93000测试系统下单片机最小可测系统的设计方案研究

单片机最小系统论文范文第六篇：93000测试系统下单片机最小可测系统的设计方案研究

　　摘要：为了利用集成电路测试系统实现对单片机的测试， 提出了基于93000测试系统的单片机最小可测系统的设计方案， 包括硬件连接和软件程序设计， 详细介绍了最小可测系统的实现原理和方法。整个系统设计方案简洁、设计成本低廉、使用方便。

　　关键词：单片机； 测试； 最小可测系统；

　　Abstract:In order to carry out the MCU test using the IC test system, this article puts forward a design scenario of MCU minimum testing system based on 93000.This scenario includes the design of hardware connection and software program.It introduces in detail the theory and method to carry out the system.The whole design scenario is compact, low cost and convenient to use.

　　Keyword:MCU; test; minimum testing system;

　　1 引言

　　单片机 （MCU） , 也称为微控制器， 在工业控制、国防装备、智能仪器等领域得到了广泛应用。Intel公司生产的51系列单片机， 以及其他公司生产的51兼容单片机， 在市场上得到了最广泛的应用。其中， Atmel公司推出的AT89系列单片机是基于Intel公司8051内核的， 内含Flash程序存储器的51兼容单片机， 其在国内拥有大量用户。

　　于2007年引进的V93000SOC是目前国内档次最高的SOC集成电路测试系统之一， 在该测试系统上进行AT89系列单片机可测系统的研究， 可为其它51系列单片机以及复杂微控制器类集成电路测试程序的开发奠定基础和积累经验。本文选择了AT89系列中最早推出的AT89C51单片机作为代表研究单片机的测试方法。

　　单片机测试开发的关键技术主要包括：

　　1） 单片机最小可测系统设计技术；

　　2） 测试系统与单片机可测系统运行的同步技术；

　　3） 单片机的模块功能测试技术；

　　4） 测试向量生成技术。

　　本文主要关注第1项技术。

　　2 总体方案设计

　　2.1 最小可测系统的概念

　　首先介绍一下单片机最小系统的概念。单片机要正常运行， 必须具备一定的硬件条件， 其中最主要的就是三个基本条件： 1） 电源正常； 2） 时钟正常； 3） 复位正常。这样的单片机电路称为单片机最小系统， 只是用起来不太方便， 缺乏输出指示电路和简单输入电路。所以， 一般的单片机最小系统都再配置一些附属电路。

　　在单片机最小系统的基础上， 本文提出了单片机最小可测系统的概念：使单片机能在测试系统上正常工作， 并可进行测试的必须的电路和外围元件。它是对单片机进行测试的最基本、不能再省略掉任何部分的系统， 是对单片机进行测试时首先需要解决的问题。

　　图1 最小可测系统在测试开发中所处的位置  

　　如图1所示， 在设计出最小可测系统之后， 再通过研究单片机的结构、原理、功能特点， 结合单片机开发平台和指令系统、编程语言， 设计更复杂的硬件连接和软件程序， 对片上数据/程序存储器、I/O口、定时/计数器、串口、中断等单片机资源进行测试， 以实现最终的全面测试。

　　2.2 总体设计原则

　　设计最小可测系统的目的， 是让单片机能以最简单的软、硬件设计在93000测试系统上正常工作， 因此制定了如下的设计原则：

　　1） 硬件连接应尽可能简单， 非必要情况下， 尽量避免使用外围电路， 即尽量使用93000测试系统本身的硬件资源；

　　2） 软件程序的设计应尽可能的简洁， 这包括单片机上烧录的程序和93000测试程序；

　　3） 在前两条原则的基础上， 本文设计的最小可测系统， 其功能是将一个I/O口的输入数据从另一I/O口输出。

　　根据这三条设计原则， 对最小可测系统进行设计、实现并上机测试的方案如图2所示。

　　图2 系统总体设计方案  

　　3 硬件连接

　　AT89C51的引脚共40个， 其中总共32个引脚用于四个端口P0~P3.其余八个引脚中， 六个引脚 （VCC、GND、XTAL1、XTAL2、RST和EA?????）是必须连接的， 以使系统能工作。下面分别对各个引脚进行分析。

　　VCC和GND分别为芯片提供供电电压与接地端， 在93000测试系统上应分别与DPS通道和地相连。

　　XTAL1和XTAL2连接外部时钟的方案有两种， 通常情况下， 是与石英晶体振荡器的两端进行连接， 晶振的两端还需要两个30pF值的电容器。另一种方案是使用非晶体振荡器的频率源：将频率源连接到XTAL1、XTAL2保持不连接。在本文中， 单片机是作为被测对象， 使用第一种方案需要增加外围元件， 这无疑增加了测试结果的误差， 因此还需要单独对外围元件进行测试， 以保证测试的精度。在后一种方案中， 直接将XTAL1连接到一个测试通道， 利用该通道输入一定频率的信号， 即可保证单片机正常工作， 这样不仅可以充分利用93000上高精度的频率源， 而且也便于对外部频率进行观察。因此本文选用的是第二种方案。

