SA-FCM Fixture快速测试系统软件概述

中文提要SA-FCMFixture快速测试系统软件概述目录第一章实习单位简介 31.1苏州欧力通自动化科技有限公司 31.2电子部门简介 31.3实习岗位简介 4第二章SA-FCMFixture整体设计方案 52.1系统设计发案 52.1.1系统设计步骤 52.1.2系统基本组成 52.2整体控制方案确定 62.3工作时序5第三章系统的硬件设计 73.1SA-FCMFixture实物的设计 73.2MainFlex介绍 93.2.2

Display

Board的介绍 143.2.3

Touch

flex的介绍 143.2.4

Fargo

flex的介绍 153.3主要器件介绍……...…………163.3.1STC12C5A60S2单片机163.2.2红外线测距传感器223.3.3MAX3232芯片233.3.4LM2576电源芯片243.2.5FT232273.4原理图283.4.1单片机最小系统293.4.2PCB实板子31第四章系统软件设计 344.1软硬开发环境334.2软件程序设计344.2.1软件主程序设计344.2.3Flash存储驱动程序354.2.4系统内设模块封装 364.3设备通信协议35第五章系统测试 395.1硬件测试385.2软件测试38结论 43参考文献 44致谢 45SA-FCMFixture快速测试系统软件概述第一章实习单位简介1.1苏州欧力通自动化科技有限公司 图1-1苏州欧力通自动化科技有限公司苏州欧立通自动化科技有限公司位于江苏省级高新区——常熟虞山高新区，在国内设有多个办事处和服务网点。经营非标件、线材、绝缘材料、办公用品及其耗材销售;各自动化解决方案。公司积极倡导一站式采购理念，借助全球化的电子商务平台,为华东地区客户提供质优价廉的产品和高品质的服务，并努力使我们的客户和合作伙伴的利益最大化。公司在2017年就已经通过ISO9001质量体系认证，在质量管理这个方面又上了一个新台阶。“诚信立足，创新致远”。苏州欧立通自动化科技有限公司的诚信、实力和产品质量获得业界的广泛认可。为满足客户的要求，公司将一如既往，在技术上不断革新，在产品上不断创新，朝着目标，撸起袖子加油干！1.2电子部门简介欧立通电子部，电子部门是根据客户对产品的功能要求，进行开发新的程序，在调试过程中不断完善功能，负责公司每一个产品装备好，进行烧录程序后调试，不断的测试每一个功能，保证出货后工作的正常运行，同时对生产、质量提升、成本的下降或公司产品提出合理化的建议，提高合格率，这次完成成品交付于品质部门，进行二次检查，从我保证产品质量生产量达到客户最大满意度。现在当下的电子部门有一个主管、三个工程师、三个新来的工程师助理和一个专门负责电子部文案的女助理组成电子部，三个工程师分别带三个助理，电子部的具体事宜以日报的形式上报给主管，主管以月报的形式上报给公司，每个月由公司进行对电子部门，审查进行奖罚处理。主管李工负责对部门的员工考核，分配大概工作，专门攻克别人攻克不了的问题，开发新的程序，画PCB。邵工给产品画PCB,写程序的模板，大部分主要出差，去浙江嘉善，现场调试机器，蒋工主要负责公司的线上产品的调试，和带助理，画接线图。唐工程师也需要出差调试机器和调试生产线的机器，焊接PCB板，画接线图。三个助理跟着三位工程师学习程序，跟师傅学着调试机器，焊接PCB板，画接线图。从客户提出要求到大家一起商讨开发新的程序，根据功能画PCB板，到领出实物，进行分配整理一一焊接，焊好后烧录程序进行检测，分别记录数据，如果出现异常及时向工程师汇报，及时处理，就这样层层递进，环环相扣，确保产品可以开始生产。1.3实习岗位简介进入到电子部门实习已经有两个月的时间了，学到了很多实用的技能。当我遇到不理解的地方，身边的同事师傅，都会很耐心很具体的讲解给我听，注意哪些状况，怎样去画接线图，焊接板子，调试机器，不管我问了多少遍，他们都很细心的给我讲，作为电子工程师助理的我负责工作内容主要有以下几个方面，1、负责电路板上的元器件打领料单，领出后一一核对，检验元器件是否合格。2、将整理准备好的元器件一一对应，插入PCB板，根据PCB原理图校对方向和位置，从而进行对于元器件从小到大的焊接，3、将焊接好的电路板用万用表进行测量是否能正常通电，通电后是否能正常工作，如有发现异常需停止实验，向主管汇报具体情况尽快解决，最后上交成品让工程师检查。4、将测试好的PCB样板进行打包整理,确认无误,打出入库单,需要跟仓库管理员核对好物料数量，有时候还有需要进行入库,保证生产线上能及时安装到产品上。第二章SA-FCMFixture整体设计方案2.1系统设计发案本系统通过的设计发案。需要根据夹貝平台上的精密位置，来放置光线传感器和距离传感器，还有推动夹手和压板泡沫，起到固定手表模块和测试的作用，然后由STC12C5A60S2通过IO口的控制ULN2803改变气缸工作状态和传感器高电平，最后实现夹具对手表模块测试。