CN117074825B - 集成化功能测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电子产品测试技术领域，尤其涉及一种集成化功能测试系统及方法，其中系统包括系统电源、MCU1、MCU2、电源编程模块、外部电阻输入接口、开关矩阵电路、二极管测量电路、电阻测量电路、电流测试电路、电压测试电路、外部接口、输入信号处理单元、转换模块、输出驱动处理单元、外部负载接口、USB拓展坞、信号电平转换处理模块以及DUT连接器。方法包括调节电源至适配的电压为板端以及电源编程模块进行供电；控制开关矩阵电路切换到对应的测量电路与DUT连接，并向ADC输出模拟信号；ADC采集模拟信号之后转换数据量并发送至MCU2，MCU2求出测量数值后通过UART串口发给MCU1，MCU1通过USB接口发送至PC。本申请能够代替传统的仪器仪表对电子产品的电压电流电阻以及二极管进行测试。
Description
技术领域
本申请涉及电子产品测试技术领域，尤其涉及一种集成化功能测试系统及方法。
背景技术
随着经济快速发展和居民消费升级，电子产品更新换代速度加快，同时使得智能化、便携化、小型化、复杂化、集成化成为电子产品的普遍发展趋势，也促使电子产品生产厂商增加了对中高端电子产品测试设备的市场需求。与此同时，随着自动化控制技术、精密测量技术、仿真技术、传动技术的快速兴起，电子产品测试设备逐渐向自动化、智能化、精密化、柔性化、多功能化方向升级的趋势愈加明显。
目前传统的电子产品测试方式，多数通过仪器或者仪表对电子产品进行电压电流电阻的测试，需要专业的人员去操作，并不利于工作人员进行使用，另外测试仪器仪表的购买周期比较长，体积大、成本高以及测试过程复杂，均不利于小型化测试机的布局，集成化以及小型化无法实现，从而给测试项目带来了诸多不利的影响。
因此如何设计一种测试系统，从而能够代替传统的仪器仪表对电子产品的电压电流电阻进行测试是目前仍需解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种集成化功能测试系统及方法，能够代替传统的仪器仪表对电子产品的电压电流电阻进行测试。本申请提供如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种集成化功能测试系统，所述系统包括系统电源、MCU1、MCU2、电源编程模块、外部电阻输入接口、开关矩阵电路、二极管测量电路、电阻测量电路、电流测试电路、电压测试电路、外部接口、输入信号处理单元、转换模块、输出驱动处理单元、外部负载接口、USB拓展坞、信号电平转换处理模块以及DUT连接器；
电源编程模块分别与系统电源、MCU1以及开关矩阵电路连接，开关矩阵电路的输入端分别与外部负载接口以及外部电阻输入接口连接，开关矩阵电路的输出端分别与电阻测量电路、电流测试电路以及电压测试电路连接；MCU1分别与MCU2、USB拓展坞、信号电平转换处理模块以及输入信号处理单元连接，USB拓展坞分别与PC以及USB设备连接；信号电平转换处理模块还与DUT连接器连接，DUT连接器与DUT连接，DUT分别与二极管测量电路、电阻测量电路以及电流测试电路连接。二极管测量电路还与输入信号处理单元连接。MCU2还分别与输出驱动处理单元以及转换模块连接，转换模块还分别与电阻测量电路、电流测试电路以及电压测试电路连接。
在一个具体的可实施方案中，所述电源编程模块通过I2C与MCU1进行通讯，由MCU1对系统电源进行可编程设置，所述电源编程模块包括AD5241芯片和电子可调变阻器。
在一个具体的可实施方案中，所述外部电阻输入接口用于电阻测量的接口输入端，可以来自外部电阻，也可以来自DUT被测电阻,外部电阻输入接口与开关矩阵电路相连，通过MCU1控制外部负载接口。
在一个具体的可实施方案中，所述二极管测量电路的二极管可以来自外部二极管，也可以来自DUT上得二极管，不限于测试方式。
