基于POWR1014A芯片的消费类终端产品接口短路测试仪设计

黎 坚

（深圳软通动力信息技术有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

大多数的数据采集系统都会用到A/D转换器[1]，但对它的读写控制完全依赖MCU微控制器读取的方法，通常有延时等待法、查询法、中断法。但这些方法需要通过软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作为主控制器，IspPAC-POWR1014A芯片作为终端产品对外接口线路监控和报警单元的系统设计方案，对于自动化产线如何高效检出问题产品有着重要和积极的意义。

1 系统的总体设计

1.1 系统的整体框架图

本系统工作原理如图1所示，远端的上位PC机通过USB接口与数据采集板进行数据通信，下位机STM32则通过IIC轮询检查POWR1014A采集的10路接口数据线电压数据。

1.2 系统硬件设计

1.2.1 POWR1014A

图1 系统数据采集网络结构示意图

IspPAC-POWR1014A是Lattice公司生产的电源监控芯片，拥有10路输入管脚，12路输出管脚，高达10bit ADC来监控输入信号的状态，A/D分辨率可以配置成2 mV和6 mV两种模式。芯片内部集成了24个CPLD[3-4]逻辑宏单元可以完成各种时序逻辑功能，比如监控输入管脚、控制数出管脚、输出告警中断信号等。所以，芯片可以稍微改变其电源监控的用途，就可以转变成消费类产品接口数据线的监控芯片。同时，芯片的JTAG接口可以方便扩展和级联POWR1014A芯片，这样可以监控更多路的输入信号以适应不同类型的终端产品接口测试的需要。

POWR1014A有48个引脚，TQFP封装，内部结构如图2所示。这些引脚大致分为以下几类。

（1）电源类。其中核心电源VCCD和模拟电源VCCA，JTAG电源VCCJ各自需要通过0.1μF电容到数字地。

（2）模拟类信号。VMON1～VMON10为10路模拟输入信号。

（3）数字类信号。OUT3～OUT14为12路数字数出信号。

（4）控制类信号。IIC Slave接口可以通过MCU的IIC Master接口来访问芯片内部AD采样结果以及内部CPLD宏单元内容。

图2 POWR1014A芯片封装图

POWER1014芯片内部结构框图如图3所示。

图3 POWR1014A内部结构框图

1.2.2 MCU控制单元

本系统采用STM32F072CBT作为数据采集单元的控制器，该处理器采用Cortex®-M0架构，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引脚LQFP封装，最高工作频率可以达到48 MHz。

该芯片的优点有：（1）支持精简指令集32-bit RISC core；（2）两路IIC接口可以支持到快速模式1 Mbit/s的传输速率；（3）可以最多支持到87路I/O端口；（4）两路SPI信号可以支持到18 Mbit/s的传输速率。

芯片封装图如图4所示。SMT32F072CBT6的引脚图如图5所示。

图4 STM32芯片封装图

图5 STM32F072CBT6引脚图

1.2.3 接口短路测试仪整体硬件架构

图6 整体硬件测试示意原理图

整体硬件测试示意原理如图6所示。终端设备的对外接口通过数据线连接至测试仪的测量端口，之后测试仪的端口数据线经过上下拉电阻偏置到固定电平，最后，通过POWR1014A的10路A/D中进行数据采集，并通过内部CPLD逻辑单元[5]进行判断，如果有数据线短路等异常现象，就通过POWR1014A的输出端口驱动LED灯来进行报警指示。短路分成两种情况：（1）数据线与地之间的短路，一旦发生此种情况输入至A/D的电压就会拉低至低电平0V；（2）数据线路之间短路，此种情况下，可以将PWR1014A各路输入的上下拉电阻配置成不同的电压值。比如：第一路上下拉电阻分别为2 kΩ、2 kΩ，第二路上下拉电阻分别为2 kΩ、4 kΩ，当线间短路发生时，输入至各路A/D的电压也会偏离预设值电压数值，从而可以判断出来发生线间短路。

2 系统软件设计

构建了测试仪的硬件采集模块和控制模块之后，需要对STM32[6]控制模块与数据采集模块POWR1014A进行程序设计。数据采集传输过程：POWR1014A通过10路A/D电路采样通道采集终端产品接口的电压的状态，然后通过IIC接口同步上传给MCU控制器，最后MCU控制器将数据通过UART-USB接口芯片传输至上位机。

2.1 MCU部分软件设计

主程序流程图如图7所示。系统复位之后，先判断独立工作按键是否按下，如果按下就进入POWR1014A自行独立工作模式，这个时候STM32在不工作的状态。此时完全由POWR1014A的逻辑进行接口线路的状态判断，如果有短路情况发生，立即点亮对应的LED灯。如果没有按下独立工作按键就会进入MCU初始化状态，接着在上位机中等待测试人员键入线路测试的命令，当键入正确的测试命令后，MCU就会控制POWR1014A的ISP_EN管脚以启动内部CPLD的逻辑功能，接着CPLD逻辑就会从第1路开始查询线路状态到第10路结束。如此不断轮询反复查询接口线路状态。

2.2 POWR1014A部分逻辑代码实现

图7 MCU程序流程图

POWR1014A逻辑代码轮询检查通道1～10的接口线路状态，如果没有短路现象发生，就会关闭输出，此时所有LED灯不亮。当轮询到其中一路或多路通道状态异常，就对点亮对应的LED灯，并发出硬件异常中断信号至STM32 MCU芯片。图8所示是利用ABEL语言实现的程序代码。

3 结束语

通过对本系统的研究表明：基于lattice POWR1014A的消费产品接口短路测试仪具有体积小，实时性强，稳定性能好的优点。可以保证接口状态数据能够高效传输至上位，同时由于POWR1014A具有JTAG接口，可以实现将多个芯片级联扩展多路接口通道，从而避免了系统布置分散和资源浪费的弊端。总之，本文为如何实现快速诊断消费类产品接口线路状态提供一种新的方法，也为该类产品自动化测试提供新的解决思路。

图8 程序代码