某系列電路自動測試臺的設計

中國兵器工業(yè)第214研究所 楊翠俠 吳力濤 楊瓊楠 張增龍

我所承制的某一類型電路，測試過程相似，功能參數(shù)相近，為提高電路測試效率，有必要研制該類電路的通用自動測試平臺。本文基于自動測試系統(tǒng)的設計思想和該類電路的測試要求，主要通過并聯(lián)自動測試裝置的設計來完成該類電路通用測試平臺制作。

我所承制的某一類系列電路傳統(tǒng)測試方法是使用通用儀器檢測設備手動完成，目前存在測試時間長、檢測效率低、無法聯(lián)測的問題，由于該產品每批次的數(shù)量多，目前測試設備不能滿足研制和生產的需求。因此，需要制作專用的自動測試裝置，來提高測試效率，以滿足研制和生產的需求。

1 自動測試裝置的整體方案

1.1 設計原則

電路測試系統(tǒng)要求操作容易，接口簡單，有聲光提示；可顯示現(xiàn)行狀態(tài)，在測數(shù)據(jù)，還可以存儲已測數(shù)據(jù)；提高產品質量，降低產品成本。

1.2 設計方案

為提高測試效率，考慮電路測試要求特點，整套測試裝置包含：單體測試裝置、并聯(lián)測試裝置兩種裝置。

并聯(lián)測試裝置，是提高測試效率的關鍵裝置。耗時較長、能夠分辨的產品性能參數(shù)都在該裝置上完成測試。各待測產品的供電、輸入信號并聯(lián)，同時供電和啟動，應用MCU高速采樣各電路的輸出信號特征，來判斷各電路的功能參數(shù)是否滿足指標要求。能夠單次完成多個產品的檢測，因此提高了測試效率。

單體測試裝置，在生產檢測時主要用來測試需要與輸入信號即時互動、并聯(lián)測試無法完成的產品功能參數(shù)。同時該裝置具備電路模塊的全功能測試功能，便于產品維修。

此系列電路自動測試系統(tǒng)能完成對這類電路各種參數(shù)的靜態(tài)和動態(tài)測試。自動測試裝置主要由主控箱、并聯(lián)測試母板、單體測試母板、計算機、打印機等構成。兩種測試母板可放入例行試驗箱內，與主控箱之間用自制多線電纜連接；打印機接往計算機；主控箱收集的數(shù)據(jù)可通過U盤或存貯卡轉往計算機，或使用串口線進行通訊。自動測試裝置組成框圖如圖1所示。

圖1 自動測試裝置組成框圖

主控箱是自動測試裝置的核心部分，擬采用市售微型計算機機箱或工控機機箱作為外殼，面板上裝7～10inLCD屏、操作鍵盤、U盤接口和兩種測試母板接口，直接使用220V交流電源。

此自動測試裝置包含單體測試和并聯(lián)測試。待測電路均通過轉接板立式插裝在測試母板上，爭取單塊測試母板上的最大測試數(shù)量。測試母板最大尺寸由高低溫試驗箱箱內可用空間決定，周邊預留置物架和板間互連及外連接插的空間。根據(jù)并聯(lián)測試母板的尺寸，其分布為：10行×5列。板子上電路的具體分布情況如圖2所示。產品轉接板與測試母板的連接采用所內成熟的連接方式，保證連接的耐用性和可靠性。

圖2 并聯(lián)測試母板分布示意圖

下面以并聯(lián)測試為代表來介紹自動測試臺的原理。

一套并聯(lián)測試臺包含一個并聯(lián)測試控制臺和多個并聯(lián)測試母板。并聯(lián)測試母板之間通過并聯(lián)插頭座互聯(lián)并與主控制箱連接。采用并聯(lián)方式測試，單次測試時間長，但單次測試的產品數(shù)量多，測試效率提高很多，而且自動測試，降低了人為因素。存貯數(shù)據(jù)可以方便后續(xù)分析處理。

2 電參數(shù)檢測分析

2.1 電參數(shù)檢測分析

在此電路自動測試過程中，系統(tǒng)需要完成的工作包括：為電路提供一次電源，使電路可以正常工作；提供電路的各種控制指令；產生各種信號至待測產品中；采集電路工作中的各輸出信號；測量電路特征參數(shù)。

此系列電路的特征參數(shù)包括兩種電流參數(shù)、兩種電壓參數(shù)和10種功能測試。

2.1.1 電流參數(shù)

