量化 # 监测的实时化 和响应的快速化 # 本文设计实现了一种基于 +,’$( 总线和单 片 机的三级产品老化测试系统 $ 考虑到单片机的驱动能力和抗干 扰能力相对有限 # 采用了 +,’$( 总线将单片机控制的产品测 试 台架互联构成一个多机老化测试网络平台 $ +,’$( 总线采用平 衡差分传输 # 抗干扰性好 # 传输距离在 %"""- 以上 # 可互联多达 !(. 个节点 # 非常适合组成成本低廉的多机通信系统 $ ! 系统硬件结构 %/% 总体结构 图 % 为系统的 01 机 ’ 上位机和下位机的三级总体结构 $ 上 位机和下位机都采用单片机 # 分别配以 +,’$( 总线转换器 # 实 现上下位机基于 +,’$( 总线的数据传输功能 $ 下位机安装在高 低温老化测试房内 # 根据测试流程产生模拟的输入信号使产品 始终处于工作状态 $ 上位机放置在测试房外 # 采用巡检的方式依 次采集下位机对产品工作状态的检测信息 # 并根据需要对下位 机进行控制 # 实现上位机对下位机的监控功能 $ 01 机通过 2,3 接口与上位机相连 # 并在一次批量测试完成后 # 将保存在上位机
"#$%&’(% ID ?9>B L;CM G9B;>N;B;CJ AGDNB9- DE 9B9FCGD=;F AGD?HFC:O> +,’$( NH: N>:9? NHG=&;= AGD?HFC C9:C :J:C9- H:;=< K,0’8" -;FGDFD=CGDBB9G: ;: ?9:;<=9? >=? ;-AB9-9=C9?O;= LM;FM > 8&B>J9G >GFM;C9FCHG9 (01 C9:C ?>C> AGDF9::;=< B>J9GO->:C9G -;FGDP AGDF9::DG C9:C AGDF9:: ?;:AB>J >=? -D=;CDG B>J9GO:B>Q9 -;FGDAGDF9::DG AGD?HFC LDGREBDL AGDF9:: C9:C B>J9G ;: H:9?/,DECL>G9 >=? M>G?L>G9 ?9:;<= >=? C9:C -9CMD? DE =D?9: ;= 9>FM B>J9G DE CM9 :J:C9- >G9 ;=CGD?HF9?/IM9 :J:C9- F>= N9 H:9? CD ;-AB9-9=C D=B;=9 NHG=&;= C9:C DE EH=FC;D=: >=? G9B;>N;B;CJ A9GEDG->=F9 DE 9B9FCGD=;F AGD?HFC:OC9:C;=< CM9 FD-AD=9=C E>HBC: DE CM9 AGD?HFC >=? H=FDQ9G ->=J DE CM9 M;??9= E>HBC: ?H9 CD FD-AB9S AGD?HFC;D= AGDF9:: >HCD->C;F>BBJOM9=F9 AGDQ;?;=< :DBHP C;D=: CD ;-AGDQ9 AGD?HFC;D= AGDF9:: >=? AGD?HFC TH>B;CJ/IM9 :J:C9- M>: N99= >AAB;9? CD CM9 AGD?HFC;D= AGDF9:: DE NHG=&;= C9:C DE >= ;=C9BB;<9=C 9B9FCGD=;F BDFR/ )*+,-&.$UNHG=&;= C9:C :J:C9-O+,’$( NH:O-;FGDFD=CGDBB9G
