CN212411188U

CN212411188U - 一种全自动usb热插拔测试仪

Info

Publication number: CN212411188U
Application number: CN202021549461.1U
Authority: CN
Inventors: 白晓明; 胡慧君
Original assignee: Shenzhen Chuangshiwei Smart Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Chuangshiwei Smart Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-30

Abstract

本实用新型涉及USB测试技术领域，为了解决现有技术中人工测试效率低下且容易出错的的技术问题，本实用新型提供了一种全自动USB热插拔测试仪，包括：控制模块，用于实现按键扫描、LED显示、LED数码管显示、插拔测试计数、继电器的通断控制功能；显示模块，用于图形或数字显示；驱动模块，用于显示屏成像，驱动显示模块显示；指示灯，用于指示显示模块的数据显示类型；按键，用于设置参数，查询数据，启动/停止设备；第一USB接口，用于连接USB主机；第二USB接口，用于连接USB从机；继电器，用于实现USB电路连接的通断；继电器分别与控制模块、第一USB接口、第二USB接口连接，驱动模块分别与控制模块、显示模块连接，控制模块分别与指示灯、按键连接。

Description

一种全自动USB热插拔测试仪

技术领域

本实用新型涉及USB测试技术领域，具体而言，涉及一种全自动USB 热插拔测试仪。

背景技术

一般的USB产品在研发设计阶段，特别是接近批量生产阶段，需要进行大量的可靠性测试，其中USB热插拔测试就是其中一种。如果由于该USB 产品存在设计的缺陷，或者其对应的上位机驱动及软件存在缺陷，那么在反复的热插拔过程中，可能会导致产品功能失效，主要表现为以下现象：

1.经过多次的热插拔后，USB产品再也无法正常枚举，无法被上位机识别。

2.经过多次的热插拔后，USB产品发生永久性故障或损坏，无法正常运行。

3.经过多次的热插拔后，上位机软件死机或崩溃。

USB热插拔，即允许用户在不关闭系统，不切断电源，甚至该USB设备正在读写数据的的情况下插上和拔出USB设备，要求USB设备再次插上的时候能正常工作，上位机不会因为频繁的热插拔而死机、崩溃、重启甚至损坏。

这种USB热插拔测试，一般是人工的测试，即人为的将正在工作的USB 设备不停的从上位机的USB接口反复的插入和拔出，并记录测试的次数，观察USB设备及上位机是否还能继续正常工作。测试人员可以把出现异常的现象及对应的串口调试日志保存下来，供研发人员分析问题。

这种热插拔测试一般至少是几百次，甚至几千上万次，会将大量的人力及时间耗费在这么重复的、简单的、枯燥的工作上。而且人工测试，不仅要热插拔，还要观察现象、记录数据，以致效率低下，且容易出错。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种全自动USB热插拔测试仪，解决了现有技术中人工操作效率低下和容易出错的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是如此实现的：

本实用新型实施的一种全自动USB热插拔测试仪，包括：控制模块，用于整个系统的控制，实现按键扫描、LED显示、LED数码管显示、插拔测试计数、继电器的通断控制功能；显示模块，用于图形或数字显示；驱动模块，用于显示屏成像，驱动所述显示模块显示；指示灯，用于指示所述显示模块的数据显示类型；按键，用于设置参数，查询数据，启动/停止设备；第一 USB接口，用于连接USB主机；第二USB接口，用于连接USB从机；继电器，用于实现USB电路连接的通断；所述继电器分别与所述控制模块、所述第一USB接口、所述第二USB接口连接，所述驱动模块分别与所述控制模块、所述显示模块连接，所述控制模块分别与所述指示灯、所述按键连接。

作为其中一种实施方式，所述继电器与所述控制模块之间还包括光电隔离模块，所述光电隔离模块用于提高抗干扰能力，避免输出端对输入端产生的反馈和干扰。

作为其中一种实施方式，还包括外部触发接口，用于触发所述热插拔测试仪由工作模式切换为停止模式。

作为其中一种实施方式，所述显示模块为LED数码管显示屏。

作为其中一种实施方式，所述第一USB接口与所述第二USB接口均为 USB TypeA母口。

作为其中一种实施方式，所述控制模块型号为SC92F8003。

作为其中一种实施方式，所述继电器的数量为四个。

作为其中一种实施方式，所述光电隔离模块的数量为四个。

作为其中一种实施方式，所述指示灯的数量为三个。

本实用新型实施例提供了一种全自动USB热插拔测试仪，带来的有益有效果：

该测试仪免去了用人工去反复插拔的麻烦，可以模拟人工对USB设备进行热插拔，做到无人参与下的全自动热插拔测试；可以协助开发人员改进USB 产品或上位机USB驱动及配套软件的可靠性和稳定性，大大提高了研发和测试的效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的全自动USB热插拔测试仪的原理框图1；

