德國(guó)進(jìn)口Rexnord全系列9201-64-000

作者： (河海大學(xué)電氣工程學(xué)院)徐群,王樹(shù)勇 <BR> <BR> 引言</P><P> 在石油化工、水利水電、農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及自來(lái)水廠、污水處理廠等眾多領(lǐng)域，液位(水位)是一個(gè)重要的技術(shù)參數(shù)。目前常用的液位傳感器有：旋轉(zhuǎn)編碼浮子式傳感器(機(jī)械式和光電式)、非接觸式超聲波傳感器、壓力式傳感器、磁浮子接點(diǎn)式傳感器(連續(xù)式和液位開(kāi)關(guān)式)等。其分辨率從毫米級(jí)到厘米級(jí)不等，測(cè)量范圍從幾十厘米到幾十米。除磁浮子接點(diǎn)式傳感器外，其余傳感器均比較適合測(cè)量范圍較寬的應(yīng)用場(chǎng)合。一般壓力式和超聲波傳感器均帶有變送部分，即將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)(4~20mA)。旋轉(zhuǎn)編碼浮子式傳感器分為機(jī)械式和光電式兩種，光電式又分為型和增量型。這類傳感器輸出通常為并行二進(jìn)制碼、串行二進(jìn)制碼和脈沖信號(hào)。除智能型一體化傳感器外(壓力式或超聲波)，一般沒(méi)有就地顯示和數(shù)字通信功能。</P><P> 對(duì)于諸如農(nóng)田灌溉、環(huán)境監(jiān)測(cè)、污水處理等公益性部門(mén)，除測(cè)量精度、可靠性、可維護(hù)、易安裝等技術(shù)性能要求外，價(jià)格也是直接影響傳感器選用的重要因素之一。為此，我們研制了一種基于磁浮子接點(diǎn)式小量程(≤150cm)就地顯示、并具有RS-485通信接口和4~20mA輸出的廉價(jià)液位傳感器。<BR> <BR> 傳感器組成及原理<BR> <BR> 傳感器主要由以1cm間隔均勻分布的干簧管陣列、全密封不銹鋼防護(hù)管、球型磁浮子、檢測(cè)電路、變送電路及LCD顯示器等組成。其基本原理是檢測(cè)干簧管陣列中某一個(gè)或幾個(gè)干簧管觸點(diǎn)閉合狀態(tài)來(lái)表示球型磁浮子位置，即液面位置。一般的檢測(cè)方法是采用電阻分壓方式，其輸出電壓Vo是第i個(gè)閉合干簧管的分壓值。這種測(cè)量方法需精確穩(wěn)定的電源Ve和分壓電阻R，通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q電路(V/I)，可獲得4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。但是，如果多個(gè)干簧管同時(shí)接通，就會(huì)影響其分壓電阻比，產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。若在測(cè)量中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)干簧管性導(dǎo)通(干簧管失效)，則測(cè)量無(wú)法正常進(jìn)行。為避免這種情況發(fā)生，增強(qiáng)傳感器的適應(yīng)性(現(xiàn)場(chǎng)顯示和通信)，我們結(jié)合工程實(shí)踐，提出了采用類似鍵盤(pán)掃描的一種新檢測(cè)方法，有效解決了這一問(wèn)題。<BR> <BR> 檢測(cè)電路由一片89C2051單片機(jī)和若干分布在測(cè)桿內(nèi)干簧管陣列電路板上的串—并移位寄存器74HC164構(gòu)成類似掃描鍵盤(pán)陣列電路結(jié)構(gòu)。干簧管位于行和列的交叉點(diǎn)上。</P><P> 通過(guò)控制移位寄存器的輸出，使各列依次變?yōu)榈碗娖?“0”)狀態(tài)，然后檢測(cè)各行(P1.0~P1.3)的狀態(tài)。如果某行為低電平(“0”)狀態(tài)，則該行與處于低電平狀態(tài)列的交叉點(diǎn)上的干簧管為閉合狀態(tài)，由此就確定了浮子的位置，即液面位置。由于任一干簧管的位置是確定，故對(duì)應(yīng)于任一干簧管的液位也就確定了。</P><P> 變送器電路采用美國(guó)AD公司的高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD421芯片。其采用Σ-ΔDAC結(jié)構(gòu)，16位分辨率，標(biāo)準(zhǔn)三線串行數(shù)據(jù)輸入接口，4~20mA電流環(huán)路輸出。變送器24V電源經(jīng)過(guò)片內(nèi)電壓調(diào)整電路和調(diào)整管(DN25D)，可提供+5V、+3.3V或+3V的外部電路工作電源。同時(shí)還能提供+1.25V、+2.5V基準(zhǔn)電源。</P><P> 電容C1、C2、C3與片內(nèi)DAC后時(shí)序?yàn)V波器相聯(lián)，CPU可以在時(shí)鐘端CLOCK的上升沿將數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)端DATA，輸入至內(nèi)部移位寄存器，在LATCH上升沿鎖存到DAC鎖存器，從而完成數(shù)字信號(hào)到4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換。