ATS2411 自动测试系统

基于STM32F103的自动测试系统，支持多通道电压采集和负载控制。

硬件配置

主控制器

• MCU: STM32F103CB (BluePill)
• 时钟: 72MHz
• Flash: 128KB
• RAM: 20KB

外设配置

1. ADC (MCP3201)

   • 接口：SPI2
   • 引脚：
     • CS: PA4
     • MOSI: PA7
     • MISO: PA6
     • SCK: PA5

2. 负载控制 (TCA6424A)

   • 接口：I2C1
   • 地址：0x22
   • 引脚：
     • SCL: PB6
     • SDA: PB7
     • RST: PB3

3. 驱动控制 (TCA6424A)

   • 接口：I2C1
   • 地址：0x23
   • 引脚：同上

4. 网络接口 (W5500)

   • 接口：SPI1
   • 引脚：
     • CS: PB12
     • RST: PA12
     • MOSI: PB15
     • MISO: PB14
     • SCK: PB13

5. 温度传感器 (DS18B20)

   • 接口：单总线
   • 引脚：PA10

通道配置

• 20个测试通道
• 3种负载阻值：
  • 22.5Ω (通道0-4, 15-19)
  • 20.0Ω (通道5-9)
  • 18.5Ω (通道10-14)

软件功能

采样功能

• 采样率：10kHz
• 采样点数：1000-10000可配置
• ADC分辨率：12位

SCPI命令集

1. *IDN?

   • 功能：获取设备标识信息
   • 返回格式："ATS2411,Version 2.4.11,STM32F103CB"

2. MEASure <channel>[,<points>]

   • 功能：测量指定通道的电压
   • 参数：
     • channel：通道号(0-19)
     • points：采样点数(1000-10000，可选)
   • 返回：测量结果（单位：ADC码值）

3. MEASure:TEMPerature

   • 功能：测量当前温度
   • 返回：温度值（单位：摄氏度）

4. SYSTem:CHANnel?

   • 功能：查询通道配置信息
   • 返回：通道数量和配置

5. SYSTem:SAMPle?

   • 功能：查询采样配置信息
   • 返回：采样率、点数范围等

6. SYSTem:STATus?

   • 功能：查询系统状态
   • 返回：各个模块的工作状态

7. CALibration:STARt

   • 功能：启动校准过程
   • 校准流程：
     1. 断开所有负载
     2. 采集基准电压
     3. 存储校准系数到EEPROM
   • 超时时间：30秒
   • 返回："CALIBRATION_OK"或错误代码

通信协议

请求示例

{
  "cmd": "MEASure:VOLT? 5,1000",
  "seq": 12345
}

响应示例

{
  "status": 0,
  "data": [512,515,...,508],
  "crc16": 0xA3D5
}

测量流程

1. 选择测试通道
2. 根据通道自动配置对应的负载阻值
3. 开启驱动（延迟10ms）
4. 进行采样
5. 关闭驱动（提前10ms）
6. 恢复所有控制信号到默认状态

安全特性

1. 驱动和负载互锁：同时只能开启一个驱动和一个负载
2. 采样保护：驱动开启前后有延时保护
3. 错误处理：任何错误发生时自动恢复到安全状态
4. 上电初始化：确保所有控制信号处于安全状态

校准流程

graph TD
    A[开始校准] --> B[断开所有负载]
    B -->|调用CAL_Reset| C[采集基准电压]
    C --> D{电压稳定?}
    D -- 是 --> E[计算校准系数]
    D -- 否 --> F[报错0xE4]
    E -->|调用CAL_Write| G[写入EEPROM]
    G -->|调用CAL_Validate| H[验证校验和]
    H --> I[返回CALIBRATION_OK]

开发环境

• 平台：PlatformIO
• 框架：Arduino
• 依赖库：
  • STM32duino FreeRTOS
  • Ethernet2
  • OneWire
  • DallasTemperature
  • MCP_ADC
  • MCP4725
  • I2Cdevlib-Core
  • I2Cdevlib-TCA6424A
  • Vrekrer SCPI parser

platformio.ini配置

[env:bluepill_f103cb]
platform = ststm32
board = bluepill_f103cb
framework = arduino
lib_deps =
    stm32duino/STM32FreeRTOS @ 10.2.0
    adafruit/Adafruit MCP4725 @ 2.0.0
    i2cdevlib/I2Cdev @ 1.0.0

编译烧录

pio run -t upload

故障代码

代码	助记符	描述	相关函数
0xE1	ERR_CHANNEL	通道号超出范围	validateChannel
0xE2	ERR_LOAD_STATE	负载/驱动互锁冲突	checkLoadState
0xE3	ERR_ADC_TIMEOUT	SPI通信超时	readADC
0xE4	ERR_CALIBRATION	校准数据校验失败	CAL_Validate

注意事项

1. 首次上电时，确保所有外设连接正确
2. 测量时注意遵循正确的通道选择顺序
3. 避免频繁切换负载，以延长继电器寿命
4. 定期检查温度，避免系统过热