一、UTP系統(tǒng)簡(jiǎn)介

宏控UTP協(xié)同自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)UTP測(cè)試系統(tǒng)）是一款通用的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，支持對(duì)總線通信(如串口、CAN、以太網(wǎng)等)、信號(hào)測(cè)試(AD、DA、IO等）、無(wú)線通信（藍(lán)牙、WiFi、4G/5G)、顯示識(shí)別（設(shè)備屏幕、按鈕、LED等）、設(shè)備操控、軟件功能等各方面進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試，能夠進(jìn)行各種復(fù)雜時(shí)序的自動(dòng)化測(cè)試。

接下來(lái)，我將通過(guò)一個(gè)具體的數(shù)字溫度傳感器實(shí)例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明我們?nèi)绾问褂肬TP通過(guò)SPI協(xié)議對(duì)數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試的。

二、被測(cè)產(chǎn)品介紹

在在嵌入式溫度監(jiān)控系統(tǒng)中，微控制器通過(guò)SPI協(xié)議與數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交互：當(dāng)需要讀取溫度時(shí)，微控制器拉低傳感器的片選信號(hào)（SS），通過(guò)SCLK時(shí)鐘線同步發(fā)送讀取指令（如8位指令0x00觸發(fā)轉(zhuǎn)換），隨后從MISO線接收32位數(shù)據(jù)幀（包含14位溫度值及狀態(tài)標(biāo)志，如0x8000A000表示溫度值2048℃且無(wú)故障）；配置參數(shù)時(shí)，發(fā)送寫(xiě)指令（如0x80+配置值）修改濾波模式或采樣率，傳感器立即生效并隱式反饋。通信全程基于全雙工同步傳輸，時(shí)鐘頻率可調(diào)（1-10MHz），支持多傳感器分時(shí)復(fù)用（獨(dú)立SS引腳選擇），適用于工業(yè)測(cè)溫等對(duì)實(shí)時(shí)性與精度要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景。

數(shù)字溫度傳感器涉及的指令幀和數(shù)據(jù)幀：

三、被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試分析

為驗(yàn)證數(shù)字溫度傳感器在SPI協(xié)議下的通信性能與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，測(cè)試流程如下：微控制器首先配置SPI接口（時(shí)鐘1MHz，CPOL=0，CPHA=0），通過(guò)拉低片選信號(hào)（SS）使能傳感器并發(fā)送讀取指令（0x00），接收32位數(shù)據(jù)幀（如0x8000A000解析為2048℃且無(wú)故障）；隨后發(fā)送配置指令（0x80+0x01設(shè)置低噪聲模式），驗(yàn)證溫度波動(dòng)降至±0.1℃；模擬信號(hào)干擾（SCLK抖動(dòng)或SS斷續(xù)）檢測(cè)傳感器返回故障標(biāo)志（如Bit17=1表示熱電偶異常）；最后持續(xù)采集數(shù)據(jù)并與高精度參考設(shè)備比對(duì)，確保誤差≤±0.5℃，并生成測(cè)試報(bào)告。通過(guò)全雙工同步通信與異常注入測(cè)試，全面保障傳感器在工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性。接下來(lái)，將對(duì)這一測(cè)試過(guò)程展開(kāi)詳細(xì)分析。

1.通信初始化

微控制器配置SPI接口為主模式，設(shè)置時(shí)鐘頻率（如1 MHz）、極性（CPOL=0）與相位（CPHA=0），拉高片選信號(hào)（SS）禁用傳感器。

2.溫度數(shù)據(jù)讀取

指令發(fā)送：拉低SS信號(hào)使能傳感器，通過(guò)MOSI線發(fā)送8位讀取指令（如0x00），觸發(fā)溫度轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)接收：通過(guò)MISO線接收32位數(shù)據(jù)幀（如0x8000A000），解析14位溫度值（0x2000對(duì)應(yīng)2048℃）及狀態(tài)標(biāo)志（Bit17=0表示熱電偶正常）。