<BR> <BR> 軟件設(shè)計(jì)<BR> <BR> 89C2051內(nèi)置2K Flash程序存儲(chǔ)器，用來(lái)存放用戶程序。程序采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要包括干簧管接點(diǎn)掃描子程序、液位計(jì)算子程序、D/A輸出控制子程序、LCD顯示子程序以及RS-485通信子程序等。干簧管接點(diǎn)掃描子程序通過(guò)逐列掃描，按行讀入各干簧管觸點(diǎn)狀態(tài)，并將其映射到20H開(kāi)始的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，其程序如下：<BR> <BR> ；干簧管接點(diǎn)掃描子程序<BR> <BR> SCAN：MOV R7，X；設(shè)置循環(huán)計(jì)數(shù)初值=74HC164芯片數(shù)×4<BR> <BR> MOV R0，#20H；設(shè)置存儲(chǔ)單元指針初值<BR> <BR> CLR P1.5；使74HC164串行輸入為“0”<BR> <BR> NOP</P><P> SCA： CLR P1.4<BR> <BR> NOP</P><P> SETB P1.4；74HC164時(shí)鐘輸入端產(chǎn)生一個(gè)移位脈沖<BR> <BR> MOV A，P1；讀入行值<BR> <BR> ANL A，#0FH ；保留低4位<BR> <BR> MOV B，A；暫存<BR> <BR> CLR P1.4<BR> <BR> NOP<BR> <BR> SETB P1.4；再移一位(掃描下一列)<BR> <BR> MOV A，P1<BR> <BR> ANL A，#0FH<BR> <BR> SWAP A<BR> <BR> ORL A，B；將相鄰兩列狀態(tài)合并成一個(gè)字節(jié)<BR> <BR> MOV @R0，A；存入映像存儲(chǔ)單元<BR> <BR> INC R0；指向下一映像存儲(chǔ)單元<BR> <BR> DJNZ R7，SCA；循環(huán)<BR> <BR> RET；返回<BR> <BR> 由于受磁浮子磁場(chǎng)分布范圍的影響，在相應(yīng)液面位置上可能會(huì)導(dǎo)致相鄰幾個(gè)干簧管同時(shí)閉合，因此對(duì)于各種不同的狀態(tài)組合，程序中考慮了不同的處理結(jié)果。對(duì)于個(gè)別干簧管可能出現(xiàn)的性導(dǎo)通，軟件上采用了相應(yīng)的處理措施，也就是利用接點(diǎn)的變化來(lái)確定當(dāng)前磁浮子的位置(即液位)。</P><P> 結(jié)語(yǔ)</P><P> 該傳感器非常適合小量程移位的測(cè)量，測(cè)量方法簡(jiǎn)單，不受環(huán)境溫度及個(gè)別干簧管性導(dǎo)通的影響，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強(qiáng)，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。因集傳感、變送和通信為一體，易于和計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)相連，方便地組成網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用系統(tǒng)，大大降低系統(tǒng)成本，可廣泛應(yīng)用于水利、環(huán)保和農(nóng)業(yè)灌溉等場(chǎng)合。

 上位機(jī)主機(jī)采用工業(yè)PC機(jī)，并配備有打印機(jī)和大屏幕監(jiān)視器。上位機(jī)系統(tǒng)軟件的主要功能是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，以及將下位機(jī)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，包括存入數(shù)據(jù)庫(kù)、進(jìn)行流圖顯示、歷史趨勢(shì)圖和棒形圖還有數(shù)據(jù)表的顯示及各種要求的報(bào)表打印輸出。為完成以上功能，上位機(jī)系統(tǒng)軟件分成以下六大模塊。各模塊之間相對(duì)獨(dú)立，單獨(dú)開(kāi)發(fā)，但相互之間嚴(yán)格按照規(guī)定的協(xié)議開(kāi)發(fā)，使整個(gè)系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)清晰。 <BR> 　　<BR> 　　 (1)主模塊：主要用于完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各子功能的控制及調(diào)度。 <BR> 　　<BR> 　　 (2)流程圖顯示功能模塊：主要完成各個(gè)工作區(qū)域的流程圖和相應(yīng)參數(shù)變化情況的顯示。為了直觀地反應(yīng)全廠各生產(chǎn)裝置及工藝點(diǎn)的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，使管理人員對(duì)各種狀態(tài)及信息做到一目了然，特別設(shè)計(jì)了流程圖顯示及其相應(yīng)功能模塊。對(duì)各罐區(qū)按照實(shí)際工藝要求顯示其流程圖及相應(yīng)的參數(shù)變化情況。