图2为本实用新型实施例提供的全自动USB热插拔测试仪的原理框图2；

图3为本实用新型实施例提供的全自动USB热插拔测试仪原理图；

图4为本实用新型实施例提供的全自动USB热插拔测试仪示意图；

图5为本实用新型实施例提供的设置键查询功能操作流程图；

图6为本实用新型实施例提供的设置键设置功能操作流程图；

图7为本实用新型实施例提供的全自动USB热插拔测试仪应用场景；

图8为本实用新型实施例提供的全自动USB热插拔测试仪工作原理流程图。

图中：控制模块1、驱动模块2、显示模块3、第一USB接口4、第二 USB接口5、按键6、继电器7、指示灯8、光电隔离模块9。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

参阅图1至图4，为本实用新型实施例提供的一种全自动USB热插拔测试仪，包括：控制模块1、驱动模块2、显示模块3、第一USB接口4、第二 USB接口5、按键6、继电器7、指示灯8、光电隔离模块9、电源输入接口、外部触发接口。

USB热插拔测试仪设置有第一USB接口4、第二USB接口5、电源输入接口、外部触发接口，电源输入接口与外部直流输入口电源连接，给系统提供直流5V电源。

第一USB接口4选用USB TypeA母座，用于被测USB主机，该主机可以是智能电视、机顶盒、电脑。第二USB接口5选用USB TypeA母座，用于被测USB从机，该从机可以是U盘、USB移动硬盘、USB声卡、USB麦克风、USB摄像头。

USB接口具有四条线路，分别是VBUS、DP、DM、GND，VBUS是电源，电压为5V，GND是地线，DM是DataMinus的缩写，意为数据负信号，即数据线D-，DP是Data Positive的缩写，意为数据正信号正，即数据线D+，第一USB接口4的VBUS、DP、DM、GND分别通过四个继电器RLY1、RLY2、 RLY3、RLY4连接至第二USB接口对应的VBUS、DP、DM、GND端口上。

继电器的英文名称为Relay，这里分别用RLY1、RLY2、RLY3、RLY4 上来表示四个继电器，继电器是两态元件，它只有通和断两种状态，它们是四个工作电压为5V的继电器，主要作用是实现四根USB线的通断。

继电器7由控制模块1来控制，控制模块1分别通过四个IO端口OUT1、 OUT2、OUT3、OUT4连接至四个继电器RLY1、RLY2、RLY3、RLY4上，用来控制这个四个继电器的通断，以此来模拟人工插拔USB的功能。

参阅图1，本实用新型的一实施例中没有光电隔离模块，继电器7在通断时，可能会产生干扰，会有一定概率使控制模块1不能正常工作，严重时使控制模块1程序跑飞、导致LCD显示字符无法辨认，为了降低对控制模块 1的影响，保证系统的正常运行，在本实用新型的另一实施例中，参阅图2，在继电器7与控制模块1之间增加了光电隔离模块9，用于减轻继电器7对控制模块1的干扰。

光电隔离模块9具体为光电耦合器，简称光耦，其英文是Optocoupler，一般用OPC简写代表光耦，本实用新型的一实施例中，分别用OPC1、OPC2、 OPC3、OPC4代表四个光电隔离模块，其中OPC1分别与OUT1、RLY1连接， OPC2分别与OUT2、RLY2连接，OPC3分别与OUT3、RLY3连接，OPC4 分别与OUT4、RLY4连接，负责将控制模块1的OUT1至OUT4输出电平，通过光电隔离模块9的电、光、电转换，控制继电器RLY1至RLY4的通断。

控制模块1与驱动模块2通过两线串行接口连接，该串口包括CLK和 DIO两条线路，CLK为时钟信号，DIO为数据的输入与输出。

在本实用新型的一实施例中，控制模块1的型号选用SC92F8003， SC92F8003为8位单片机，在本系统中主要负责按键扫描、LED显示、LED 数码管显示、插拔测试计数、继电器的通断控制等功能。

