基于MC9S12XS128的嵌入式單元測試儀軟件開(kāi)發(fā)與實(shí)現

為保證彈載計算機中數字芯片的可靠性、安全性，必須在地面對其進(jìn)行單元測試。數字單元測試儀作為測試芯片性能最重要的技術(shù)設備，也迅速發(fā)展起來(lái)，本文提出一種采用MC9S12XS128單片機作為某型號數字單元測試儀核心的設計方案，通過(guò)控制繼電器陣列實(shí)現不同測試電路或轉換電路的連接，嵌入式編程實(shí)現對被測機構進(jìn)行不同參數測試或狀態(tài)轉換，并管理測試結果。

MC9S12XS128是一款的高性能16位單片機，總線(xiàn)速度高達40 MHz;具有128 KB程序Flash和8 KB DataFlash，用于實(shí)現程序和數據存儲，均帶有錯誤校正碼(ECC);16通道高達12位精度的A/D采集模塊，支持8位、10位或12位多種精度，3μs的轉換時(shí)間;內嵌MSCAN模塊用于CAN節點(diǎn)應用，內嵌支持LIN協(xié)議的增強型SCI模塊及SPI模塊;8通道PWM，易于實(shí)現電機控制;出色的低功耗特性，帶有中斷喚醒功能的IO，實(shí)現喚醒休眠系統的功能。

1 數字單元測試儀系統結構

整個(gè)數字測試儀包含了四大部分：電源模塊、通信模塊、參數測量單元和主控制單元。其中，參數測量單元是整個(gè)數字單元測試儀的核心部件，參數測量單元直接決定著(zhù)測試儀的參數測量精度和應用范圍。電源模塊為測試儀配置CWY交流參數穩壓電源(AC220 V，50 Hz)，同時(shí)給測試儀和打印機供電，通信模塊使用專(zhuān)用測試電纜與被測機構相連，測試電纜的41芯插頭與測試儀“機構輸入”插頭相連，19芯插頭端與被測機構相連。通過(guò)轉接板與LED顯示屏相連，輸出測試結果，用戶(hù)通過(guò)控制面板上的鍵盤(pán)控制該儀器完成各項性能測試。硬件系統結構如圖1所示。

2 基于MC9S12XS128的嵌入式數字單元測試儀軟件設計

數字單元測試儀的軟件需要完成的主要功能包括：1)絕緣預檢。自動(dòng)檢查12項絕緣電阻;2)自動(dòng)測試。預檢合格后，自動(dòng)檢測兩個(gè)通道下各個(gè)電阻阻值及工作循環(huán)中狀態(tài)轉換結果;3)手動(dòng)測試。通過(guò)鍵盤(pán)操作，選取測試內容進(jìn)行測試;4)數據管理。實(shí)現對測試數據顯示、打印及清除。

2.1 軟件設計流程

根據中斷處理機制和多線(xiàn)程編程來(lái)控制整個(gè)軟件的運行流程。在整個(gè)程序啟動(dòng)之后，就一直處于循環(huán)等待的狀態(tài)，等待中斷發(fā)生。當測試者通過(guò)鍵盤(pán)按下按鍵，發(fā)生鍵盤(pán)中斷，程序查詢(xún)中斷向量表，跳轉到鍵盤(pán)中斷響應服務(wù)子程序。在子程序中，判斷所按鍵值，并根據當前狀態(tài)和所按鍵值在程序的各個(gè)模塊之間進(jìn)行切換，完成相應操作。中斷服務(wù)子程序執行完畢之后，退出中斷，程序指針?lè )祷刂鞒绦虻难h(huán)等待，等待下一次中斷發(fā)生。如此循環(huán)往復，從而實(shí)現整個(gè)軟件的測試功能，直至退出測試功能。如圖2為主程序流程圖。

測試儀上電后初始化并進(jìn)入控制主界面，利用向上向下鍵移動(dòng)光標選擇操作項，按“確認”鍵進(jìn)入測試。其中，絕緣預檢自動(dòng)檢查通道1、2的各項絕緣電阻，當作動(dòng)源電壓一定時(shí)，各項絕緣電阻是否在正常工作阻值范圍內。絕緣預檢必須先于其他測試，預檢合格方可后續測試，否則禁止進(jìn)行后續測試。

手動(dòng)測試是各項測試中最復雜的，流程圖見(jiàn)圖3。分別測試通道1、2電阻以及電壓選擇與轉換。進(jìn)入手動(dòng)測試菜單窗口后，選擇“通道X(1或2)電阻測試”，按確認鍵進(jìn)入測試窗口，同時(shí)測試儀自動(dòng)讀取指定通道當前狀態(tài)，如果處于保險狀態(tài)則進(jìn)入“保險狀態(tài)窗口”，如果處于工作狀態(tài)則進(jìn)入“工作狀態(tài)窗口”，通過(guò)向上向下鍵選擇窗口內測試項目，使用“確認”鍵進(jìn)行測試，按一次測試一次，可重復多次測試，光標移到“轉換”位置，按“確認”鍵后測試儀自動(dòng)讀取指定通道當前所處狀態(tài)并進(jìn)行轉換。如果轉換成功窗口顯示5秒后自動(dòng)關(guān)閉并進(jìn)入另一狀態(tài)電阻測試窗口，如果轉換失敗窗口停留，等待用戶(hù)按鍵“返回”。當選擇“通道X電壓與轉換”顯示相應窗口，通過(guò)向上向下鍵選擇窗口內三檔電壓及手動(dòng)調壓，按“確認”鍵顯示轉換結果，包含轉換時(shí)間和轉換電流。

2.2 程序實(shí)現

在CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)平臺上實(shí)現測試儀軟件的開(kāi)發(fā)，通過(guò)BDM(單線(xiàn)背景調試模式)在單片機運行時(shí)對單片機動(dòng)態(tài)調試。軟件設計采用初始化+循環(huán)體的軟件結構，首先進(jìn)行全局變量和所用外設(包括IO、ADC、SPI、PWM、TLMER、SCI)的初始化，然后在循環(huán)體內依次進(jìn)行絕緣預檢、手動(dòng)、自動(dòng)檢測以及數據管理。

初始化被定義在工程文件下init.c源文件內，包括設置晶振時(shí)鐘、總線(xiàn)時(shí)鐘及鎖相環(huán)時(shí)鐘均16 MHz，初始化I/O端口、串口SCIO、SCI1，串口速率9 600，可以中斷接收數據，并對PWM、ECT、ATD模塊進(jìn)行初始化，初始化函數如下：

在common.c文件內定義通用函數，主要是與芯片無(wú)關(guān)的功能性子函數，如顯示格式定義、光標選擇等函數，以下是Uart0_putchar函數用于串口發(fā)送單個(gè)字符，所有字符顯示調用的Show_order函數都是基于此函數。

2.3 測試結果

啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，初始化進(jìn)入主菜單，上下鍵選取測試項，選定絕緣檢查后預檢過(guò)程中各項測試結果如圖4所示，共預檢通道1、2分別在保險及工作狀態(tài)下絕緣電阻共48項。

自動(dòng)檢測結果如圖5所示，順序檢測通道1到2各狀態(tài)電阻，工作狀態(tài)與保險狀態(tài)實(shí)現自動(dòng)轉換，并顯示轉換時(shí)間與轉換電流。圖6是通道1從工作狀態(tài)轉換到保險狀態(tài)結果示意圖。手動(dòng)測試是人工測試兩通道電阻測試和電壓選擇與轉換，電阻測試功能如圖7所示，選擇光標所在行確認，即可顯示測試數據，可重復測試。