51单片机实战教程（六网线测试治具设计）

我们日常接触的线材如USB、HDMI、VGA及网线等在生产过程中一般都需要做导通、线序测试。其中有Overmolding制程的产品还需做短路测试。其对应的连接器也需要做同样的测试。厂商的通常做法是购买线缆测试仪来测试。由于线缆测试仪是通用检测设备，单价比较高，体积也比较大。如果用来测USB、网线，及连接器有点大材小用；用起来也不是十分方便。如果自行设计，成本会更低；特别是用于连接器制程检测，更容易嵌入自动化机台中，弥补PLC采样灵活性不足，并可减少所需PLC的输入/输出点数，降低PLC购置费用。下面就讲解如何来设计来设计这种测试治具。

如何来设计测试治具呢？既然线材与连接器的作用都是连接。那么我们就把它作为数据传输通路，分别连接到接收与发送的I/O口上，用它来传送数据。将发送的数据与接收的数据比较，如果与接线相符, 那么被测样品OK，反之则NG。是不是原理很简单？明白了测试原理，我们就可以动手来做了。

下面一网线测试为例，讲解如何设计制作这类治具。先设计制作一个网线测试仪。如果要在制程中使用，不但要测试网线的好坏，还要测出问题出在哪里，为制程改善提供依据。搞这个东西需软硬兼施，即既要设计硬件系统，又要做软件编程。还需要设计机箱与等，这不是这里需要讨论的范畴，就不做说明。

一硬件设计 这是一个简单的测试治具，其硬件部分很简单，如下图示：

采用4节1.5V电池串联供电，主供电电路上串接了一只1N4001二极管。二极管有两个作用：降压与防电源极性弄反损坏元件。电源开关采用2位拨动开关，电源指示用LED。网线插座可采用两只648 8P8C，或带线RJ45 如下图：

按原理图分别与P1、P2口相接，Pin对应关系: bit0-1，bit1-2，...bit7-8。

网线的接法有两种，一种是直连互联法，一种是交叉互联法。交叉线的做法是：一头采用568A标准，一头采用568B标准。平行（直通）线的做法是：两头同为568A标准或568B标准。一般用568B直通做法。568A标准：白绿1，绿2，白橙3，蓝4，白蓝 5，橙6，白棕7，棕8。

568B标准：白橙1，橙2，白绿3，蓝4，白蓝5，绿6，白棕7，棕8。

水晶头的线号如下图：

我们做的测试治具，必须两种接法的线读必须能测。上面原理图中设计两个按钮开关，一个做模式选择，一个做选择确认。原理图中设计有蜂鸣器驱动电路，用蜂鸣器声做按键音。另外有两个LED驱动电路，用以驱动NG/OK指示灯。原理图中LCD1602接口，接LCD1602显示屏。用LCD1602显示测试的详细信息。

二软件设计

1. 明确设计目标（或任务）软件设计前须做功能定义，没有设计目标就没法写程序。这个一般是由需求方定义，设计方依据这个定义设计硬件与软件；或则由设计方定义，再由需求方确认。现在就来做功能及定义。 1). 开机自检由于原理图没有设计系统自检电路, 那就只有通过输出让使用者判定系统是否有问题。要求开机后，蜂鸣器鸣2声，NG指示灯（红灯接P3.2），OK指示灯（绿灯接P3.3）亮2秒后熄灭。2）开机界面 LCD1602第一行显示： P_T Mode. 即Pass Through Mode的缩写, 直通测试模式的意思。第二显示 Y_KeyL N_KeyR。意思按左边键确认使用当前测试模式，按右边键切换到另一测试模式。3) 模式切换如果在开机界面下按左边键，即进入Pass Through Mode。如果按右边键，第一行显示 Cross Mode，即交叉线测试模式。如果再按右边键，第一行又显示： P_T Mode。按左边键进入前显示的测试模式。4）测试界面空闲时第一行显示测试模式（P_T Mode或Cross Mode），第二行显示 No Test。由于测试时间很短，不做测试中界面。测试结果显示，如果测试结果为 OK，第一行显示 OK 12345678，否则显示 NG 12345678 。第二行显示对应接通线号，如果有不到通的则显示空格。NG时，NG灯亮，OK灯不亮，蜂鸣器长鸣。OK时，OK灯亮，NG灯不亮，蜂鸣器不发声。进入测试界面后，不再响应按键。

