C8051F系列混合信号MCU测试方法与实现 (1).pdf
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1、22 集成电路应用 第 40 卷 第 7 期(总第 358 期)2023 年 7 月 Research and Design 研究与设计摘要:阐述C8051F系列MCU测试程序的设计方法,包括测试程序和软硬件方案、通信协议制定规则、配置程序编写方法,基于EVA-100实现C8051F330测试程序,在此基础上进行扩展,探讨整个系列MCU测试程序的扩展方案。关键词:集成电路测试,C8051F330,MCU,通信协议,EVA-100。中图分类号:TN407,TP368.1 文章编号:1674-2583(2023)07-0022-04DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.202
2、3.07.009文献引用格式:杨超,金荣康,张金凤,吴迪.C8051F系列混合信号MCU测试方法与实现J.集成电路应用,2023,40(07):22-25.C8051F系列混合信号MCU测试方法与实现 杨超,金荣康,张金凤,吴迪(北京振兴计量测试研究所,北京 100074)Abstract This paper expounds the design method of the C8051F series MCU testing program,including testing programs and software and hardware solutions,communicatio
3、n protocol development rules,configuration program writing methods,and the implementation of the C8051F330 testing program based on EVA-100.On this basis,the extension is carried out to explore the expansion plan of the entire series MCU testing program.Index Terms integrated circuit testing,C8051F3
4、30,MCU,communication protocol,EVA-100.Analysis of Testing Method and Implementation for C8051F Series Mixed Signal MCUYANG Chao,JIN Rongkang,ZHANG Jinfeng,WU Di(Beijing Zhenxing Institute of Metrology and Testing,Beijing 100074,China.)作者简介:杨超,北京振兴计量测试研究所;研究方向:MCU测试程序设计。收稿日期:2022-10-20;修回日期:2023-06-2
5、2。工业控制和小型数字系统的主控芯片。1 C8051330芯片C8051F330封装资源结构图见图1,其封装是QFN-20,具有20个管脚,其中17个数字IO,可以经过配置和交叉引用将内部数字或者模拟资源引出;C8051F330具有10位多路模数、数模转换器,温度传感器,电压比较器等丰富的模拟资源,同时具有UART、SPI、SMBUS、PCA定时器等多样的数字接口资源;C8051F330具有片内上电复位,VDD实时监测,看门狗定时器和时钟振荡器等功能,是真正能独立工作的片上系统。其小型化的封装、丰富的系0 引言随着在嵌入式领域中对单片机的性能和功能要求越来越高,以往的单片机无论是运行速度还是系
6、统集成度等多方面都不能满足新的设计需求,SILICON LABS公司推出了C8051F系列单片机,成为MCU的典型代表。C8051F系列MCU,基于增强的CIP-51内核,其指令集与MCS-51完全兼容,具有标准8051的组织架构。CIP-51采用流水线结构。70%的指令执行时间为1或者2个系统时钟周期,是标准8051指令执行速度的12倍,其峰值执行速度可达100MIPS,是世界上最快的8位单片机。C8051F系列MCU,具有多种型号可选配置,集成了丰富的外设接口。数字资源方面:具有两路UART和最多可达5个定时器及6个PCA模块,此外还根据不同的需要集成了SMBUS,SPI,USB,CAN,
7、LIN等接口;模拟资源方面:绝大部分C8051F系列MCU都集成了单个或者两个ADC,片内ADC采样精度最多可达24位,采样速率可达800ksps,某些型号的器件还集成了温度传感器和电压基准。C8051F系列单片机是典型的混合信号MCU,具有功能多样,集成度高,封装简洁等特点,可以应用于多种控制场合,非常适合作为图1 C8051F330内部资源框图 集成电路应用 第 40 卷 第 7 期(总第 358 期)2023 年 7 月 23Research and Design 研究与设计统接口以及完善独立的功能,使其在军品和民品市场都得到了广泛的应用。2 基于EVA-100的C8051F330测试设
8、计与实现C8051F330器件逻辑资源众多、外设接口丰富、可编程性强,MCU的测试一直是元器件测试行业的难题;MCU不同于普通的元器件,未进行编程的MCU没有功能输出,无法直接对其进行测试。2.1 总体测试解决方案本文采用“自测试”方法对MCU进行测试:利用开发软件编写MCU配置程序,根据控制器功能分模块进行测试,将不同模块配置程序分别放在子程序中;制定通信协议指令,不同指令指向不同的配置子程序;ATE发送特定指令,MCU接收到指令执行特定的子程序,执行完成之后通过IO端口反馈执行结果,由ATE进行观测,直至完成所有子程序的测试和观测。测试软硬件开发方法见图2所示。2.2 测试架构测试架构见图
9、3。整体测试架构包括ATE测试设备,测试接口板(适配器),待测芯片,上位机和下载器等几个部分组成。与普通芯片测试区别在于施加测试之前,需要对芯片进行配置源程序的编写和下载,使得芯片具有特定的功能,并且待测芯片可以和测试台进行交互,方便进行测试调度。本文采用的自动测试设备是ADVANTEST生产的EVA-100,该设备测试速度可以达到100MHz,具有256个测试通道,PPMU带负载能力达到32mA,图形化的编程界面操作简单,具有图形匹配功能和多样的向量编程语言,特别适合于用作MCU的测试平台。2.3 测试硬件的设计测试接口板及其与ATE连接关系示意图如下图4所示,主要包括复位电路,晶振电路、电
10、源等待测芯片正常工作需要的最小系统。预留下载接口,与待测芯片调试、下载管脚相连,方便综合控制计算机对待测芯片的下载配置;待测芯片的所有可测管脚从测试插座引出,与测试台数字通道相连,方便进行驱动的施加、响应的观测;为了实现UART、SPI、SMBUS等总线接口的测试,被配置为上述总线接口的IO管脚需要上拉,要求同一IO管脚在不同时间点具有不同的硬件连接状态,由光耦进行状态的切换,光耦控制管脚接到测试台继电器控制位上。除此之外,测试接口板所有电源均连接到ATE的数字可编程电源上,由测试台进行供电的同时可以监控功耗电流。2.4 通信协议的制定由以上分析可知,通信协议是ATE调度待测芯片内部资源的桥梁
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