在一个具体的可实施方案中，所述外部接口为外部传感器或者按钮接线接口，连接设备外部的可以操作的按钮和传感器，也能够连接输入信号处理单元，由MCU1监控输入信号处理单元端的电平。
在一个具体的可实施方案中，所述转换模块为模拟量转换为数字量的模块，用于接收外部电路送过来的电压物理量；并连接外部测量电路以及MCU2，MCU2能够通过转换模块读取外部电压、电阻以及电流的值。
在一个具体的可实施方案中，所述输出驱动处理单元受MCU2控制，连接外部负载接口，比如电磁阀，继电器，指示灯等；外部负载接口则用于接入外部各种负载部件，例如电磁阀，继电器，指示灯等。
在一个具体的可实施方案中，所述USB拓展坞将MCU1做为USB外设，通过USB接口与PC进行连接，通过电脑PC能够同时控制USB拓展坞上面的所有外部设备，外设不限于带有USB接口的电机，传感器，控制板等。
第二方面，本申请提供一种集成化功能测试方法，采用如下的技术方案：
一种集成化功能测试方法，应用于上述权利要求任一项所述的集成化功能测试系统，所述方法包括：
调节系统电源至适配的电压，为板端所有IC芯片以及为电源编程模块进行供电；
控制开关矩阵电路切换到对应的测量电路与DUT连接，并向ADC输出模拟信号；
ADC采集模拟信号之后转换数据量并发送至MCU2，MCU2求出测量数值后通过UART串口发给MCU1，MCU1通过USB接口发送至PC。
在一个具体的可实施方案中，所述电源编程模块用于对系统电源进行可编程操作，电源编程模块包括芯片AD5241和电子可调变阻器，其中可编程电压的输出计算公式如下：
Vout＝1.22(1+(RA+RWA)/(RWB+RB))
其中，RWA为芯片AD5241中AW端的电阻，RWB为芯片AD5241中WB端的电阻，RAB为该芯片所选择的量程，比如10K，100K，1M等，RW为电子可调变阻器内部滑片的接触电阻，具体为60Ω，D为芯片AD5241内部寄存器的RDAC。
综上所述，本申请的有益效果至少包括：
1.代替了传统的仪器仪表对电压电流电阻的测试，此外进一步增加了外部负载接受和驱动、通讯交互，USB扩展坞功能。
2.此外还具有可编程电源功能，具有USB拓展坞功能，能够通过USB拓展坞连接工业上如电机，压力传感器，USB相关的仪器设备。
3.还具有外部负载驱动和外部传感器，按钮检测功能。
4.最后还具有拓展性功能，如可以同时通过USB拓展坞向下连接另外一个测试板，从而拓展更多的DUT测试和更多的功能测试。
通过采用双核MCU为主，集成电压测量、电流测量、电阻测量、外部负载接受和驱动、USB扩展坞、通讯交互等功能一体开发的一种集成化功能测试板，能够代替传统的仪器仪表对电子产品的电压电流电阻进行测试，并能同时兼容控制用户所需要的如：电机运动，操作按钮部件，安全输入检测部件，常用电磁阀，指示灯，继电器等外部负载的驱动部件，实时通过USB与电脑通讯传递用户外部部件信息以及DUT测试的数据，最终反馈对被测件的测试PASS和FAIL结果。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请实施例中提供的集成化功能测试系统的结构框图。
图2是本申请实施例中提供的处于1.8V的电源编程模块的结构示意图。
图3是本申请实施例中提供的处于3.0V的电源编程模块的结构示意图。
图4是本申请实施例中提供的处于16V的电源编程模块的结构示意图。
图5是本申请实施例中提供电源编程模块的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
本申请的集成化功能测试系统主要应用在工业测试设备，对被测件(即DUT)的电压电流电阻进行测试。
参照图1，是本申请一个实施例提供的集成化功能测试系统的结构框图，集成化功能测试系统包括系统电源S1、MCU1(M1)、MCU2(M2)、电源编程模块S2、外部电阻输入接口S4、开关矩阵电路S5、二极管测量电路S6、电阻测量电路S7、电流测试电路S8、电压测试电路S9、外部接口S10、输入信号处理单元S11(GPI)、转换模块S12(ADC)、输出驱动处理单元S13(GPO)、外部负载接口S14、USB拓展坞S15、信号电平转换处理模块S16以及DUT连接器S17。