诸如电子门锁等安防产品的可靠性在实际应用时通常是首先要考虑的因素是产品最主要的性能指标之一为了测试产品在极限工作环境的可靠性水平将不合格的元器件筛选出来同时使产品的隐性缺陷在使用前被发现需要对产品进行高低温老化测试老化测试可以使元器件尽快在几十小时内渡过其常温下需要工作多年的偶然失效期同时由于生产工艺产生的电路隐藏缺陷也能被及时激活发现老化测试具有测试标准严格测试温度在之间的特点产品在测试过程中在测试系统控制下按一定的流程工作产品在测试时的工作状态与功能模块的参数需要实时记录下来为了降低测试成本实现测试的批量化监测的实时化和响应的快速化本文设计实现了一种基于总线和单片机的三级产品老化测试系统考虑到单片机的驱动能力和抗干扰能力相对有限采用了总线将单片机控制的产品测试台架互联构成一个多机老化测试网络平台总线采用平衡差分传输抗干扰性好传输距离在为系统的01机上位机和下位机的三级总体结构位机和下位机都采用单片机分别配以总线转换器实现上下位机基于总线的数据传输功能下位机安装在高低温老化测试房内根据测试流程产生模拟的输入信号使产品始终处于工作状态上位机放置在测试房外采用巡检的方式依次采集下位机对产品工作状态的检测信息并根据需要对下位机进行控制实现上位机对下位机的监控功能01机通过23接口与上位机相连并在一次批量测试完成后将保存在上位机的测试结果数据上传到0101机端可实现测试数据的保存测试报告的打印等功能为上位机硬件原理框图主要包括测试信息显示下位机巡检控制选通信号产生及数据传输接口电路三部分测试信息显示电路采用动态扫描方式由排列成456的阵列及位数码管组成每个456表示相对应的下位机测试出错有否7位数码管中的位用于显示测试经历的时间或当前测试温度上下位机的通信采用了上位机控制的巡检方式上位机总是处于接收状态上位机通过二级译码方式采用芯片循环产生若干下位机的选通信号并通过中断方式中断始终按测试流程工作的下位机下位机响应中断后将其设置为发送状态一种电子产品老化测试系统的设计与实现
’"8-*4K3-L3 采用巡检方式产生下位机选通信号 ! 触发相
应下位机中断 ! 通过 =PGQ4 口接收下位机发送的测试信息 ! 并保 存 到 08!9’ 中 ! 然 后 通 过 其 =PGQ3 口 传 到 86 机 的 ="2 端 " 其主要的程序代码清单如下所示 "
’()**+, 芯 片 为 !"-&. 总 线 收 发 器 ! 可 用 于 组 成 多 达 ,./ 个节点的多机网络 " 用单片机的一根端口线将其 !0 和 10 端连接在一起 ! 使 !"-&% 总线收发器工作在半双工传输方式 " 123&2,4 为 一 线 数 字 温 度 计 ! 上 位 机 每 分 钟 采 集 一 次 温 度 数 据 ! 并 在 数 码 管 上 显 示 出 来 " (5,-634,- 为 7,6 接 口 的 3 兆 位 08!9’ 芯 片 ! 上 位 机 接 收 的 下 位 机 测 试 数 据 同 时 被 写 入 0: 8!9’ " 8;,*4*< 为 =(!5 转 ="2 的接口芯片 ! 保证在测试机 柜 从 高 温 室 转 到 低 温 室 时 不 掉 电 以 热 插 拔 方 式 将 上 位 机 0: 8!9’ 中的测试数据下载到 86 机 "
RDSTEUVF WBXC-*4Y3*YMZW MMMMMM [ADV BPDSN[ADVO \ DSDQ]X^XQFBNO_ ? ? 初始化 ]07‘5NO_ ? ? 开中断 aZDEF N3O \ QFXQNO_ b c c 测试流程 b RCGPdBP [FTQAG e 89!5,]I0659! ]]DSQFGGUCQ [ADV CAGQ,NO c c 端口 , 中断服务程序 \ JJJJJJ DH NN8,7Kf g 275,O ee 275,O c c 处理语音忙信号高电平中断 \ CGATFXX]^^NO_ c c 复位相应语音段的标志位 JJJJJJ b DH NN8,7Kf g 275*O ee 275*O c c 处理上位机片选中断 \ c c 设置 -&% 为发送 c c 发送一定的无效干扰数据 c c 发送有效标志 HAG NDe4_ D h 34_ DiiO ? ? 发送状态测试标志位数据 \ 5)2=K4 e QY]jUHkDl_ aZDEF NN=565;4 g 4Y43O me 4Y43O _ b MMMMMM ? ? 设置 -&% 为接收 b b
图,
上位机电路原理示意图
3>* 下位机硬件设计 图 * 为下位机硬件原理示意图 " 为了保证测试在不对产品