在每程圖的右上方列出了與之相對(duì)應(yīng)的重要參數(shù)的當(dāng)前數(shù)據(jù)，從而使得顯示更加直觀、信息掌握更加準(zhǔn)確簡(jiǎn)便。 <BR> 　　<BR> 　　 (3)歷史趨勢(shì)及棒形圖顯示模塊：實(shí)現(xiàn)歷史生產(chǎn)狀況的趨勢(shì)再現(xiàn)和與之對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的棒形圖及數(shù)據(jù)表格顯示。通過(guò)歷史趨勢(shì)圖的顯示可以對(duì)生產(chǎn)狀況有一個(gè)縱向的全面了解。在歷史趨勢(shì)的顯示中，為了適應(yīng)不同的要求，設(shè)計(jì)了按天顯示和按月顯示，以便更全面準(zhǔn)確地了解歷史生產(chǎn)狀況。在顯示過(guò)程中，還增加了對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)上的棒圖及數(shù)據(jù)表格顯示，為用戶提供了多種清晰直觀的選擇，使用更加方便。 <BR> 　　<BR> 　　 (4)數(shù)據(jù)采集及通信模塊：主要完成通信鏈路的建立及數(shù)據(jù)采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集及通信是本系統(tǒng)的核心。下位機(jī)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)只有傳輸?shù)缴衔粰C(jī)才能被顯示及打印。它有多種顯示及監(jiān)測(cè)功能，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性及完整性。 在數(shù)據(jù)采集及通信中，對(duì)每次所采集的數(shù)據(jù)均進(jìn)行正確性及完整性檢測(cè)，以保證原始數(shù)據(jù)的正確。通訊的過(guò)程是先建立通訊鏈路（即撥通對(duì)方的號(hào)碼并正確應(yīng)答），然后再建立數(shù)據(jù)鏈路。在建立數(shù)據(jù)鏈路的過(guò)程中，通訊雙方要經(jīng)一系列應(yīng)答握手，以調(diào)整協(xié)議及通訊速率，聯(lián)絡(luò)所使用的數(shù)據(jù)壓縮及糾檢錯(cuò)方法，然后才將數(shù)據(jù)鏈路交由計(jì)算機(jī)使用。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，計(jì)算機(jī)在占用數(shù)據(jù)鏈路后，仍要與下位機(jī)再次“握手聯(lián)絡(luò)”，將重要的信息作多種處理后再傳至上位機(jī)。上位機(jī)在接收數(shù)據(jù)過(guò)程中，采用“大數(shù)判決”與“否定重發(fā)”的方法。 在建立通信鏈路、數(shù)據(jù)鏈路、握手應(yīng)答及數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程中，軟件設(shè)置了多種提示信息，使用戶可在使用中隨時(shí)了解當(dāng)前的通信狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)處理。在情況下，如通信線路故障等無(wú)法正確建立數(shù)據(jù)傳輸通道時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重試三次，若不成功則退出。 數(shù)據(jù)傳輸完畢后，要將全部數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的時(shí)間關(guān)系存入數(shù)據(jù)庫(kù)文件之中。此時(shí)要做大量的數(shù)據(jù)處理工作，主要是建立隊(duì)列式數(shù)據(jù)文件及時(shí)間校準(zhǔn)。通過(guò)采取以上措施，就能做到數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的準(zhǔn)確和快速，使用方便。 在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)時(shí)，使用了“數(shù)據(jù)管道”。將數(shù)據(jù)文件看作是一個(gè)存放數(shù)據(jù)的管道，數(shù)據(jù)每次存入，恰如從管道尾端進(jìn)入管道，而每進(jìn)入一個(gè)新數(shù)據(jù)，就把管道前端的數(shù)據(jù)擠出去，此即隊(duì)列式文件結(jié)構(gòu)。這樣一來(lái)，文件及數(shù)據(jù)的存取變得相對(duì)簡(jiǎn)單了，但是這一隊(duì)列要有一定的長(zhǎng)度（或是說(shuō)數(shù)據(jù)管道要有一定的容量），即文件所存放數(shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，過(guò)多的數(shù)據(jù)保留是不必要的，無(wú)用數(shù)據(jù)大量的積累會(huì)導(dǎo)致所謂“數(shù)據(jù)垃圾”的產(chǎn)生。為此，每小時(shí)的歷史數(shù)據(jù)只保留30天，而每天的綜合數(shù)據(jù)要保留至少一年，此由月文件及年文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在文件中，每一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均包含一個(gè)特定的時(shí)間信息，代表這組數(shù)據(jù)在下位機(jī)中產(chǎn)生的時(shí)刻。