2.1.1系统设计步骤(1)根据设计要求，确定控制方案(2)利用AltiumDesigner设计出需要的合理硬件原理图。(3)画出程序流程图，使用C语言进行编程(4)将各元件焊接在PCB板上，并将程序烧录到单片机内(5)通过sscom5.11a进行调试以实现控制功能2.1.2系统基本组成SA-FCMFixture主要由STC12C5A60S2、FPC排线、MacMini模块、mainboard模块、电源模块等组成。单片机电路：使用STC12C5A60S2芯片作为主要的控制单元。因为STC12C5A60S具有很多优点，比如:价格低、性能高、抗干扰的能力很强、功耗很低，而且与传统的8051其他单片机的程序更兼容，不需要改变其他硬件，关键还支持在系统中进行编程技术。更关键是使用ISP可以不需要编程器上直接在PCB板上烧录程序，进行修改和调速都特别方便轻松。FPC排线:因为FPC排线可以很大的缩小电子产品各方面的体积和重量，适用大多数电子产品，从而向更高密度、更小型化、更高可靠方向发展的需要。因此，FPC在移动通讯、手提电脑和计算机外设等等电子产品，数字相机等领域产品也是上得到了广泛的应用使用。除此之外，它不仅可以依照空间布局要求任意安排，而且还可以在三维空间任意移动和伸缩，从而直接使元器件的装配和导线的连接整体化。MacMini和Mainboard模块分别是苹果手表的主板和连接到电脑显示屏，2.2整体控制方案确定SA-BCM-Combo控制流程简图。MacMini外接的苹果电脑，要根据苹果手表的主板来测试，手表的显示屏和Fargoflex,Touchflex的功能。图2-1控制流程简图2.3工作时序SA-FCMFixture软件作为测试终端软件，主要工作是处理上级系统发出的测试指令，在软件初始化完成后便处于等待状态，随时准备接收指令，并按指令要求运行相应的测试程序。工作流程如图3.3.1所示：图2-3工作流程第三章系统的硬件设计3.1SA-FCMFixture的设计SA-FCMFixture软件是针对智能手表显示屏模组专门设计的测试系统软件，应用于在手表组装前显示屏模组的检测，专门是检测显示屏模组的功能是否正常可以使用，减少组装后因显示屏模组的问题而返工的概率。主要功能包括屏幕显示功能测试、触摸功能测试、热敏电阻测试、光线传感器测试、距离传感器测试、天线控制芯片测试。333333357357474474图3-1-1SA-FCMFixture外观图框架尺寸L*W*H：474*357*333mmSA-FCMFixture大体是由四个部分组成，第一部分顶部框架，上面包含四个按钮，分别是复位、停止、两个启动。第二部分测试模块，专门来放手表模块进行测试，第三部分半单元，里面包含气缸和PCB板，第四部分电子控制箱，来组成一个功能完整的SA-FCMFixture。测试模块顶部框架半单元测试模块顶部框架半单元电子控制箱电子控制箱图3-1-2SA-FCMFixture内部图3.2.MainFlex介绍MainFlex模块在SA-FCMFixture里作用，是为了连接苹果手表主板，然后通过手表系统给出相对应的信号来工作，MainFlex是由两个部分组成，其中一部分分别是DisplayBoard、Fargoflex、Touchflex,三个测试功能构成连接，另外一部分是80pinflex的一端连接手表的主板。TouchflexTouchflexUnitFargoflexDisplayBoardUnit80pinflex（DisplayBoard、Fargoflex、Touchflex）80pinflex（DisplayBoard、Fargoflex、Touchflex）图3-2-1MainFlex平面图图3-2-2MainFlexPCB图图3-2-3MainFlex原理图MainFlex模块是根据苹果手表系统定义手表主板的各个脚定义，为了和手表测试端口模块一一对应，来保证信号传递正确，来达到手表三个部分的功能正常检测，然后将检测的数据通过另一端80pinflex显示到显示屏上。80pinflex（DisplayBoard、Fargoflex、Touchflex）Scanhole80pinflex80pinflex（DisplayBoard、Fargoflex、Touchflex）Scanhole80pinflex图3-2-3转接模组表3-1MainFlex模块引脚定义samesimilarqueryJHHIJKP2MonteBinacoZIF1GND2PPVDD_MAIN_SLEEP3_STOCKHOLM3AP_TO_STRTS_LOCKHOLM_UART4AP_TO_STRTS_LOCKHOLM_UART5STOCKHOLM_TO_AP_UART_CTS_L6STOCKHOLM_TO_AP_UART_DATA7GND8AP_TO_STOCKHOLM_DEVICE9AP_TO_STOCKHOLM_FW_DWLD_10STOCKHOLM_TO_AOP_HOST_WAKE11