　　RST电路在通常情况下有两种连接方法： 1） 上电复位电路； 2） 加入一个瞬接开关的上电复位电路。这两种方法都需要增加外围元件， 同样不利于测试。这里直接将RST连接到一个测试通道， 利用该通道输入复位信号， 对单片机进行复位操作。

　　EA代表"外部存取"之意， 由于AT89C51具有内部程序存储器， 因此EA?????引脚接VCC.

　　上述六个引脚， 在单片机正常运行时都必须加以连接。另两个引脚PSEN?????????和ALE, 主要用来对外部程序/数据存储器进行操作。在最小可测系统中， 这两个引脚保持不连接。

　　端口P0作为I/O端口时， 需要外接10KΩ的外部上拉电阻。P1与P2口具有内部上拉电阻， 不需要外接单独的上拉电阻。P3端口也可用作输入或输出， 而且也不需要外接上拉电阻， 但通常大多数运用中它并不作为I/O端口使用， 而用于提供串行通信和外部中断等重要信号。所以选用P1和P2作为最小可测系统的I/O端口。P1和P2共16个引脚分别与93000上16个测试通道相连。

　　AT89C51最小可测系统在93000上的硬件连接方式如图3所示。

　　图3 系统硬件连接示意图   

　　4 软件程序设计

　　4.1 单片机程序设计

　　对单片机的测试是在93000测试系统上， 利用软件来测试单片机的硬件， 软件的设计必须围绕单片机的硬件来完成。汇编是专为底层硬件量身订做的语言， 其编写的程序可以很清晰地反映单片机实际的工作方式， 这正是单片机测试的关注点。汇编的缺点在于写大程序时很不方便， 而C的优点就在这里， 做大程序时降低了编程的难度， 提高效率。

　　最小可测系统功能简单， 用汇编即可很方便的实现单片机的预定功能。后续设计的最终测试系统中， 可以采用汇编为主C为辅的方式。

　　根据总体设计原则的要求， 设计汇编程序如下：

　　需要注意， P0~P3端口在做输入前都需要先输出1.而RESET之后所有端口的锁存器都被写入1, 此时可直接使用端口作为输出。因此烧录完该汇编程序的单片机， 在测试系统中， 只需进行一次复位操作即可正常工作。

　　4.2 93000测试程序设计

　　在93000上的利用SmarTest开发平台进行测试程序设计时， 需要注意振荡频率的选择和复位信号的构造。

　　在编写timing文件时， 选择对XTAL1输入的时钟频率为12MHz, 这是为了方便对测试结果进行观察， 因为在该频率下， 单片机的机器周期正好是1μs.AT89C51对XTAL1端时钟信号的占空比没做硬性要求， 这里使用占空比为50%的信号。

　　对RST上复位信号的构造， 需要明确系统上电所需的延时treset.这里， treset等于上电延时taddrise与起振延时tosc之和。taddrise是电源电压从10%VCC上升到90%VCC所需的时间。tosc是时钟振荡器输出信号的高电平达到Vih1所需的时间。Vih1是单片机电气特性中的一个普通参数， 代表XTAL1和RST引脚上的输入逻辑高电平。

　　从理论上讲， 单片机每次上电复位所需的最短延时应该不小于treset.从实际上讲， 延迟一个treset往往还不够， 不能够保障单片机有一个良好的工作开端。

　　在为最小可测系统编写测试向量时， 为保证单片机复位之后能够稳定的工作， 首先将单片机锁定在复位状态上24000个振荡周期即2ms, 使单片机状态稳定之后， 再利用输入输出引脚对单片机的功能进行测试。

　　5 结语

　　通过总体方案选择、硬件连接设计、单片机程序开发和93000测试程序研制几个步骤， 成功研制出基于93000的最小可测系统。经过试验证明， 该系统可以在93000测试系统上正常工作， 并完全满足设计目标。该系统解决了单片机测试开发中的第一项关键技术， 以此系统为基础， 可向最终测试系统演进。

　　参考文献

　　[1]王晓君， 安国臣， 等。MCS-51及兼容单片机原理与选型[M].北京：电子工业出版社， 2003

　　[2] 林伸茂。8051单片机彻底研究-入门篇[M].北京：中国电力出版社， 2007

　　[3]胡汉才。单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社， 1996

　　[4] Ali M, Gillispie J.McKinlay R.D.8051微控制器和嵌入式系统[M].第二版。严隽永， 译。北京：机械工业出版社， 2007