作任何改动的情况下进行 ! 为每个测试台架设计了一块测试板 ! 实现测试流程的测试程序运行在测试板中的下位单片机中 " 测 试产品的输入输出信号通过 ,% 针插头引到测试板上 "
,M* 86 机软件设计 86 机软件采用 I6/M4 编程实现 " 在 86 机端安装了 =(!5 转 ="2 的接口芯片 8;,*4*< 的驱动程序后 ! 对应的 ="2 口可 作为普通的串口来用 " 串口的通信编程利用了 69’’ 串行通信 控件 " 86 机程序主要完成串口的选择 # 启动与上位机的数据通
的测试结果数据上传到 01 机 $ 在 01 机端可实现测试数据的保 存 ’ 测试报告的打印等功能 $
图%
三级分布式产品老化测试系统总体结构
%/! 上位机硬件设计 图 ! 为上位机硬件原理框图 # 主要包括测试信息显示 ’ 下位
机巡检控制选通信号产生及数据传输接口电路三部分 $ 测试信息显示电路采用动态扫描方式由排列成 $ 行 # 每行 %. 个 456 的阵列及 7 位数码管组成 $ 每个 456 表示相对应的 下 位 机 测 试 出 错 有 否 #7 位 数 码 管 中 的 . 位 用 于 显 示 测 试 经 历 的时间或当前测试温度 # 另 8 位数码管显示当前正在测试的下 位机号 $ 上下位机的通信采用了上位机控制的巡检方式 # 上位机总 是处于接收状态 # 上 位 机 通 过 二 级 译 码 方 式 采 用 #’%(’ 芯 片 循 环产生若干下位机的选通信号 # 并通过中断方式中断始终按测 试流程工作的下位机 $ 下位机响应中断后将其设置为发送状态 #
,J, 下位机软件设计
下位机软件的设计利用了智能电子产品中的语音提示信 息 ! 产品语音芯片中的时钟线 # 串行数据线和语音忙信号线引到 测试板中的下位单片机 ’"8-*4K3** 中 " 每段提示语音播放结 束后语音忙信号都将触发下位机中断 ! 下位机根据检测到的语 音段号判断被测产品的工作状态 ! 并产生相应的模拟输入 ! 使其 进入下一状态 " 下位机程序基本流程如下代码所示 "
!"ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一种电子产品老化测试系统的设计与实现
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摘 要
针对电子产品的可靠性问题 " 设计并实现了以单片机 K,0’8" 为核心的基于 +,’$( 总线的 01 测试数据处理端 $ 上 位机测试过程监控端和下位机产品工作流程测试端的三级电子产品老化测试系统 " 并对各级测控节点的软硬件设计及测 试实现方法作了介绍 % 该系统可用于实现电子产品功能和性能的在线老化测试 " 自动检测出产品元器件故障和生产工艺造 成的隐藏缺陷 " 为改进生产工艺和提高产品质量提供决策 % 目前该系统已应用于智能电子锁的老化测试中 % 关键词 & 老化测试系统 "+,’$( 总线 " 单片机
信 # 将数据转换成测试报告并保存和打印 "
图* 下位机电路原理示意图
! 系统软件设计 ,>3 上位机软件设计 以 6 语言编写的上下位 机 软 件 用 调 试 功 能 较 强 的 7(! 6 ? 6@@ 6ABCDEFG HAG ’"8 -*4 I*J-3( 编 译 器 编 译 " 上 位 机 由 ’"8-*4K3-L3 和 ’"8-*4K3** 两个单片机组成" ’"8-*4K3-L3 通过向 ’"8-*4K3** 的 8, 端口的 8,M* 和 8,>- 引 脚 发 高 电 平 脉冲 ! 同时将采集的 & 位测试温度值或当前正在测试的下位机 状 态 NL 位 下 位 机 号 @3 位 状 态 位 O 置 于 ’"8-*4K3** 的 83 口 " ’"8-*4K3** 响 应 相 应 中 断 从 83 口 中 读 取 口 测 试 温 度 值 或 正