STOCKHOLM_TO_PMU_WAKE12AOP_TO_ALS_I2C_SCL13GND14PP1V8_SLEEP2_ALS15GND16FCM_TO_PMU_NTC3(SEAHORSE17AOP_BI_ALS_I2C_SDA18PMU_TO_ALS_CLK3219ALS_TO_AOP_INT_L20SYS_TO_STOCKHOLM_ALS_HIFA221PMU_TO_STOCKHOLM_EN22PP1V8_SLEEP2_STOCKHOLMJHHIJKP2testflexPadlayout(MONTEBIANCO)1PPVDD_MAIN_SLEEP3_STOCKHOLM2PMU_TO_ALS_CLK323GOLDEEN_NTC4STOCKHOLM_TO_AOP_HOST_WAKE5AP_TO_STOCKHOLM_FW_DLWD_REQ6GND7PP1V8_SLEEP2_STOCKHOLM8GND9AOP_BI_ALS_I2C_SDA10PP1V8_SLEEP2_ALS11STOCKHOLM_TO_PMU_WAKE_SYSTEM12AP_TO_STOCKHOLM_DEVICE_WAKE13PMU_TO_STOCKHOLM_EN14AP_TO_STOCKHOLM_UART_RTS_L15ALS_TO_AOP_INT_L16DISP_TO_STOCKHOLM_HIFA217GND18AOP_TO_ALS_I2C_SCL19STOCKHOLM_TO_AP_UART_RXD20STOCKHOLM_TO_AP_UART_CTS_L21AP_TO_STOCKHOLM_UART_TXDJHHIJKP2ZIFflexconnecttestflex(MONTEBIANCO/GRAPE/DISPLAY)JHHIJKGrapeZIF1GND2GND3ORB_CIN_A4ORB_CIN_B5ORB_CIN_C6ORB_CIN_D7ORB_CIN_E8GND9DISP_TOGRAPE_BSYNC10AOPRT_TO_GRAPE_SPI_CS_L11NC12GRAPE_TO_AOPRT_HINT_L13AOPRT_TO_GRAPE_SPI_SCIK14AOPRT_TO_GRAPE_SPI_MOSI15GRAPE_TO_AOPRT_SPI_MISO16AP_BI_GRAPE_SWDIO17PMU_TO_GRAPE_RESET_L18AP_TO_GRAPE_SWDCIK19PP1V8_SLEEP2_GRAPE20PP1V8_SLEEP2_GRAPE_AVDDJHHIJKGrapetestflexPadlayout1ORB_CIN_A2ORB_CIN_B3ORB_CIN_D4TE_BSYNC5GRAPE_INT_L6GRAPE_SPI_MISO7PP1V8_GRAPE_DVDD8PP1V8_GRAPE_AVDD9GND10ORB_CIN_C11ORB_CIN_E12GRAPE_CS_L13GRAPE_SIP_SCLK14GRAPE_SWDIO15GRAPE_SWTCK16GND17GND18GRAPE_HIFA19GRAPE_SPI_MOSI20GRAPE_RST_LJHHIJKDisplayZIF1GND2PP_VDD_MAIN_DISP_BOOST_SW3PMU_TO_DISP_RESET_L(BOOST_RESET_L)4AP_BI_DISP_MIPI0D_DATA0_N5GND6AP_BI_DISP_MIPI0D_DATA0_P7GND8AP_TO_DISP_MIPI0D_CLK_N9GND10AP_TO_DISP_MIPI0D_CLK_P11PMU_TO_DISP_SYS_ALIVE12DISP_TO_SYS_HIFA2_DDIC_ACT13DISP_TO_PMU_ISENSE14DISP_TO_AP_AOP_BSYNC15AOPTODISP_MIPI_PWRDN_CONN16GND17GND(PIFA)18PMU_TO_DISP_REF_32K19GND(PP6V0_VPP)20GND(MTEST2)21GND(MTEST1)22PP3V0_SLEEP2_DISP23PP1V8_SLEEP2_DISP24PP1V1_SLEEP2_DISP25GNDJHHIJKDisplayflex1GND2GND3MIPI_DND4GND5MIPI_DPO6SYS_ALIVE7VSS8TE_BSYNC9MIPI_CLK_N10GND11MIPI_CLK_P121V1(VDD)13GND14SOC_INT15LCD_RESET_L161V8(DVDD)17PP7V5_VPP18GND19NC20BOOST_RESET_L21GND22NC23VCI24HIFA225GND26HIFA27MTEST228GND29DISP_REF_CLK30VDD_MAIN(VBAT)31PIFA32VDD_MAIN(VBAT)33GND34GNDJHHIJKDisplayflex1GND