2. 软件设计 依据以上设计要求可将程序大致分为以下几部分：端口定义，初始化程序，测试程序，测试状态及结果显示程序几部分。下面一步一步来完成这个程序。

2.1 Network Cable Test.uvproj 新建一个Network Cable Tester 文件夹，将以前教程创建的C51 Template文件夹下的所有文件及文件夹复制到这个文件夹下，这样可以节省配置Proj时间（如果你不是新手，完全可以自己从头开始创建）。新建三个文件分别以myport.h, main.h,main.c 存在User文件夹下。 myport.h用于端口定义, 完成后的代码如下:

/*myport.hDesigned by Bill LiuVersion 0.0 Modified last by Bill Liu on 11/21/2021
*/#ifndef __MYPORT_H_
#define __MYPORT_H_#include "stc15w4k.h"#define LCD_DATAPINS P0
#define PORT_IN P1
#define PORT_IN P2sbit LCD_RS = P4^1;
sbit LCD_RW = P4^2;
sbit LCD_EA = P4^4;sbit LED_NG = P3^2; //NG LED control_bit
sbit LED_OK = P3^3; //OK LED control_bitsbit BTN_L = P3^4;  //left button input_bit
sbit BTN_R = P3^5;  //right button input_bitsbit BUZZER = P4^5;  //buzzer control_bit#endif

不用说就知道main.h是main.c的头文件。在main.h里面，包含需用到的库函数头文件，定义系统时钟（延时程序需用到），定义main.c需要用到的变量及函数，完成后如下：

/*main.hDesigned by Bill LiuVersion 0.0 Modified last by Bill Liu on 11/21/2021
*/#ifndef __MAIN_H_
#define __MAIN_H_#include "mtype.h"
#include "stcio.h"
#include "lcd.h"
#include "delay.h"const FSYSCLOCK FSCLK = F30MHz; //define system clock frequency 30MHz, FSYSCLOCK was defineed in mtype.h
ui8 testRes = 2; //test result, 0--NG, 1--OK, 2, No Test
BOOL modeFlag = 0; //test result, 0--PT mode, 1--Cross mode
ui8 tem = 0;
ui8 tem1 = 0;ui8 mstr1[17]="                 ";//space for clraring text
ui8 mstr2[9] = "12345678";
ui8 mstr3[17] =  "";void SoundBuzzerx10ms(ui8 x);void LED_NgOn();
void LED_NgOff();
void LED_OkOn();
void LED_OkOff();
void PT_Test();
void Cross_Test();
void DispalyResult();#endif

包含的库函数头及其实现在前面的教程中已经讲过,可从教程中复制,或者到CSDN网站下载. 在包含了头文件后,需将库函数的.c文件添加到Proj,否则编译时会出错。将鼠标光标移动到Lib上，点击鼠标右键。

在弹出菜单点击Add Existing Files to Group‘Lib’

选中delay.c,mtype.c,stcio.c，lcd.c

点击右下角的Add按钮，再点击Close关闭对话框，回到编程界面。

点击Lib前的+，展开可看到delay.c,mtype.c,stcio.c，lcd.c已加入，如下：

这里先说下如何改Proj名及设置生成的编译文件名。可以看到Proj名为C51 Template

如何将Proj名改为Network Cable Test呢？退出Keil，直接将Proj文件夹下的 C51 Template.uvproj重命名为Network Cable Test.uvproj。

再启动Keil，打开Network Cable Test.uvproj，Proj名就改过来了，如下：

点击Options for Target

在弹出对话框中，点击Output按钮

将Name ofExecute 后面输入框中的C51 Template 改为Network Cable Tester

编译程序，得到如下结果：

可以看出生成的hex文件名也变成了Network Cable Tester 。

2.2 函数代码实现实现main.c是整个程序最重要的部分,下面稍微详细讲解如何实现。没有函数实现的main.c如下:

/*main.cDesigned by Bill LiuVersion 0.0 Modified last by Bill Liu on 11/21/2021
*/#include "main.h" void main()
{while(1){}
}

首选实现main.h中定义的部分函数,先将定义的函数复制到main.c中,分别去掉后面的分号,加上函数体的花括号. 并完成部分函数代码，如下:

/*main.cDesigned by Bill LiuVersion 0.0 Modified last by Bill Liu on 11/21/2021
*/#include "main.h" void main()
{while(1){}
}//***********************************************
void SoundBuzzerx10ms(ui8 x)
{BUZZER = 0;Delay10xms(x, FSCLK);BUZZER = 1;
}
//End of SundBuzzerx10ms(ui8 x)//***********************************************
void LED_NgOn()
{LED_NG = 0;
}
//End of LED_NgOn()//***********************************************
void LED_NgOff()
{LED_NG = 1;
}
//End of LED_NgOff()//*********************************************
void LED_OkOn()
{LED_OK = 0;
}
//End of LED_OkOn()//*********************************************
void LED_OkOff()
{LED_OK = 1;
}
//End of LED_OkOff()//*********************************************
void PT_Test()
{}
//End of PT_Test()//********************************************
void Cross_Test()
{}
//End of Cross_Test()//********************************************
void DispalyResult()
{switch(testRes){case 0: //No testLCD1602_DisplayString(0, 0, mstr1, 0);//clear line1LCD1602_DisplayString(4, 0, "P_T Mode", 0);LCD1602_DisplayString(0, 1, mstr1, 0);//clear line2LCD1602_DisplayString(4, 1, "No Test", 0);LED_NgOff();LED_OkOff();BUZZER = 1; break;case 1: //OKLCD1602_DisplayString(0, 0, mstr1, 0);//clear line1LCD1602_DisplayString(0, 0, "OK", 0);LCD1602_DisplayString(4, 0, mstr2, 0);LCD1602_DisplayString(0, 1, mstr1, 0);//clear line2LCD1602_DisplayString(4, 1, mstr3, 0);LED_NgOff();LED_OkOn();BUZZER = 1;break;case 2://NGLCD1602_DisplayString(0, 0, mstr1, 0);//clear line1LCD1602_DisplayString(0, 0, "NG", 0);LCD1602_DisplayString(4, 0, mstr2, 0);LCD1602_DisplayString(0, 1, mstr1, 0);//clear line2LCD1602_DisplayString(4, 1, mstr3, 0);LED_NgOn();LED_OkOff();BUZZER = 0; //sound buzzerbreak;}
}
//End of DispalyResult()

在 main函数中加入初始化代码，如下：

在main函数中添加响应按键代码，如下：

到此，main函数代码就完成了。接下来完成PT_Test()函数。PT_Test()函数相对比较简单，从输出口输出一个数据，如果输入口收到的数据与输出口的数据相等，测试结果为OK，如果输入数据没变化，说明线缆未连接，没有测试，否则就为NG，如果为NG，则需查询不良Pin。显示结果。因功能定义要求，进入测试状态后，不响应按键。因此以上代码需放入一个死循环中。完成后的代码如下：

//*********************************************
void PT_Test()
{ui8 i,j;while(!modeFlag){testRes = 1;PORT_OUT = 0x00;PORT_IN = 0xFF;Delayxms(2,FSCLK);if(PORT_IN== 0xFF)testRes = 2;else{for(i = 0; i < 8; i++){PORT_OUT = ~(1 << i);//PORT_IN = 0xFF;Delayxms(2,FSCLK);if(PORT_IN== PORT_OUT)mstr3[i] = mstr2[i];else if(PORT_IN== 0xFF){ testRes = 0;mstr3[i] = ' ';}else{testRes = 0;j = 0;tem = ~PORT_IN;while((tem >> j) != 1){j++;}mstr3[i] = mstr2[j];}}}//display resultif(tem1 != testRes) //avoid frequently refresh{DispalyResult();tem1 = testRes;}}}
//End of PT_Test()

Cross_Test()函数相对麻烦一些,由于线缆两个接头分别为A,B,对应关系如下:

代码中需处理线的交叉 , 完成后的代码如下:

//********************************************
void Cross_Test()
{ui8 i,j;while(modeFlag){testRes = 1;PORT_OUT = 0x00;PORT_IN = 0xFF;Delayxms(2,FSCLK);if(PORT_IN== 0xFF)testRes = 2;else{for(i = 0; i < 8; i++){PORT_OUT = ~(1 << i);Delayxms(2,FSCLK);if(PORT_IN== PORT_OUT)mstr3[i] = mstr2[i];else if(PORT_IN== 0xFF){ testRes = 0;mstr3[i] = ' ';}else{j = 0;tem = ~PORT_IN;while((tem >> j) != 1){j++;}mstr3[i] = mstr2[j];}}if(testRes==1){if(strcmp(mstr3, "36145278"))testRes = 0;}}//display resultif(tem1 != testRes) //avoid frequently refresh{DispalyResult();tem1 = testRes;}}
}
//End of Cross_Test()

程序编译结果如下：

到这里所有软硬件设计，就完成了。该程序的代码已上传到CSDN，文件名为Network Cable Tester Code.rar。如需查看可搜索下载。

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