3.參數(shù)配置驗(yàn)證

寫(xiě)入指令：發(fā)送配置指令（如0x80+濾波模式0x01），設(shè)置傳感器低噪聲模式。

4、異常場(chǎng)景測(cè)試

通信干擾：模擬SCLK信號(hào)抖動(dòng)或SS信號(hào)斷續(xù)，檢測(cè)傳感器是否返回錯(cuò)誤標(biāo)志（如Bit17=1表示熱電偶開(kāi)路）。

超限報(bào)警：加熱至傳感器量程外（如2500℃），驗(yàn)證狀態(tài)標(biāo)志（Bit17=1）及DO引腳報(bào)警信號(hào)觸發(fā)。

在手動(dòng)測(cè)試數(shù)字溫度傳感器的SPI通信時(shí)，存在諸多不足：

手動(dòng)構(gòu)建數(shù)據(jù)幀并觀察數(shù)據(jù)的方式效率極低，每個(gè)操作步驟都需人工介入，使得完整測(cè)試流程耗時(shí)漫長(zhǎng)。

人工編碼報(bào)文容易因?qū)f(xié)議理解不足或操作疏忽而產(chǎn)生錯(cuò)誤，影響測(cè)試準(zhǔn)確性。

手動(dòng)操作無(wú)法保證報(bào)文發(fā)送的精確時(shí)序，難以模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境下的實(shí)時(shí)通信需求。并且，復(fù)雜工況和異常場(chǎng)景的模擬存在局限性，可能遺漏潛在問(wèn)題。

手動(dòng)記錄和分析數(shù)據(jù)不僅效率低下，還容易出錯(cuò)，難以從大量數(shù)據(jù)中快速提取關(guān)鍵信息，不利于故障排查與性能評(píng)估。

四、UTP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)上述被測(cè)產(chǎn)品測(cè)試

下圖為UTP測(cè)試系統(tǒng)與數(shù)字溫度傳感器的連接方式圖示。圖中展示了如何將數(shù)字溫度傳感器的SPI接口與UTP測(cè)試系統(tǒng)的輸出端口相連。連接時(shí)需確保信號(hào)線的正確對(duì)接，以及電源線的正確連接，以保證測(cè)試的準(zhǔn)確性和安全性。

UTP測(cè)試平臺(tái)：

作為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，為SPI通信測(cè)試提供一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，用于模擬各種測(cè)試場(chǎng)景、生成測(cè)試數(shù)據(jù)以及對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行初步的處理和分析等。

SPI通信測(cè)試機(jī)器人：

專(zhuān)門(mén)用于測(cè)試SPI通信的測(cè)試機(jī)器人，它可以生成和發(fā)送數(shù)據(jù)幀，接收并解析從SPI總線上傳來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)與其他設(shè)備的通信來(lái)驗(yàn)證SPI通信的正確性、穩(wěn)定性以及性能等指標(biāo)。

SPI硬件模塊：

實(shí)現(xiàn)USB接口與SPI總線接口之間的轉(zhuǎn)換。它使得計(jì)算機(jī)（通過(guò)USB接口）能夠方便地與SPI總線進(jìn)行通信，將從USB接口接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合SPI協(xié)議規(guī)范的信號(hào)發(fā)送到SPI總線上，同時(shí)將從SPI總線上接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)格式傳送給計(jì)算機(jī)。

數(shù)字溫度傳感器：

借助SPI接口與主設(shè)備通信，依據(jù)從SPI總線上接收到的指令（如讀取溫度指令、配置參數(shù)指令等）執(zhí)行相應(yīng)操作。當(dāng)收到讀取溫度指令（如指令碼0x00），傳感器迅速觸發(fā)溫度轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)以32位數(shù)據(jù)幀形式（包含14位溫度值及狀態(tài)標(biāo)志）通過(guò)SPI總線反饋給主設(shè)備；若接收到配置參數(shù)指令（如0x80+0x01設(shè)置低噪聲濾波模式），傳感器即刻調(diào)整內(nèi)部參數(shù)，完成配置后繼續(xù)按照設(shè)定模式進(jìn)行溫度采集與數(shù)據(jù)傳輸。