2VDD_MAIN(VBAT)3BOOST_RESET_L4MIPIDD_N5GND(VVS)6MIPIDD_P7GND(VVS)8MIPICO_N9GND(VVS)10MIPICO_P11SYS_ALIVE12HIFA213HIFA14TE_BSYNC15SOC_INT16LCD_RESET_L17PIFA18DISP_REF_CLK19PP7V5_VPP20MTEST221GND223V0(VCI)231V8(DVDD)241V1(VDD)25GND3.2.2DisplayBoard的介绍DisplayBoard的作用通过苹果手表系统给出的信号，来一一针对手表显示的测试，主要对屏幕基本显示功能进行测试，主要测试项如下：亮屏检测，检测屏幕点亮功能是否正常；三基色检测，控制屏幕依次显示红色、绿色、蓝色，并检测显示颜色是否正常；花屏检测，控制屏幕依次显示白色、浅灰色、深灰色、紫色、黑白条纹间隔、红色、绿色、蓝色、黄色，并检测屏幕是否有出现花屏现象。图3-2-1测试载具3.2.3Touchflex的介绍Fargoflex模块主要通过苹果主板给出信号连接到测试智能手表触摸屏的感应灵敏度及稳定性。通过控制设备中模拟手指按压的导电泡棉运动来完成触摸动作，同时通过检测显示屏感应到的数据来判断产品是否有功能缺陷。图3-2-3触摸模组3.2.4Fargoflex的介绍专门测试手表上的各种传感器，例如热敏电阻：距离传感器、光线传感器1.热敏电阻测试主要针对热敏电阻温度检测及驱动电路的功能测试，不做感应精度及灵敏度测试。主要通过I2C通信读取产品感应到的实际温度，读取温度在正常室温及为良品。2.距离传感器测试主要针对只能手表的距离传感器功能进行测试，距离传感器在感应到不同距离的阻挡物时会有感应数据的变化；本系统通过控制感应片的运动来进行距离传感器的测试；数据通信通过SPI协议进行。从距离传感器读取数据后通过与数据库数据对比来判断产品是否有功能缺陷。3.线传感器测试主要测试智能手表的光线传感器感光功能，通过控制LED光源亮度来测试传感器对不同亮度光线的感应灵敏度；通过I2C通信读取传感器数值后与数据手册标准对比来判断是否有功能缺陷。3.3主要器件介绍3.3.1 STC12C5A60S2单片机单片机也被称为微控制器，是因为它最早被用在工控领域。单片机是计算机领域的一个重要分支，它不是处理某一项特定功能的芯片，而是集成了计算机能作为控制器的核心部分，它其实是一个简化的计算机系统，能处理运算量不高的情况下的控制核心，它是大规模和超大规模集成电路发展的产物。作为计算机领域的一个重要分支，单片机凭借体积小，价格便宜，操作方便，迅速占领了大多数电子产品，从使用领域上，单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。在单片机发展的历史中，最具有意义的便是INTEL的8051。在此之后，单片机的发展更是迅速，出现了16位，乃至现在以ARM公司CORTEX作为内核32位单片机。字长在增加的同时，处理速度也在飞速增长，内部存储空间，寄存器数量，外设种类也在不断发展，当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。STC12C5A60S2是STC公司由于推出的一款功耗较低、抗干扰性好和性能强的COMS8bi微控制器,单时钟/机器周期，并且指令代码完全兼容传统8051。具有60K程序空间，以及1280Byte的SRAM和1KBE2PROMLSTC12C5A60S2使用了传统的MCS-51内核，但具备了一般传统8051单片机不具有的功能，速度的提升、存储空间的增加和更多的寄存器数量。在单个芯片上，集成了一个8bit的CPU和可编程的FLASH，正是因为这个原因，使得STC12C5A60S2在嵌入式控制系统领域中占有一席之地。具有以下标准功能:8KByte的Flash，12802ByteRAM,44位准双向I/O口,并且集成了看门狗定时器，以及内置1KBE2PROM,MAX810复位电路，外部掉电检测电路，内部R/C振荡器，4个16位定时器/计数器，3个时钟输出口，7个外部中断，两路PWM(脉宽调制输出)/PCA(可编程计数器阵列)，8路10位精度ADC，工作频率在0~35MHz(相当于普通8051的0~420MHz)，无需专用编程器和仿真器便可实现ISP和IAP，通用全双工异步串行口，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或者PCA软件实现多串口。为了在系统空闲时最大限度的节省功耗，STC12C5A60S2可以选择两种工作模式，分别是空闲模式和节电模式，当运行在空闲模式时:CPU停止工作，允许RAM、定时/计数器、串口、中断工作。当运行在掉电保护工作模式下时:RAM中的内容被保存，RC振荡器暂停工作，单片机正在处理的数据将暂停运行，单片机和外设之间的中间数据在RAM中缓存，下次唤醒时继续处理未处理完的数据，唤醒方式有:外部中断或硬件复位，此时的功耗下降至最低。