在本实用新型的一实施例中，驱动模块2的型号选用TM1637，TM1637 是一种带键盘扫描接口的LED驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压区动、键盘扫描等电路。

控制模块1与驱动模块2通过两线串口通信，在输入数据时，当CLK是高电平时，DIO上的信号必须保持不变；只有CLK上的时钟信号为低电平时， DIO上的信号才能改变。数据输入的开始条件是CLK为高电平时，DIO由高变低；结束条件是CLK为高时，DIO由低电平变为高电平。

驱动模块2与显示模块3连接，显示模块3为LED数码显示屏，显示模块3用于显示数据，如插拔次数、插入时间、拔出时间，插拔次数的显示范围为0-99999次，插入时间1-200秒，拔出时间1-200秒。

限于LED数码显示屏显示的局限性，LED数码显示屏并不能同时显示出所有数据，为此本USB热插拔测试仪还设置了三个LED指示灯LED_1、 LED_2、LED_3，用来指示当前的数据字型，比如插拔次数LED_1点亮，表示当前数码LED正在显示当前的插拔次数，次数会一直累计。

为了至少实现与LED数码显示屏和LED指示灯相对应的功能，还需要设置相应按键用于选择当前要显示的数据类型，为此本USB热插拔测试仪还设置了四个按键，分别为K_SET、K_INC、K_DEC、K_START，其中K_SET 功能为设置/查询、K_INC功能为增加、K_DEC功能为减少、K_START功能为启动/停止，按键类型为轻触按键。

具体地，设置/查询：

查询功能，设置键查询功能操作流程，具体参阅图5。

短按此键，查看当前设置，短按一次，数码管显示预设的插拔次数(插拔次数LED_1点亮)；3秒内短按第二次，数码管显示当前预设的插上时间 (插入时间LED_2点亮)；3秒内短按第三次，数码管显示当前预设的拔出时间(拔出时间LED_3点亮)，3秒内再次短按此键，回到默认的显示：数码管显示当前已经插拔的次数，插拔次数LED_1点亮。在按键过程中，如果超过3秒无按键，则自动回到默认的显示。

设置功能，设置键设置功能操作流程，具体参阅图6。

长按“设置”键超过2秒，数码管显示当前预设的插拔次数，插拔次数LED_1闪烁，此时用户按“+”或“-”键，插拔次数加1或减1，按住“+”键或“-”键不放，插拔次数连续快速的加1或减1(速度为每1秒加减50)，范围为1-99999次；再次短按“设置”键，进入插上时间设置模式，插入时间LED_2闪烁，设置方法同上，不同的是快速加减速度为1秒加减10；再次短按，进入拔出时间设置模式，拔出时间LED_3闪烁，设置方法同插上时间设置；再次短按“设置”键，退出设置模式，进入默认显示模式(显示当前预设的插拔次数)。

设置过程中，如果3秒内不操作“设置”键、“+”或“-”键，则自动退出设置模式，回到默认显示模式。

“+”键：

配合设置键功能，短按加1，按住不放超过1秒则持续、快速的加1.

“-”键：

配合设置键功能，短按减1，按住不放超过1秒则持续、快速的减1.

启动/停止键：

短按此键，本测试仪立即启动，LED数码管从0开始显示插拔次数。插入和拔出，为一次完整的插拔测试，数码管显示的次数会自动加1。

只要满足以下2个条件中的任何一个条件，则整个测试完成，即仪器停止插拔动作，停止计数：

1.当插拔次数达到预设的插拔次数时。

2.当外部触发条件满足。

3.用户再次按下启动/停止键，计数停止。

外部触发接口，用于触发USB热插拔测试仪由工作模式切换到停止模式，停止当前的插拔测试及计数，例如当外部输入低电平，可以触发本仪器从工作模式到停止模式，停止当前的插拔测试及计数。外部触发电平可以接到被测USB主机，也可以接到被测USB从设备，以便用外部条件来触发停止本次测试。

外部触发接口应用场景：长时间几天几夜的自动插拔测试，没有专人在现场监控本测试仪，当USB主机或设备已经发生异常了，如果没有人为的操作停止测试，这时本测试仪仍然在不停的插拔和计数，此时需要一个外部触发条件来停止本次测试，锁定插拔次数及保护测试现场(比如串口日志，故障现象等)，方便测试及研发人员解决问题。

