基于单片机的智能测试系统的设计和应用范围

1、引言

随着电子、电器类产品在社会生活中的普及，国内众多中小企业也纷纷开始自行研制，生产此类产品以满足市场的需求，但由于中小企业人力、物力的局限，往往将主要经历放在了产品的生产上，而对于产品的出厂检测却不够完善，造成产品返修率较高的局面，从实际情况来看，造成产生返修的故障中很大一部分是能够在出厂检测时被发现的，但是由于目前国内的中小企业大部分依靠人工借助部分仪器，仪表来检测，使得检测效率低、测试面不广，存在错检，误检等情况。

智能测试系统的引入可以很好地解决此类矛盾，帮助企业提高产品检测的效率，下面将以一款麻将机主机板的智能测试系统为例，全面阐述设计原理。

2、SST89E58RD2特性介绍

SST87E58RD2是一款80C51微控制器，包含32KB+8KB FLASH和256+768B的数据RAM。SST89E58RD2的典型特性是他的×2方式选项，利用该特性，设计者可使应用程序以传统的80C51时钟频率（每个机器周期包含12个时钟）或×2方式（每个机器周期包含6个时钟）的时钟频率运行。

FLASH程序存储器支持传统的并行编程，也支持串行在系统编程（ISP）。ISP允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程，SST89E58RD2也可采用在应用中编程（IAP），允许随时对两片FLASH程序存储器重新配置，即使应用程序正在运行时也不例外。

SST89E58CD2特性如下：

80C51   处理单元；

5V的工作电压，操作频率为0-40MHz；

64KB的片内FLASH程序存储器，具有ISP（在系统编程）和IAP（在应用中编程）功能；

通过软件或ISP选择支持12时钟（默认）或6时钟模式；

SPI（串行外围接口）和增强型UART；

PCA（可编程计数器阵列），具有PWM和捕获/比较功能；

4个8位I/O口（P0-P3），1个4位I/O口（P4）；

3个16位定时器/计数器；

可编程看门狗定时器（WDT）；

10个中断源，4个中断优先级；

2个DPTR寄存器；

低EMI方式（ALE禁能）；

兼容TTL和CMOS逻辑电平；

掉电检测；

低功耗模式（掉电模式，外部中断唤醒，空闲模式）。

3、智能测试系统原理

本智能测试系统以SST89E58RD2为   ，其原理框图如图1所示，包括：

SPI口线 主要用于向被测主板进行程序   和通讯；

I2C总线 向被测主板中的外部E2PROM读取数据；

RS232电路 用于与上位计算机的通信；

外部FLASH 主要存放被测主板的程序目标代码，选用AT29C010A；

指示灯电路，每个故障点用一个指示灯指示，总数有32个，用4片74HC595做输出驱动电路；

2个步进按钮 用于测试过程中的步进控制，其控制线直接连到SST89E58RD2的P1.1，P1.2口线上；

LED显示 用于测试步进的显示，用1片74HC595控制；

DI输入电路 选用74HC165逻辑芯片，并入串出；

DO输出电路 选用74HC595逻辑芯片，串入并出；

由于单片机外围接口芯片较多，故采用GAL16V8D作为控制译码电路。

4、智能测试系统功能

本文中的智能测试系统的测试对象是自动麻将机的主机板，以下对该系统的设计进行阐述。

自动麻将机的主要测试项包括：

主板供电：内部3个分块电源；12个9V交流DO信号，16个DI信号；4个电源信号；1个主电源和3个分支电源，1个蜂鸣器，1个带I2C的E2PROM；1个SPI口用于与智能测试系统通信和程序   。

麻将机主机板选用AT89S52，该单片机具有通过SPI口系统编程（ISP）功能。

针对麻将机主机板的这些硬件功能，智能测试系统具有以下几个功能接口；

24个DO输出 用于检测被测主板的DI信号；

16个交流/直流DI输入 用于检测被测主板的DO信号；

一个SPI总线接口 用于被测主板的程序   和通讯；

一个I2C接口 用于读写被测主板的I2C的E2PROM。

测试步骤如下：

（1）被测主板的电源测试

该电源的标称值为5V，判定条件为是否在4.75-5.25V之间，可通过由一个N555搭建的SHMILT比较器进行判断，通过指示灯显示结果是否正常。如果电源检测不能通过，后续的检测步骤不再进行，并由蜂鸣器提示。