而且这款单片机的CUP分频速率也可以根据需要自由选择。该芯片具有PDIP、TQFP、LQFP和PLCC等多种封装，以适应不同情况的需求。其结构框图如图3-3-1所示：图3-3-1STC12C5A60S2结构框图图3-3-2STC12C5A60S2 LQFP封装引脚排列1.多功能I/O口STC12C5A60S2共有四个8位的并行IO口:P0、P1、P2、P3端口，以及零散的P4口,它们对应的引脚分别是P0.0~P0.7,P1.0~P1.7,P2.0~P2.7,P3.0~P3.7，共38根IO线。每根线可以单独用作输入或输出。P0端口，这个口可以作为普通的输入/输出口，在系统扩展外部存储器的时候输出低8位的地址，当PO口用作输IO口时，此时是-一个8位的准双向口,内部存在弱上拉(传统8051单片机P0口是开漏结构，需要外部接上拉电阻)，无需外接上拉电阻。当PO作为ADDRESSDATA复用总线使用时，是低8位地址线。P1端口，该口是带有内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，可达位寻址，P1口也是结构比较单一，用途比较单一，复位时表现为高电平，可驱动4个LSTTL负载。仅能作为普通的数据输入或输出用，内部结构如下:输出的信息只能是内部总线的信息，当内部总线为0时，MOS管被导通，引脚电平被拉到GND上,对外表表现出低电平。当内部总线为高电平时，MOS管被截止，但是由于内部上拉电阻的作用，引脚被上拉到VCC,对外表现为高电平。当P1口作为输入时，需要内部总线向锁存器写高电平，将MOS管截止，引脚上输入电平才能被送到三态缓冲器的输入端，再给三态门一个读信号，引脚上的电平状态就会通过三态门进入内部总线。如图3-3-3：图3-3-3  STC12C5A60S2 P1口锁存器和缓存器结构P1口具有第二功能，如表3-1。表3-1  P1口管脚第二功能端口引脚 第二功能P1.0/ADC0/CLKOUT2ADC输入通道0:独立波特率发生器的时钟输出P1.1/ADC1ADC输入通道1P1.2/ADC2/ECI/RXD2ADC输入通道2:PCA计数器的外部脉冲输入脚;第二串口数据接收端ADC输入通道3:外部信号捕获、高速脉冲输出及PWM输出;第二串口P1.3/ADC3/CCPO/TXD2数据发送端ADC输入通道4:外部信号捕获、高速脉冲输出及PWM输出:SPI同步P1.4/ADC4/CCP1/SS串行接口的从机选择信号P1.5/ADC5/MOSIADC输入通道4:SPI同步串行接口的主出从入P1.6/ADC6/MISOADC输入通道5:SPI同步串行接口的主入从出P1.7/ADC7/SCLKADC输入通道5:SPI同步串行接口的时钟信号P2端口，该口是带有内部上拉电阻的8位准双向I/O端口，可位寻址，复位时输出高电平,在系统扩展时又可以作为高8位地址总线使用。作为输出时:可驱动4个LSTTL负载。当内部总线为0时，MOS管被导通，引脚电平被拉到GND上，对外现出低电平。当内部总线为高电平时，MOS管被截止，但是由于内部上拉电阻的作用，引脚被上拉到VCC，对外表现为高电平。当P1口作为输入时，需要内部总线向锁存器写高电平，将MOS管截止，引脚上输入电平才能被送到三态缓冲器的输入端，再给三态门一个一个读信号，引脚上的电平状态就会通过三态门进入内部总线。见下图3-3-4。图3-3-4 C12C5A60S2 P2口锁存器和缓存器结构P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，当普通输入/输出口时，使用方法和P1、P2类似，可驱动4个LSTTL负载。当系统需要扩展外部器件时，P3口作为第二二功能使用。如表3-2所列。图3-3-5  TC12C5A60S2 P1口锁存器和缓存器结构表3-2 端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能P3.0/RXDUART串行数据输入P3.1/TXDP3.2/INTOP3.3/INT1UART串行数据输出外部中断0输入外部中断1输入P3.4/TO/INT/CLKOUTO定时器/计数器0的外部输入，定时器0下降沿中断;定时器/计数器.0的时钟输出P3.5/T1/INT/CLKOUTO定时器/计数器1的外部输入，定时器1下降沿中断;定时器/计数器1的时钟输出P3.6/WR外部数据存储器写脉冲P3.7/RD外部数据存储器读脉冲当不主动设置P3端口各位的第二功能，则P3端口线自动处于第--功能状态。当需要使用特定的第二功，其他的引脚做普通I/O口使用时，不能对P3口进行字节操作。⑤P4端口，增强型STC12C5A60S2单片机P4口的访问，如同访问常规的P1/P2/P3口，并且均可位寻址，P4口的地址在C0H，但是标准的REG52头文件中并没有P4口的声明，所以在使用P4口的时候需要在#include<reg52>下一行声明特殊功能寄存器sfrP4=0XC0然后P4口就可以和普通I0口--样进行字节操作或者位操作。