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将相应的测试信息通过 !"#$% 总线发送到上位机 ! 发送完成 后 重新设为接收状态 ! 保证在由 !"#&% 总线构成的多机网络上 只 有一台下位机处于发送 ! 其余都为接收 " 但其余下位机的接收中 断被屏蔽 ! 实际上只有上位机能响应数据接收中断 "
一种电子产品老化测试系统的设计与实现 在测试的下位机号及其状态 ! 并将其显示 在 数 码 管 和 &)3/;01 阵列上 "
"
结束语 本文介绍的以单片机为核心的基于 !"-&% 总线的 86 测试
数据处理端 #上位机测试过程监控端和下位机产品工作流程测试 端的三级电子产品老化测试系统具有较好的应用推广价值 " 参考文献
$3 % 冉立新 M 大 规 模 集 成 电 路 高 温 动 态 老 化 测 试 嵌 入 式 图 形 发 生 系 统 的 可编程 ("76 实现 $n %M 仪器仪表学报 !,44* !,- &3 ’(,Lo*4 $, % 魏小龙 M’"8-*4 系列单片机接口技术 及 系 统 设 计 实 例 k’lM 北 京 ( 北 京航空航天大学出版社 !,44, ! 收稿日期 ",44LM3M& #
诸如电子门锁等安防产品的可靠性在实际应用时通常是首 先要考虑的因素 # 是产品最主要的性能指标之一 $ 为了测试产品 在极限工作环境的可靠性水平 # 将不合格的元器件筛选出来同 时使产品的隐性缺陷在使用前被发现 # 需要对产品进行高低温 老化测试 $ 老化测试可以使元器件尽快在几十小时内渡过其常 温下需要工作 %""" 多小时的早期失效期 # 而进入其相对稳定长 达 !" 多年的偶然失效期 # 同时由于生产工艺产生的电路隐藏缺 陷也能被及时激活发现 $ 老 化 测 试 具 有 测 试 标 准 严 格 % 测 试 温 度 在 &’()*$() 之 间 & 的特点 # 产品在测试过程中在测试系统控制下按一定的流程 工作 $ 产品在测试时的工作状态与功能模块的参数需要实时记 录下来 $ 为了降低测试成本 # 实现测试的批量化 # 监测的实时化 和响应的快速化 # 本文设计实现了一种基于 +,’$( 总线和单 片 机的三级产品老化测试系统 $ 考虑到单片机的驱动能力和抗干 扰能力相对有限 # 采用了 +,’$( 总线将单片机控制的产品测 试 台架互联构成一个多机老化测试网络平台 $ +,’$( 总线采用平 衡差分传输 # 抗干扰性好 # 传输距离在 %"""- 以上 # 可互联多达 !(. 个节点 # 非常适合组成成本低廉的多机通信系统 $ ! 系统硬件结构 %/% 总体结构 图 % 为系统的 01 机 ’ 上位机和下位机的三级总体结构 $ 上 位机和下位机都采用单片机 # 分别配以 +,’$( 总线转换器 # 实 现上下位机基于 +,’$( 总线的数据传输功能 $ 下位机安装在高 低温老化测试房内 # 根据测试流程产生模拟的输入信号使产品 始终处于工作状态 $ 上位机放置在测试房外 # 采用巡检的方式依 次采集下位机对产品工作状态的检测信息 # 并根据需要对下位 机进行控制 # 实现上位机对下位机的监控功能 $ 01 机通过 2,3 接口与上位机相连 # 并在一次批量测试完成后 # 将保存在上位机
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诸如电子门锁等安防产品的可靠性在实际应用时通常是首先要考虑的因素是产品最主要的性能指标之一为了测试产品在极限工作环境的可靠性水平将不合格的元器件筛选出来同时使产品的隐性缺陷在使用前被发现需要对产品进行高低温老化测试老化测试可以使元器件尽快在几十小时内渡过其常温下需要工作多年的偶然失效期同时由于生产工艺产生的电路隐藏缺陷也能被及时激活发现老化测试具有测试标准严格测试温度在之间的特点产品在测试过程中在测试系统控制下按一定的流程工作产品在测试时的工作状态与功能模块的参数需要实时记录下来