（2）被测主板的 SPI连接测试和测试程序   

通过SPI口串行   命令读取被测主板CPU的特征码，通过识别判断为AT89S52芯片（麻将机主机板选用的单片机型号），即认为被测主板已连接上。因对于SST89E58单片机而言，他的SPI口是一个完全的SPI口，但AT89E52单片机的SPI口是用于FLASH的ISP功能，当特征码读对后，表明SPI口连线正常，此时测试系统将向被测主板   测试程序，该测试程序的代码放在SST89E58RD2的FLASH地址为0X7000-0X7FF的空间内，   完成后将使被板测主可以配合智能测试系统进行检测。

（3）被测主板的DI功能测试

将被测主板的16点DI分成两组，8点一组，与测试系统的DO口线相连，通过测试系统输出DO信号经被测主板采样后，再通过SPI口通讯读回采样数据，比较输出信号与采样信号的异同、判断是否有通道异常，若存在异常则通过故障指示灯显示。

（4）被测主板的DO功能测试

将被测主板的12个DO分成2组，8点一组和4点一组，与测试系统的DI口连接，通过SPI口通讯命令，让被测主板进行特定状态输出，测试系统通过DI采样，比较采样数据和输出特征数据的异同、判断是否有通道异常，若存在异常则通过故障指示灯显示。

（5）被测主板的断电数据保存测试

因被测主板另有一个非常重要的断电数据保存功能，该功能可使被测主板内部的电源检测电路一旦检测到失去电源后，CPU会在有限的时间内将一些特征数据存放到外部E2PROM（AT24C64）中。针对此功能，测试系统将通过I2C总线直接读取E2PROM内部的数据判断断电数据保存是否有效，通过指示灯指示。

（6）查看故障指示灯，完成测试

以上5个步骤完成后如果没头有指示灯显示故障，则可按下   按键，将麻将机主机板的程序   到AT89S52中，完成整个测试。如果发现还有故障，则按后退键再次进行测试，以便确认故障。

5、智能测试系统关键的程序代码

6、结 语

本设计实现的智能测试系统已应用于某自动麻将机的生产厂家，并取得了良好的应用效果。以往该厂产品的出厂检测均采用人工检测模式，完成检测需要花费20 min，且检测的范围局限于   主要的几项指标；引入本智能检测系统后，只需2min即可完成对产品的检测，且检测的范围覆盖了绝大部分功能，遇到检测不能通过的产品还可以根据智能检测系统的提示快速、准确地找到故障源，大大提高了生产效率。

该智能测试系统还可以进行更深入的开发：

（1）目前很多电子产品出厂前需要进行带电老化测试，但仅仅是带电空载，如果将智能测试系统引入老化测试，模拟产品的工作负载，使产品在老化测试的过程中满负荷工作，则能通过该老化测试的产品将在实际应用中体现出更稳定、可靠的性能。

（2）电子产品出厂前都需要标注序列号，以及产品的版本号，如何将产品的实体与序列号、版本号有效地控制起来，一直是众多厂家的棘手问题，如果将智能测试系统引入出厂产品的序列号、版本号管理也将是非常有效的，利用智能测试系统的上位机扩展功能，通过RS232与计算机相连，智能测试系统在向测试产品   程序之前已经获取了该产品的版本号，再根据当天日期和出厂顺序等一系列属性计算出出厂序列号，当该产品检测通过后，智能测试系统将序列号和版本号上送给上位计算机，计算机中的专用软件将序列号和版本号存入数据库，并将序列号标注在产品上。

目前，本设计实现的智能测试系统正在进行二期开发，拟将智能测试系统引入老化测试和出厂序列号管理，开发成功后，将可大大完善系统的性能、提高系统的适用范围。