具体的，电源编程模块S2分别与系统电源S1、MCU1以及开关矩阵电路S5连接，开关矩阵电路S5的输入端分别与外部负载接口S14以及外部电阻输入接口S4连接，开关矩阵电路S5的输出端分别与电阻测量电路S7、电流测试电路S8以及电压测试电路S9连接。MCU1分别与MCU2、USB拓展坞S15、信号电平转换处理模块S16以及输入信号处理单元S11连接，USB拓展坞S15分别与PC以及USB设备连接。信号电平转换处理模块S16还与DUT连接器S17连接，DUT连接器S17与DUT连接，DUT分别与二极管测量电路S6、电阻测量电路S7以及电流测试电路S8连接。二极管测量电路S6还与输入信号处理单元S11连接。MCU2还分别与输出驱动处理单元S13以及转换模块S12连接，转换模块S12还分别与电阻测量电路S7、电流测试电路S8以及电压测试电路S9连接。
可选的，系统电源S1，由外部5V/24V供电，5V/24V实施隔离，一方面经过降压能够调节至适配的电压，给板端所有IC芯片供电，另一方面也能够为电源编程模块S2进行供电。
在实施中，电源编程模块S2通过I2C与MCU1进行通讯，由MCU1对系统电源S1进行可编程设置，具体为1.8V、3.0V以及16V。I2C，I2C一般指I2C总线，是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。
可选的，系统电源S1的可编程设置并不限于1.8V、3.0V以及16V，也能够设置成其他数值。可编程电源能够更加准确地保证系统电源的输出，同时方便外部测量到系统电源不准确时，能够较为方便地对系统电源进行校准。
参照图2、图3、图4和图5，是本申请一个实施例提供的电源编程模块的电路结构示意图，其中图2-4分别与本申请中设置的1.8V、3.0V以及16V相对应，且图2-4均包括AD5241芯片和电子可调变阻器，AD5241芯片的A端连接有电阻RA，B端连接有电阻RB。在实施中，可编程电压的输出计算公式如下：
Vout＝1.22(1+(RA+RWA)/(RWB+RB))
其中，RWA为芯片AD5241中AW端的电阻，RWB为芯片AD5241中WB端的电阻，RAB为该芯片所选择的量程，比如10K，100K，1M等，RW为电子可调变阻器内部滑片的接触电阻，具体为60Ω，D为芯片AD5241内部寄存器的RDAC，装在8位，也就是最大0XFF，也就是0～255。通过I2C写入不同的值，能够实现RWA和RWB不同的电阻值，从而能够控制Vout不同的输出电压。
可选的，MCU1为32位ARM微处理器，一方面控制电源编程模块S2，编程并匹配准确的输出电源，另一方面与MCU2微处理器相互之间进行UART通讯，进行数据交互，从而进一步控制输入信号处理单元S11、外部负载接口S14以及USB拓展坞S15。
可选的，外部电阻输入接口S4用于电阻测量的接口输入端，可以来自外部电阻，也可以来自DUT被测电阻,外部电阻输入接口S4与开关矩阵电路S5相连，通过MCU1控制外部负载接口S14，使得电阻信号能够传递到电阻测量电路S7，从而实施电阻测试。
在实施中，开关矩阵电路S5由MCU1实施对S14的控制，使能0或者1，从而对S5内部开关进行打开或者关断的操作。可选的，开关可以是独立的，也可以是矩阵组合方式。
可选的，二极管测量电路S6的二极管可以来自外部二极管，也可以来自DUT上得二极管，不限于测试方式。当测试完成给出0或者1，会反馈到S11，由MCU1对S11反馈的信号实施读取操作，从而判断测试结果。
在实施中，电阻测试电路S7将采用外部，外部电阻或者DUT上的需要被测试阻值的部件连接到S5，由M1控制S14使能S5，将被测电阻传递到电阻测试电路S7，在接受到电阻测试信号后，电阻测试电路S7将电阻的信号转换成电压的信号送入ADC。