对于P4口的第二功能，需要设置相关的寄存器，将寄存器置位，就可以将P4特定的引脚设置成特定的功能。在这次设计中，普通的四组IO口已经够用，不需要使用P4口第二功能，所以不再详述。根据4组8位I/O口的结构，可按照需要确定各自的范围。当在--些复杂的系统中，用PO和P2组成16位地址总线，而P3口则因为它特有的第二功能，经常用作传输和控制用，最终只有P1口作为普通的输入/输出口。2.RST复位输入脚(4脚)在振荡器运行时，在复位脚上给两个机器周期的高电平将会使其单片机复.位。在复位电路中，根据时间常数τ=RC,电容--般为10uf，电阻为10K，需要的时间为10K*10uf=0.1S，在复位时，电容器充电，两端电压在0~3.5V增加，电阻在5V-1.5V之间减少。而单片机晶振频率--般为12M,即时钟周期为1/12s这款增强型的8051单片机是1T,所以不需要对时钟频率分频，则机器周期=时钟周期=12us，远小于电容和电阻的时间常数，所以开机时，单片机会复位。当复位按键按下时，电容被短路，RET脚被VCC拉高，所以会出现两个机器周期以上的高电平时间，单片机也会复位。3.地址锁存和ROM编程脉冲输入引脚(27脚)ALE/PROG为高电平时为地址锁存允许控制信号;为低电平时为对内部ROM编程脉冲输入端。在系统扩展时，ALE用来锁存PO口的地址，进而隔离低位地址和数据。当系统中未使用外部存储器时，ALE脚也会有六分之一的固定频率输出，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。4.时钟震荡输入XTAL1、XTAL2信号外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，这两个脚用于外接石英晶振和两个小电容，从而提供震荡频率;当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。3.3.2红外线测距传感器红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。图3-3-2红外线测距传感器3.3.3MAX3232芯片MAX3232采用专门有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0v至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS--232输出电平。MAX3232具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命。关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1uA电源电流，max3232的引脚、封装和功能分别与工业标准MAX242和MAX232兼容。即使工作在高数据速率下，max3232仍然能保持RS-232标准要求的正负5.0V最小发送器输出电压。DIP/SO/SSOP/TSSOP图3-3-3MAX3232引脚图表3-3MAX3232引脚功能图分类管脚构成管脚功能电荷泵电路1由1~6共6个管脚和4只电容(电容大小根据芯片不同而不同)构成C1+产生+10V和-10V两个电源，提供给RS232串口电平的需要2V+3C1-4C2+5C2-6V-数据转换通道7由7~14共8个管脚构成2个数据通道T2OUTTTL/COMS数据从T1IN、T2IN输入，转换成RS-232数据后，从TIOUT、T2OUT送到电脑DB9插头。DB9插头的RS-232数据从R1IN、RZIN输入，转换成TTY/COMS数据后，从R1OUT、R2OUT输出8R2IN9R2OUT10T2IN11T1IN12R1OUT13R1IN14T1OUT供电152个供电管脚GND其中VCC为+5V。16VCC输入电压只要是在、大于等于3.0v小于等于5.5V的范围，就可以提供了正5.5V(倍压电荷泵)和负5.5V(反相电荷泵)输出电压，电荷泵工作在非连续模式，一旦输出电压低于5.5V,将开启电荷泵;输出电压超过5.5V,即可关闭电荷泵，每个电荷泵需要一个飞容器和一个储能电容，产生V+和V-的电压。3.3.4LM2576电源芯片LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576(最高.输入电压40V)及LM2576HV(最高输入电压60V)二个系列。各系列产晶均提供有3.3V(-3.3)、5V(-5.0)12V（-12）、15V（-15）及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。