为了降低测试成本实现测试的批量化监测的实时化和响应的快速化本文设计实现了一种基于总线和单片机的三级产品老化测试系统考虑到单片机的驱动能力和抗干扰能力相对有限采用了总线将单片机控制的产品测试台架互联构成一个多机老化测试网络平台总线采用平衡差分传输抗干扰性好传输距离在为系统的01机上位机和下位机的三级总体结构位机和下位机都采用单片机分别配以总线转换器实现上下位机基于总线的数据传输功能下位机安装在高低温老化测试房内根据测试流程产生模拟的输入信号使产品始终处于工作状态上位机放置在测试房外采用巡检的方式依次采集下位机对产品工作状态的检测信息并根据需要对下位机进行控制实现上位机对下位机的监控功能01机通过23接口与上位机相连并在一次批量测试完成后将保存在上位机的测试结果数据上传到0101机端可实现测试数据的保存测试报告的打印等功能为上位机硬件原理框图主要包括测试信息显示下位机巡检控制选通信号产生及数据传输接口电路三部分测试信息显示电路采用动态扫描方式由排列成456的阵列及位数码管组成每个456表示相对应的下位机测试出错有否7位数码管中的位用于显示测试经历的时间或当前测试温度上下位机的通信采用了上位机控制的巡检方式上位机总是处于接收状态上位机通过二级译码方式采用芯片循环产生若干下位机的选通信号并通过中断方式中断始终按测试流程工作的下位机下位机响应中断后将其设置为发送状态一种电子产品老化测试系统的设计与实现
’"8-*4K3-L3 采用巡检方式产生下位机选通信号 ! 触发相
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图,
上位机电路原理示意图
3>* 下位机硬件设计 图 * 为下位机硬件原理示意图 " 为了保证测试在不对产品
作任何改动的情况下进行 ! 为每个测试台架设计了一块测试板 ! 实现测试流程的测试程序运行在测试板中的下位单片机中 " 测 试产品的输入输出信号通过 ,% 针插头引到测试板上 "
,M* 86 机软件设计 86 机软件采用 I6/M4 编程实现 " 在 86 机端安装了 =(!5 转 ="2 的接口芯片 8;,*4*< 的驱动程序后 ! 对应的 ="2 口可 作为普通的串口来用 " 串口的通信编程利用了 69’’ 串行通信 控件 " 86 机程序主要完成串口的选择 # 启动与上位机的数据通
的测试结果数据上传到 01 机 $ 在 01 机端可实现测试数据的保 存 ’ 测试报告的打印等功能 $
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三级分布式产品老化测试系统总体结构
%/! 上位机硬件设计 图 ! 为上位机硬件原理框图 # 主要包括测试信息显示 ’ 下位
机巡检控制选通信号产生及数据传输接口电路三部分 $ 测试信息显示电路采用动态扫描方式由排列成 $ 行 # 每行 %. 个 456 的阵列及 7 位数码管组成 $ 每个 456 表示相对应的 下 位 机 测 试 出 错 有 否 #7 位 数 码 管 中 的 . 位 用 于 显 示 测 试 经 历 的时间或当前测试温度 # 另 8 位数码管显示当前正在测试的下 位机号 $ 上下位机的通信采用了上位机控制的巡检方式 # 上位机总 是处于接收状态 # 上 位 机 通 过 二 级 译 码 方 式 采 用 #’%(’ 芯 片 循 环产生若干下位机的选通信号 # 并通过中断方式中断始终按测 试流程工作的下位机 $ 下位机响应中断后将其设置为发送状态 #
,J, 下位机软件设计
下位机软件的设计利用了智能电子产品中的语音提示信 息 ! 产品语音芯片中的时钟线 # 串行数据线和语音忙信号线引到 测试板中的下位单片机 ’"8-*4K3** 中 " 每段提示语音播放结 束后语音忙信号都将触发下位机中断 ! 下位机根据检测到的语 音段号判断被测产品的工作状态 ! 并产生相应的模拟输入 ! 使其 进入下一状态 " 下位机程序基本流程如下代码所示 "