此外，电流测试电路S8测试DUT上电和下电的电流，由M1通过I2C控制DUTProgramming Power的每一路输出，经过S5开关关闭，经过S8测量电路，最后送至DUT。M1通过SPI与S12实施监控并能够读取测试的工作电流和不测试的待机电流。
而电压测试电路S9则测试DUT上电和下电的电压，由M1通过I2C控制DUTProgramming Power的每一路输出，经过S5开关关闭，经过S9测量电路，最后送至DUT。M1通过SPI与S12实施监控并能够读取测试的工作电压和不测试的待机工作电压。
可选的，外部接口S10为外部传感器或者按钮接线接口，一方面连接设备外部的可以操作的按钮和传感器，另一方面也能够连接S11，由M1监控S11端的电平0或者1，从而判断外部按钮或者传感器是否处于工作状态。
在实施中，输入信号处理单元S11的设置，便于当外部按钮使能或者断开，输入处理单元能够发生电平0或者1的变化。转换模块ADC为模拟量转换为数字量的模块，用于接收外部电路送过来的电压物理量。一方面连接外部测量电路S7、S8以及S9，另一方面连接M2，M2能够通过ADC读取外部电压、电阻以及电流的值。而输出驱动处理单元S13一方面受M2控制，另一方面连接S14外部负载，比如电磁阀，继电器，指示灯等。外部负载接口S14则用于接入外部各种负载部件，例如电磁阀，继电器，指示灯等。
此外，USB拓展坞S15一方面把M1做为USB外设，另一方面通过USB接口与PC进行连接，通过电脑PC能够同时控制USB拓展坞上面的所有外部设备。可选的，外设不限于带有USB接口的电机，传感器，控制板等，进一步地，还可以通过扩展坞进行级联到另外一个USB拓展坞。信号电平转换处理模块S16一方面连接到M1，另一方面连接S17，能够解决MCU输出端电平信号与DUT电平信号不一致的问题。DUT连接器S17用于连接DUT，可选的，次数不限于一个，可以是多个DUT。
接下来以测试DUT的电流为例做出说明：首先通过系统电源S1进行供电，控制MCU1选择电源编程模块S2的电压值，例如选择1.8V则调到对应通道。再控制开关矩阵电路S5切换到电流测量电路S8以及DUT，使得S8与DUT连接并输出模拟信号给到ADC，ADC采集模拟信号之后转换数据量并发送至MCU2，MCU2求出实际电流，通过UART串口发给MCU1，最后通过USB接口发送至PC中，从而完成DUT的电流检测。
综上所述，本申请采用双核MCU为主，集成电压测量、电流测量、电阻测量、外部负载接受和驱动、USB扩展坞、通讯交互等功能一体开发的一种集成化功能测试板。代替了传统的仪器仪表对电压电流电阻的测试，此外进一步增加了外部负载接受和驱动、通讯交互，USB扩展坞功能。此外还具有可编程电源功能，具有USB拓展坞功能，能够通过USB拓展坞连接工业上如电机，压力传感器，USB相关的仪器设备。还具有外部负载驱动和外部传感器，按钮检测功能。最后还具有拓展性功能，如可以同时通过USB拓展坞向下连接另外一个测试板，从而拓展更多的DUT测试和更多的功能测试。同时兼容控制用户所需要的如：电机运动，操作按钮部件，安全输入检测部件，常用电磁阀，指示灯，继电器等外部负载的驱动部件，实时通过USB与电脑通讯传递用户外部部件信息以及DUT测试的数据，最终反馈对被测件的测试PASS和FAIL结果。
本申请还公开一种集成化功能测试方法，应用于上述集成化功能测试系统，方法包括：
调节系统电源至适配的电压，为板端所有IC芯片以及为电源编程模块进行供电。电源编程模块用于对系统电源进行可编程操作，电源编程模块包括芯片AD5241和电子可调变阻器，其中可编程电压的输出计算公式如下：
Vout＝1.22(1+(RA+RWA)/(RWB+RB))
其中，RWA为芯片AD5241中AW端的电阻，RWB为芯片AD5241中WB端的电阻，RAB为该芯片所选择的量程，比如10K，100K，1M等，RW为电子可调变阻器内部滑片的接触电阻，具体为60Ω，D为芯片AD5241内部寄存器的RDAC。
