基于POWR1014A芯片的消費(fèi)類終端產(chǎn)品接口短路測試儀設(shè)計(jì)

黎 堅(jiān)

（深圳軟通動(dòng)力信息技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

大多數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都會(huì)用到A/D轉(zhuǎn)換器[1]，但對(duì)它的讀寫控制完全依賴MCU微控制器讀取的方法，通常有延時(shí)等待法、查詢法、中斷法。但這些方法需要通過軟件的指令的控制和支持，效率比ISP[2]器件低很多。本文采用STM32 MCU作為主控制器，IspPAC-POWR1014A芯片作為終端產(chǎn)品對(duì)外接口線路監(jiān)控和報(bào)警單元的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)于自動(dòng)化產(chǎn)線如何高效檢出問題產(chǎn)品有著重要和積極的意義。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的整體框架圖

本系統(tǒng)工作原理如圖1所示，遠(yuǎn)端的上位PC機(jī)通過USB接口與數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，下位機(jī)STM32則通過IIC輪詢檢查POWR1014A采集的10路接口數(shù)據(jù)線電壓數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.2.1 POWR1014A

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

IspPAC-POWR1014A是Lattice公司生產(chǎn)的電源監(jiān)控芯片，擁有10路輸入管腳，12路輸出管腳，高達(dá)10bit ADC來監(jiān)控輸入信號(hào)的狀態(tài)，A/D分辨率可以配置成2 mV和6 mV兩種模式。芯片內(nèi)部集成了24個(gè)CPLD[3-4]邏輯宏單元可以完成各種時(shí)序邏輯功能，比如監(jiān)控輸入管腳、控制數(shù)出管腳、輸出告警中斷信號(hào)等。所以，芯片可以稍微改變其電源監(jiān)控的用途，就可以轉(zhuǎn)變成消費(fèi)類產(chǎn)品接口數(shù)據(jù)線的監(jiān)控芯片。同時(shí)，芯片的JTAG接口可以方便擴(kuò)展和級(jí)聯(lián)POWR1014A芯片，這樣可以監(jiān)控更多路的輸入信號(hào)以適應(yīng)不同類型的終端產(chǎn)品接口測試的需要。

POWR1014A有48個(gè)引腳，TQFP封裝，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。這些引腳大致分為以下幾類。

（1）電源類。其中核心電源VCCD和模擬電源VCCA，JTAG電源VCCJ各自需要通過0.1μF電容到數(shù)字地。

（2）模擬類信號(hào)。VMON1～VMON10為10路模擬輸入信號(hào)。

（3）數(shù)字類信號(hào)。OUT3～OUT14為12路數(shù)字?jǐn)?shù)出信號(hào)。

（4）控制類信號(hào)。IIC Slave接口可以通過MCU的IIC Master接口來訪問芯片內(nèi)部AD采樣結(jié)果以及內(nèi)部CPLD宏單元內(nèi)容。

圖2 POWR1014A芯片封裝圖

POWER1014芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 POWR1014A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

1.2.2 MCU控制單元

本系統(tǒng)采用STM32F072CBT作為數(shù)據(jù)采集單元的控制器，該處理器采用Cortex?-M0架構(gòu)，低成本，低功耗，容易操作。并具有64～128 kb Flash容量，16 kb的SRAM容量，100引腳LQFP封裝，最高工作頻率可以達(dá)到48 MHz。

該芯片的優(yōu)點(diǎn)有：（1）支持精簡指令集32-bit RISC core；（2）兩路IIC接口可以支持到快速模式1 Mbit/s的傳輸速率；（3）可以最多支持到87路I/O端口；（4）兩路SPI信號(hào)可以支持到18 Mbit/s的傳輸速率。

芯片封裝圖如圖4所示。SMT32F072CBT6的引腳圖如圖5所示。

圖4 STM32芯片封裝圖

圖5 STM32F072CBT6引腳圖

1.2.3 接口短路測試儀整體硬件架構(gòu)