图3-3-4LM2575原理图LM2576特性最大输出电流:3A;最高输入电压:LM2576为40V，LM2576HV为60V;输出电压:3.3V、5V、12V、15V和ADJ(可调)等可选;振东频率:52kHz;转换效率:75%~88%(不同电压输出时的效率不同);控制方式:PWM;工作温度范围:-40C~+125C工作模式:低功耗和正常这两种模式，可以外部来控制;工作模式控制:TTL电平兼容模式;所需外部元件:仅需要四个不可调，或者需要六个可调;器件保护:热关断和电流限制;封装形式:T0-220或T0-263。图3-3-5LM2576内部框图LM2576内部包含52kHz振荡器、1.24V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压(1.23V)，正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1k9(可调-ADJ时开路)，R2分别为1.7k9(3.3V)、3.1k9(5V)、8.84kQ(12V)、11.3ko(15V)和0(-ADJ)，上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。由及LM2576系列开关稳压集成电路的特性可以看出，以LM2576为核心的开关稳压电源完全可以取代三端稳压器件构成的MCU稳压电源。图3-3-6LM2576管脚定义5LM2576引脚功能1)VIN-输入电压端，为减小输入瞬间电压和给调节器提供开关电流，此接脚应接旁路电容CIN;2)OUTPUT-稳压输出端，输出高电压为(VIN-VSAT)，输出低电压为-0.5V。3)GND一电路地;4)FEEDBACK-反馈端;838电子5)ON/0FF--控制端，高电平有效，待机静态电流仅为75μA3.3.5FT232产品简介产品特性:采用原装FT232RL，比仿冒品稳定很多支持Mac、Linux、Android、WinCE、Windows7/8/8.1/0...支持3种供电模式:5V对外供电;3.3V对外供电;由外部供电(要求3.3V-5V)带3个LED:TXDLED、RXDLED、POWERLEDTXD、RXD、RTS#、CTS#:采用弯排针引出其余功能PIN:预留焊盘(配送排针、排座,可上插或下插接入用户系统;PIN间距支持插入万用板)使用说明:(以接入MCU为例)VCCIO:输出3.3V或5V(模块由USB供电，须将跳线帽跳到3.3V或5V)GND:接GNDTXD:接MCU.RX(信号流向:MCU.RX<<FT232<<PC.TX)RXD:接MCU.TX(信号流向:MCU.TX>>FT232>>PC.RX)RTS:接MCU.CTS(信号流向:MCU.CTS<<FT232<<PC.RTS)CTS:接MCU.RTS(信号流向:MCU.RTS>>FT232>>PC.CTS)图3-3-7FT232实物图3.4原理图AltiumDesigner是目前EDA设计使用较广的一款软件，是澳洲Altium公司改进DXP和PROTEL99SE后的成果，用户界面友好，功能强大，是一款优秀的绘制双层多层电路板软件。图3-4-1系统原理图3.4.1单片机最小系统要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图3-3-3所示。图3-4-2最小系统单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。STC12C5A60S2单片机最小系统组成非常简单，包括-一个电源电路、-一个复位电路、一个晶振电路。电源电路由一个10uF的电容和-一个100nF的电容组成，这两个电容的作用主要是滤波，使得电源更加稳定。大电容滤低频，小电容滤高频。复位电路由一个10uF的电容和一个10K的电阻组成，上电需要给10uF的电容充电，电路中的10K电阻把单片机复位引脚拉低为低电平，单片机产生复位。晶振电路由两个30pF的电容和一个11.MHz的晶振组成，晶振是给单片机提供脉冲时钟源的，复位电路是单片机最小系统中所必须的，由电容和电阻提供时间周期，使得单片机在上电时会自动复位。当复位按键按下时，电容器被短路，RET引脚接收到两个机器周期以上的高电平，也会使系统复位，让程序重新从0000H出执行。时钟电路也是单片机最小系统中的必要电路。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供的时间基准，单片机所有的动作都是在这个基准上进行的。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出通常将晶振接在这两个引脚上，旁边再加上两个负载电容短接到地，让单片机处于并联谐振的状态，最大限度的保证频率值的误差，减小温飘。本系统采用STC系列单片机,相比其他系列单片机具有很多优点而且执行速度快，内部存储器空间更大。STC系列单片机使用串口对单片机进行烧写,下载程序较为方便;STC12C5A60S2单片机内部集成了看门狗电路;且具有很强抗干扰能力。