硬件测试内容之十七：串口

一、硬件串口类型电平/信号方式特点与典型应用核心参数TTL串口单端信号高电平逻辑1最基础的串口类型单片机、开发板上的UART接口基本都是TTL电平。电压通常是3.3V或5V。注意不能直接与电脑的RS-232串口相连需要通过电平转换芯片。电压3.3V/5VRS-232单端信号负电压逻辑1经典的传统串口早期的电脑COM口、工业设备上很常见。使用正负电压如±12V表示信号抗干扰能力相对较弱通信距离有限约15米。逻辑1-3V ~ -15V逻辑03V ~ 15VRS-422差分信号在RS-232基础上改进全双工通信可以同时收发支持点对多点1个发送器驱动最多10个接收器传输距离远可达上千米速率高。差分电压±2V ~ ±6VRS-485差分信号工业现场总线的主流标准从RS-422演化而来主要特点是支持多点、双向通信半双工允许在一条总线上连接最多32个设备抗共模干扰能力更强。差分电压±1.5V ~ ±6VTX发送数据线。RX接收数据线。GND地线参考零电位这是通信双方必须共有的否则信号无法识别。波特率通信速度比如 9600、115200。收发双方必须设置相同的波特率否则数据会变成乱码。二、 测试内容测试顺序物理层测试示波器测波形应优先于功能测试看打印信息完成。因为如果信号边沿已经失真软件无论如何优化校验算法都无法解决根本问题。物理层电气特性测试电平幅度测试TX/RX引脚的电压摆幅RS-232需±5V~±15VRS-485需差分≥1.5V。上升/下降时间判断信号边沿是否过缓过缓会导致误码。过冲/下冲检查阻抗匹配是否良好过冲过大会损伤芯片。眼图高速时必测观察信号质量评估抖动和噪声容限。波特率误差实测波特率与理论值的偏差通常要求≤±2%。协议层功能逻辑测试基本通信收发数据是否准确误码率测试。帧格式校验位None/Even/Odd、数据位5-8位、停止位1/1.5/2位配置是否生效。流控硬件流控RTS/CTS和软件流控XON/XOFF是否生效尤其在高速收发时验证是否丢包。Break信号发送间隔符Break是否能被正确识别。异常工况测试热插拔带电插拔时接口是否会出现闩锁或损坏针对RS-232/485。短路保护TX对地、TX对电源短路时芯片是否自恢复。共模电压针对RS-485在GND电位差较大的环境下如±7V通信是否依然正常。三、 测试方法测试手段适用场景具体操作示波器眼图/波形硬件信号完整性验证使用高带宽示波器≥200MHz挂载TX引脚触发方式选“上升沿”。观察幅度、边沿单调性并利用示波器的“Measure”功能统计最大最小电压。串口调试助手 环回基础功能与误码率将TX与RX短接自发自收。发送特定数据包如递增数00 01 02...FF或随机数接收比对统计丢包率。长时间稳定性测试如持续48小时可发现潜在的不稳定性。逻辑分析仪协议解码协议时序解析挂载TX/RX引脚设置与设备相同的波特率。开启协议解码UART解码可直接查看数据帧的Stop位、Start位是否存在异常比示波器波形更直观。四、 测试用例用例编号测试项目测试步骤预期结果判定TC-01默认波特率通信设备上电主机以默认波特率如9600发送查询指令设备正确回复数据帧CRC校验通过PASSTC-02极限波特率验证分别测试支持的最高如115200和最低如1200波特率连续发送1000帧误码率为0PASSTC-03奇偶校验切换依次设置为无校验、奇校验、偶校验发送特定字节如0x01校验错误时设备能返回错误码或丢弃帧PASSTC-04硬件流控压力测试关闭主机RTS设备持续发送大数据包设备停止发送CTS未响应时缓存不溢出PASSTC-05异常电压注入向RX引脚注入25V电压串入电阻限流持续1分钟恢复标准电压后通信正常IO口未烧毁PASSTC-06长帧收发发送一帧包含256字节的数据包接收方完整接收无截断或溢出PASS四、 相关标准文件GB/T 6107-2000《使用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终接设备之间的接口》重要性⭐⭐⭐⭐⭐说明这是非等效采用国际标准EIA/TIA-232-E的国标。它规定了25针连接器的电气特性、机械特性和功能定义。如果你做的是RS-232标准9针或25针接口这是必查的电气基准文件。GB/T 15123-2008《信息技术 系统间远程通信和信息交换 使用GB/T 3454的DTE/DCE接口备用控制操作》重要性⭐⭐⭐⭐说明针对RS-422/RS-485的平衡数字多点系统定义了差分信号的电气特性包含负载阻抗、共模电压范围等关键参数。GB/T 9412-1988《用于60108 kHz基群电路的宽带调制解调器的测试方法》此标准较旧涉及模拟线路如果测试的是电力载波或早期Modem可参考。对于常见的TTL/RS-232电平测试主要依据前两份文件。