参阅图7，一种全自动USB热插拔测试仪的应用场景，此应用场景中，测试仪的第一USB接口(对应图4中的USB1)接上位机的USB口，此USB 必须是上位机的USB HOST口或USBOTG口，在这里充当USB主机的功能，被测的上位机可以是智能电视、机顶盒、电脑等一切可以作为USB主机的设备；测试仪的第二USB接口(对应图4中的USB2)口接被测的USB设备，可以是USB麦克风、USB摄像头、U盘、USB移动硬盘等一切可能的USB 从设备。

参阅图8，全自动USB热插拔测试仪基本工作原理介绍：

1.用户插上5V电源适配器到DC 5V电源输入接口上，LED数码管显示屏显示当前预设的插拔测试次数。如果该预设的插拔次数显示为0，表示不限次数热插拔测试，需要人工停止或外部输入电平信号来停止。

2.拿一条2头USB TypeA公头的USB线，一头插入测试仪的USB1口，另一头插入被测USB主机的USB口上。

3.用户将被测的USB设备插入本测试仪的USB2口上。

4.用户通过按键设定预设插拔次数、插上时间、拔出时间。设置的参数，断电有记忆。如果用户本次不设置，则默认上次的测试参数。

5.用户按下“启动/停止”按键，本测试仪开始工作，LED数码管显示当前插拔次数0，LED_1点亮(表示当前LED数码管显示屏显示的是插拔次数)。

6.控制模块1的OUT1至OUT4输出高电平，通过光耦OPC1至OPC4 耦合到继电器RLY1至RLY4对应的控制脚上，此时继电器的触点闭合，USB1 与USB2之间的4条线导通(相当于USB设备插入)，LED数码管显示屏的插拔次数加1.

7.控制模块1开始计时USB设备的插入时间，当计时的时间达到预设的插入时间，控制模块1将OUT1至OUT4输出低电平，并由光耦输出到4个继电器上，继电器的触点断开。USB1与USB2之间的4条线断开(相当于 USB设备拔出)。

8.控制模块1开始计时USB设备的拔出时间，当时间达到预设的拔出时间，又执行到第6步。

9.本仪器在第6步到第8步之间不停的循环往复，直到停止插拔测试条件满足：

a.当插拔次数达到预设的插拔次数时。

b.当外部触发条件满足。

c.用户再次按下启动/停止键，计数停止。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，包括：

控制模块(1)，用于整个系统的控制，实现按键扫描、LED显示、LED数码管显示、插拔测试计数、继电器的通断控制功能；

显示模块(3)，用于图形或数字显示；

驱动模块(2)，用于显示屏成像，驱动所述显示模块显示；

指示灯(8)，用于指示所述显示模块的数据显示类型；

按键(6)，用于设置参数，查询数据，启动/停止设备；

第一USB接口(4)，用于连接USB主机；

第二USB接口(5)，用于连接USB从机；

继电器(7)，用于实现USB电路连接的通断；

所述继电器(7)分别与所述控制模块(1)、所述第一USB接口(4)、所述第二USB接口(5)连接，所述驱动模块(2)分别与所述控制模块(1)、所述显示模块(3)连接，所述控制模块(1)分别与所述指示灯(8)、所述按键(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，所述继电器(7)与所述控制模块(1)之间还包括光电隔离模块(9)，所述光电隔离模块(9)用于提高抗干扰能力，避免输出端对输入端产生的反馈和干扰。

3.根据权利要求1或2所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，还包括外部触发接口，用于触发所述热插拔测试仪由工作模式切换为停止模式。

4.根据权利要求1或2所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，所述显示模块(3)为LED数码管显示屏。

5.根据权利要求1或2所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，所述第一USB接口(4)与所述第二USB接口(5)均为USBTypeA母口。

6.根据权利要求1或2所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，所述控制模块(1)型号为SC92F8003。

7.根据权利要求1或2所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，所述继电器(7)的数量为四个。

8.根据权利要求2所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，所述光电隔离模块(9)的数量为四个。

9.根据权利要求1或2所述的一种全自动USB热插拔测试仪，其特征在于，所述指示灯(8)的数量为三个。