UTP測(cè)試平臺(tái)通過(guò)可視化時(shí)序設(shè)計(jì)工具，支持構(gòu)建溫度傳感器的SPI協(xié)議測(cè)試流程：

基于預(yù)設(shè)時(shí)序，通過(guò)SPI指令自動(dòng)配置數(shù)字溫度傳感器參數(shù)（如配置濾波模式指令0x80+0x01設(shè)置為低噪聲模式、采樣周期指令0x82+0x05設(shè)置為每5秒采樣一次），并通過(guò)SPI總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互（如發(fā)送0x00指令觸發(fā)溫度轉(zhuǎn)換并獲取數(shù)據(jù)，接收32位數(shù)據(jù)幀包含溫度值及狀態(tài)標(biāo)志）。

動(dòng)態(tài)解析與驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備響應(yīng)，實(shí)時(shí)解析傳感器反饋的SPI數(shù)據(jù)幀（如接收到0x8000A000，其中高14位0x2000經(jīng)換算表示溫度為2048℃，Bit17 表示熱電偶狀態(tài)，Bit16 表示冷端溫度狀態(tài)），自動(dòng)提取關(guān)鍵信息（溫度值、熱電偶狀態(tài)、冷端溫度狀態(tài)）。

閉環(huán)判定測(cè)試結(jié)果，對(duì)接收的SPI數(shù)據(jù)幀進(jìn)行協(xié)議合規(guī)性校驗(yàn)（如數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為32位、時(shí)鐘沿采樣的準(zhǔn)確性）及業(yè)務(wù)邏輯判定（溫度值與環(huán)境預(yù)期相符、狀態(tài)標(biāo)志與實(shí)際工況匹配，如溫度超量程時(shí)狀態(tài)標(biāo)志位應(yīng)置位）。

五、設(shè)計(jì)自動(dòng)化測(cè)試腳本

UTP協(xié)同測(cè)試系統(tǒng)提供圖形化的自動(dòng)化用例編輯功能，支持設(shè)計(jì)出滿足各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景和時(shí)序要求的測(cè)試用例，通過(guò)測(cè)試用例調(diào)度各種不同的測(cè)試機(jī)器人執(zhí)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)“多輸入多輸出”的協(xié)同自動(dòng)化測(cè)試能力。

下圖是一個(gè)自動(dòng)化測(cè)試用例，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)SPI協(xié)議自動(dòng)向數(shù)字溫度傳感器發(fā)送命令：

下面是測(cè)試系統(tǒng)對(duì)溫度傳感器回復(fù)的消息的檢查，測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)按時(shí)序接收并檢查被測(cè)產(chǎn)品發(fā)出的消息內(nèi)容，自動(dòng)判定是否成功或失?。?/p>

下圖展示的是測(cè)試系統(tǒng)的總線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面，該界面具備對(duì)總線數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與深度解析的功能。在這個(gè)界面中，能夠?qū)偩€協(xié)議里出現(xiàn)的各類(lèi)消息開(kāi)展細(xì)致解析，并進(jìn)行全面記錄。

總結(jié)

UTP協(xié)同自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)可有效解決手動(dòng)測(cè)試數(shù)字溫度傳感器的SPI通信的問(wèn)題。它能自動(dòng)化構(gòu)建和發(fā)送各類(lèi)指令消息，極大提升測(cè)試效率，節(jié)省大量時(shí)間。系統(tǒng)依據(jù)預(yù)設(shè)協(xié)議規(guī)則生成數(shù)據(jù)幀，避免人為編碼錯(cuò)誤，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。憑借高精度時(shí)序控制，可模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境下的實(shí)時(shí)通信，滿足實(shí)時(shí)性測(cè)試需求。

審核編輯 黃宇