● 摘要
微控制器是集成了CPU、存储器和I/O接口电路等的一类器件，具有体积小、功耗低、成本低、功能丰富、可靠性高、环境适应性强等优点，在我国军工产品中，广泛地应用于型号的自动控制、仪器仪表、测量检测等诸多方面。但是，由于受到国际上微控制器生产厂商断档、禁运、采购渠道等因素影响，部分军用微控制器产品的来源渠道不明，不同程度地存在着故障件、翻新件和拆机件，给型号可靠性带来隐患。因此，对军用微控制器进行测试评价，对保障型号的质量和可靠性具有重要意义。微控制器是大规模集成电路，集成度高，功能复杂，出于保护商业秘密的考虑，生产厂商不会公开其内部门级和RTL级电路结构，用户仅能够了解微控制器的功能原理框图、指令系统和外部引脚资源，因此，在用户级的测试中，基于指令系统进行测试评价是比较现实可行的测试方案。基于指令系统的测试有两个关键问题需要解决：一是如何开发能够有效检测故障的测试程序，二是如何将测试程序转换为测试图形供ATE所使用。本论文以MCS-51系列微控制器测试评价技术为研究内容，以典型MCS-51系列微控制器AT89S51为研究对象，旨在解决微控制器测试程序开发算法和测试图形生成两个技术难题。首先，深入研究了MCS-51系列微控制器的指令系统和内部结构，根据系统图模型的理论，建立了MCS-51系列微控制器的系统图模型；其次，在系统图模型的基础上，结合微处理器的功能故障模型，建立了MCS-51系列微控制器的功能故障模型，针对每种故障模型设计相应的测试算法，开发出了汇编语言测试程序，解决了测试程序开发算法的问题；然后，针对测试图形转换的问题，本论文提出了基于软件的微控制器功能自测试方法，大大减少了测试向量的编制工作量，缩短了测试程序的开发周期，降低了测试成本；最后，选用典型MCS-51系列微控制器产品——ATMEL公司生产的AT89S51作为被测器件，在Sapphire测试系统上开发了软件测试程序，完成了AT89S51在自动测试设备上的功能测试和参数测试。本论文开发的微控制器测试程序适用于MCS-51系列微控制器及兼容MCS-51指令集的其他微控制器产品，能够检测到以下功能故障：寄存器译码功能、指令译码和序列控制功能、数据存储功能、数据传输功能以及数据操作功能等。