控制开关矩阵电路切换到对应的测量电路与DUT连接，并向ADC输出模拟信号。
ADC采集模拟信号之后转换数据量并发送至MCU2，MCU2求出测量数值后通过UART串口发给MCU1，MCU1通过USB接口发送至PC。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种集成化功能测试方法，应用于一种集成化功能测试系统，其特征在于，所述集成化功能测试系统包括系统电源、MCU1、MCU2、电源编程模块、外部电阻输入接口、开关矩阵电路、二极管测量电路、电阻测量电路、电流测试电路、电压测试电路、外部接口、输入信号处理单元、转换模块、输出驱动处理单元、外部负载接口、USB拓展坞、信号电平转换处理模块以及DUT连接器；
电源编程模块分别与系统电源、MCU1以及开关矩阵电路连接，开关矩阵电路的输入端分别与外部负载接口以及外部电阻输入接口连接，开关矩阵电路的输出端分别与电阻测量电路、电流测试电路以及电压测试电路连接；MCU1分别与MCU2、USB拓展坞、信号电平转换处理模块以及输入信号处理单元连接，USB拓展坞分别与PC以及USB设备连接；信号电平转换处理模块还与DUT连接器连接，DUT连接器与DUT连接，DUT分别与二极管测量电路、电阻测量电路以及电流测试电路连接；二极管测量电路还与输入信号处理单元连接；MCU2还分别与输出驱动处理单元以及转换模块连接，转换模块还分别与电阻测量电路、电流测试电路以及电压测试电路连接：
所述方法包括：
调节系统电源至适配的电压，为板端所有IC芯片以及为电源编程模块进行供电；
控制开关矩阵电路切换到对应的测量电路与DUT连接，并向转换模块输出模拟信号；
转换模块采集模拟信号之后转换数据量并发送至MCU2，MCU2求出测量数值后通过UART串口发给MCU1，MCU1通过USB接口发送至PC；
所述电源编程模块用于对系统电源进行可编程操作，电源编程模块包括芯片AD5241和电子可调变阻器，芯片AD5241的A端连接有电阻RA，B端连接有电阻RB，其中可编程电压的输出计算公式如下：
Vout=1.22(1+（RA+RWA）/（RWB+RB）)
其中，RWA为芯片AD5241中AW端的电阻，RWB为芯片AD5241中WB端的电阻，RAB为该芯片所选择的量程，RW为电子可调变阻器内部滑片的接触电阻，具体为60Ω，D为芯片AD5241内部寄存器的RDAC。
2.根据权利要求1所述的一种集成化功能测试方法，其特征在于，所述外部电阻输入接口用于电阻测量的接口输入端，可以来自外部电阻，也可以来自DUT被测电阻, 外部电阻输入接口与开关矩阵电路相连，通过MCU1控制外部负载接口。
3.根据权利要求1所述的一种集成化功能测试方法，其特征在于，所述二极管测量电路的二极管来自外部二极管。
4.根据权利要求1所述的一种集成化功能测试方法，其特征在于，所述外部接口为外部传感器或者按钮接线接口，连接设备外部的可以操作的按钮和传感器，也能够连接输入信号处理单元，由MCU1监控输入信号处理单元端的电平。
5.根据权利要求1所述的一种集成化功能测试方法，其特征在于，所述转换模块为模拟量转换为数字量的模块，用于接收外部电路送过来的电压物理量；并连接外部测量电路以及MCU2，MCU2能够通过转换模块读取外部电压、电阻以及电流的值。
6.根据权利要求1所述的一种集成化功能测试方法，其特征在于，所述输出驱动处理单元受MCU2控制，连接外部负载接口；外部负载接口则用于接入外部各种负载部件。
7.根据权利要求1所述的一种集成化功能测试方法，其特征在于，所述USB拓展坞将MCU1做为USB外设，通过USB接口与PC进行连接，通过电脑PC能够同时控制USB拓展坞上面的所有外部设备。
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