圖6 整體硬件測試示意原理圖

整體硬件測試示意原理如圖6所示。終端設(shè)備的對(duì)外接口通過數(shù)據(jù)線連接至測試儀的測量端口，之后測試儀的端口數(shù)據(jù)線經(jīng)過上下拉電阻偏置到固定電平，最后，通過POWR1014A的10路A/D中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過內(nèi)部CPLD邏輯單元[5]進(jìn)行判斷，如果有數(shù)據(jù)線短路等異常現(xiàn)象，就通過POWR1014A的輸出端口驅(qū)動(dòng)LED燈來進(jìn)行報(bào)警指示。短路分成兩種情況：（1）數(shù)據(jù)線與地之間的短路，一旦發(fā)生此種情況輸入至A/D的電壓就會(huì)拉低至低電平0V；（2）數(shù)據(jù)線路之間短路，此種情況下，可以將PWR1014A各路輸入的上下拉電阻配置成不同的電壓值。比如：第一路上下拉電阻分別為2 kΩ、2 kΩ，第二路上下拉電阻分別為2 kΩ、4 kΩ，當(dāng)線間短路發(fā)生時(shí)，輸入至各路A/D的電壓也會(huì)偏離預(yù)設(shè)值電壓數(shù)值，從而可以判斷出來發(fā)生線間短路。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

構(gòu)建了測試儀的硬件采集模塊和控制模塊之后，需要對(duì)STM32[6]控制模塊與數(shù)據(jù)采集模塊POWR1014A進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集傳輸過程：POWR1014A通過10路A/D電路采樣通道采集終端產(chǎn)品接口的電壓的狀態(tài)，然后通過IIC接口同步上傳給MCU控制器，最后MCU控制器將數(shù)據(jù)通過UART-USB接口芯片傳輸至上位機(jī)。

2.1 MCU部分軟件設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖7所示。系統(tǒng)復(fù)位之后，先判斷獨(dú)立工作按鍵是否按下，如果按下就進(jìn)入POWR1014A自行獨(dú)立工作模式，這個(gè)時(shí)候STM32在不工作的狀態(tài)。此時(shí)完全由POWR1014A的邏輯進(jìn)行接口線路的狀態(tài)判斷，如果有短路情況發(fā)生，立即點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的LED燈。如果沒有按下獨(dú)立工作按鍵就會(huì)進(jìn)入MCU初始化狀態(tài)，接著在上位機(jī)中等待測試人員鍵入線路測試的命令，當(dāng)鍵入正確的測試命令后，MCU就會(huì)控制POWR1014A的ISP_EN管腳以啟動(dòng)內(nèi)部CPLD的邏輯功能，接著CPLD邏輯就會(huì)從第1路開始查詢線路狀態(tài)到第10路結(jié)束。如此不斷輪詢反復(fù)查詢接口線路狀態(tài)。

2.2 POWR1014A部分邏輯代碼實(shí)現(xiàn)

圖7 MCU程序流程圖

POWR1014A邏輯代碼輪詢檢查通道1～10的接口線路狀態(tài)，如果沒有短路現(xiàn)象發(fā)生，就會(huì)關(guān)閉輸出，此時(shí)所有LED燈不亮。當(dāng)輪詢到其中一路或多路通道狀態(tài)異常，就對(duì)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的LED燈，并發(fā)出硬件異常中斷信號(hào)至STM32 MCU芯片。圖8所示是利用ABEL語言實(shí)現(xiàn)的程序代碼。

3 結(jié)束語

通過對(duì)本系統(tǒng)的研究表明：基于lattice POWR1014A的消費(fèi)產(chǎn)品接口短路測試儀具有體積小，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。可以保證接口狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠高效傳輸至上位，同時(shí)由于POWR1014A具有JTAG接口，可以實(shí)現(xiàn)將多個(gè)芯片級(jí)聯(lián)擴(kuò)展多路接口通道，從而避免了系統(tǒng)布置分散和資源浪費(fèi)的弊端。總之，本文為如何實(shí)現(xiàn)快速診斷消費(fèi)類產(chǎn)品接口線路狀態(tài)提供一種新的方法，也為該類產(chǎn)品自動(dòng)化測試提供新的解決思路。

圖8 程序代碼