而且STC是国产的51单片机，DATASHEET为中文，资料更丰富。本系统采用内部方式的时钟电路和加电自复位的复位电路，如下图所示。行。图3-4-3时钟电路图3-4-4复位电路3.4.2PCB实板子图3-4-1AltiumDesigner中布线完成后顶层图3-4-2AltiumDesigner中布线完成后底层线图3-4-3已经焊接完成的印制电路板第四章系统软件设计本系统使用STC12C5A60S2作为控制的单片机芯片，软件设计主要分为各个模块的初始化、单片机的数据处理及控制气缸和传感器正常工作。上电复位有指令上电复位有指令初始化程序Y  初始化程序YNN指令扫描及分析子程序 指令扫描及分析子程序 开中断开中断处理子程序 处理子程序显示子程序显示子程序动作判断N 动作判断NYY查询指令 查询指令调命令子程序调命令子程序图4-1-1主程序流程图4.1软硬开发环境2013年10月，Keil公司(ARM公司之一)正式推出KeilMDKv5，该版本使用uVision5IDE集成开发环境，是目前针对ARM微控制器，尤其是ARMCORTEX-M内核微控制器最佳的一款集成开发工具。软件环境：操作系统：windows7、Windows8、Windows10；编译软件：SourceInsight、IAREmbeddedWorkbench、KeilUVISION；硬件环境：处理器：奔腾IV2.0GHz及以上；内存：512兆；硬盘：50G；嵌入式处理器：STC12C5A60S2；4.2软件程序设计整个系统要完成的任务是对SA-FCMFixture的功能和气缸动作就行检测，根据红外线感应器来判断动作是否定位，先按照程序的设置，电脑给出指令，对运行前后顺序一步一步检测，然后反馈给电脑数据的目的。4.2.1软件主程序设计voidmain(){ System_Init();//系统初始化 IO_Init();//普通IO口初始化 DEIAYMS(100);//延时100ms DEIAYUS(100); debug();//调试所有IO口是否正常 while(1)//死循环 { if(UART_flag==1)//如果接收到电脑发送的命令 { UART_PRINTF(str);//把电脑发送的命令反馈给电脑 check(str);//识别命令，然后执行对应的动作 I=0;//接收数据个数清零 ES=1;//重新开启串口中断 UART_FIAG=0;//标志位清零 } Key();//按钮检测 }}4.2.2Flash存储驱动程序Flash驱动程序主要负责存储测试数据及测试结果，可以通过USB映射为U盘形式，将数据表格呈现为Excel格式可在电脑端直接编辑。4.2.3系统内设模块封装本系统对内设模块做了应用级封装，方便用户在本系统基础上进行二次开发，缩短开发周期，以快速应对客户不同阶段的需求变化；IO模块封装：本系统对IO输入输出做了封装，输入输出均采用24V电平信号，最多可支持24路输出和24路输入，用户可以简单调用应用函数即可对端口进行操作，不需要考虑硬件初始化等问题。IIC通讯模块封装：IIC1模块应用为Flash存储使用，IIC2则封装为标准IIC主发送器件，通讯速率用户可以自定义（100HZ~400KHZ），发送和接收函数已经封装成标准函数，应用程序可直接调用。SPI通讯模块封装：本系统SPI通讯主要应用与ADC采集部分的通讯，采用四线制SPI通讯，传输速率为480kHz。4.3设备通信协议本协议仅用于JHCDF项目FCM站的fixture，fixture的命令和响应值均为字符串格式。该协议仅用于FCM站的JHCDEF项目的固件，固件的命令和响应值都是字符串格式1.串口1):串行端口类型：USB到RS232表4-1通信参数波特率校验位数据位停止位流量控制115200None81None表4-2传输和响应协议 命令的结束标志夹具响应的结束标志\r\n\r\n*_* 无论PC发送的命令是什么，夹具都应使用端旗响应:\r\n*_* 例如: 正常:命令:Reset\r\n 响应:SystemInitOk!\r\n*_* 异常:命令:systemReset\r\n 响应：此命令是非法的，请再次检查它\r\n\\如果命令仅为：\r\n，则来自固件的响应值应为{r\n}。3.通信命令 发送命令包含两个部分：（1）：命令正文，例如：重置（2）：结束标志：\r\n夹具的响应值包含3个部分：（1）返回值应包括：{响应值与发送命令和\r\n相同，*夹具反映值，{\n}例如。发送：重置\r\n返回：重置正常*_*注意：1）：所有夹具命令不区分大小写，也就是说命令：重置夹具=重置夹具=重置夹具2）：所有响应值应为夹具完成操作，然后返回结果。3):当测试SW发送命令列表中未包含的非法命令时，固件应返回提示信息："不知道命令表4-3通用命令命令列表夹具响应教学帮助返回所有命令获取所有命令重置重置正常将夹具重置为初始状态fix