產品的電流參數(shù)，在同一點不同時間進行檢測。參數(shù)要求分別是≤1μA和≤500μA。

檢測方法：使用相同的電阻進行電流采樣，在適當?shù)臅r間采樣后，用不同放大率信號放大器處理后，通過A/D轉換電路進行模數(shù)轉換，測得電流值。

2.1.2 電壓參數(shù)

產品的電壓參數(shù)，范圍為8V～15V。

電壓參數(shù)高于測試系統(tǒng)電源電壓，采取高阻分壓的方式進行取樣測量。

2.1.3 其它信號和功能

產品的其他信號用于判定產品功能，信號幅度均在測試系統(tǒng)電源電壓內，可以直接輸入MCU及其接口電路進行處理。

產品的功能都是在產品工作過程中完成的。根據(jù)各功能的要素，在適當時機前后對各待測產品的相關信號進行高速采樣，按照功能合格判據(jù)進行判斷，給出各產品各功能各自合格與否的指示。

3 測試系統(tǒng)原理介紹

在并聯(lián)測試中，一次可測試多塊電路，所有電路共用8個輸入信號（包括供電正負極、裝定正負極、啟動、CG、LB、Reset等），各電路的6個輸出信號（3個數(shù)字信號，3個模塊信號）獨立，由一片單片機進行預處理，然后將采集到的數(shù)據(jù)以串行通信的方式發(fā)送到主控箱，進行進一步處理與顯示等。

并聯(lián)測試組成框圖如圖3所示。系統(tǒng)由主控單元、裝定接口控制單元、裝定接口驅動電路、LCD顯示模塊、鍵盤輸入單元、串口通信模塊、Flash存儲單元和U盤接口電路組成。

圖3 并聯(lián)測試電路組成框圖

關聯(lián)測試母板上插座排布采用10排5列布局，每塊母板共放置50塊電路，如圖4所示。每行5塊電路組成一個行單元，由一塊微控制器采集各電路的6個輸出信號，然后再通過I2C通信將采集數(shù)據(jù)傳輸至主控單元，進行數(shù)據(jù)的顯示。

圖4 并聯(lián)測試母板布局原理示意圖

主控單元控制整個測試裝置的工作流程，外置電源開關、功能選擇、開始測試等按鍵；擴展了U盤接口電路，可以將測試過程中的數(shù)據(jù)存儲在U盤中；擴展了串行通信接口，可以將測試過程中的數(shù)據(jù)通過串口傳輸至計算機進行后續(xù)處理；外置8MB Flash存儲器，可以將測試過程中的數(shù)據(jù)存儲在其中。

顯示模塊采用通用7寸的TFT LCD。

4 軟件設計

按照設計要求，主控單片機主要完成以下功能：

◆與顯示屏進行通信——傳送數(shù)據(jù)、接收命令

◆控制各項測試過程——通訊檢測、開始測試、數(shù)據(jù)讀取

◆接收測試單片機傳送來的數(shù)據(jù)——通訊成功個數(shù)、產品合格個數(shù)、按鈕顏色及功能數(shù)據(jù)參數(shù)

◆處理接收到的數(shù)據(jù)——計算、判斷、存儲

針對以上需求，主控單片機每項測試過程，設置了測試過程狀態(tài)標志。當主控單片機接收到顯示屏的命令后進行判斷，對相應的測試過程狀態(tài)標志置位，主控單片機進入相應測試過程。測試完成后，將測試過程狀態(tài)標志清除。

5 設計結果

根據(jù)以上方法進行了測試系統(tǒng)的結構設計、硬件設計和相關MCU的軟件設計，經(jīng)調試，制作出了符合其中一款產品要求的自動測試裝置。該裝置經(jīng)過MCU的軟件微調和控制器中界面調整，可以較快地改造成該系列其他產品的檢測裝置，能夠完成某系列電路產品規(guī)范規(guī)定的全部電性能檢測，可實現(xiàn)單人操作，簡便、易用、省力；界面簡潔，過程及結果顯示清晰。

原測試臺測試一塊電路需要花費約5min左右的時間，設計的自動測試臺同時可以測試50塊電路，相當于測試一塊電路只需要6s時間，而且操作很簡單，大大提高了測試效率，保障了電路的正常生產。

文中在分析了某系列電路檢測電參數(shù)的基礎之上，設計了一種基于單片機的電參數(shù)檢測系統(tǒng)，此測試裝置結構簡單，具有很好的人機交互性能，使用靈活方便，提高了測試效率和測試準確率，減少了大量的人工成本，具有較高的經(jīng)濟價值。