使之排列總是按照時(shí)間由小到大、由遠(yuǎn)至近的順序。 <BR> 　　<BR> 　　 (5)報(bào)表打印功能模塊：完成每日、五日以及月報(bào)表的打印。 <BR> 　　<BR> 　　 (6)系統(tǒng)設(shè)定模塊：主要用于完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的顯示設(shè)置和安全手段設(shè)置?？紤]到在進(jìn)行歷史曲線顯示時(shí)的不同要求及系統(tǒng)安全性，設(shè)置了曲線顯示時(shí)間間隔設(shè)定及密碼設(shè)定。這樣使得歷史曲線顯示既可以以小時(shí)為單位顯示30天內(nèi)任意連續(xù)24小時(shí)的數(shù)據(jù)，又可以以天為單位顯示365天內(nèi)任意連續(xù)30天的歷史曲線。 在該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中設(shè)置了兩級(jí)安全保密措施，*級(jí)為開(kāi)機(jī)保密設(shè)置，只有系統(tǒng)操作人員及有關(guān)機(jī)器管理人員才能開(kāi)機(jī)，可有效地阻止無(wú)關(guān)人員使用機(jī)器。第二級(jí)為系統(tǒng)進(jìn)入保密，若要進(jìn)入本系統(tǒng)進(jìn)行諸如：數(shù)據(jù)采集、曲線顯示、報(bào)表打印必須經(jīng)過(guò)這一道保密檢查方可，否則系統(tǒng)將退出到安全狀態(tài)，直到確認(rèn)身份為止。這一級(jí)只有少數(shù)系統(tǒng)管理、決策人員才可進(jìn)入，有效地提高了系統(tǒng)的安全性。 <BR> 　　 <BR> 　　案例提示 <BR> 　　在自來(lái)水行業(yè)中使用Witech的產(chǎn)品可以易于維護(hù)系統(tǒng)提高了效率，Witech數(shù)據(jù)采集及通信模塊使系統(tǒng)人員能夠建造一個(gè)可靠的、成本劃算的監(jiān)視、控制和保護(hù)系統(tǒng)。 <BR> 　　在本案例中使用到Witech的產(chǎn)品 <BR> 　　工控機(jī)箱、工控電源、工控板卡、數(shù)據(jù)采集及通信模塊、工業(yè)鍵盤(pán)、LCD顯示器

 串口通信基本接線方法<BR> 　　目前較為常用的串口有9針串口（DB9）和25針串口（DB25），通信距離較近時(shí)(<12m)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口(RS422,RS485較遠(yuǎn))，若距離較遠(yuǎn)，需附加調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。較為簡(jiǎn)單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連，本文只涉及到較為基本的接法，且直接用RS232相連。<BR> 1.DB9和DB25的常用信號(hào)腳說(shuō)明<BR> 　9針串口（DB9） 25針串口（DB25）<BR> 針號(hào) 功能說(shuō)明 縮寫(xiě) 針號(hào) 功能說(shuō)明 縮寫(xiě)<BR> 1 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) DCD 8 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) DCD<BR> 2 接收數(shù)據(jù) RXD 3 接收數(shù)據(jù) RXD<BR> 3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD<BR> 4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR 20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR<BR> 5 信號(hào)地 GND 7 信號(hào)地 GND<BR> 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR 6 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DSR<BR> 7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 4 請(qǐng)求發(fā)送 RTS<BR> 8 清除發(fā)送 CTS 5 清除發(fā)送 CTS<BR> 9 振鈴指示 DELL 22 振鈴指示 DELL<BR> 2.RS232C串口通信接線方法（三線制）<BR> 首先，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)：同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連<BR> · 同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連 對(duì)9針串口和25針串口，均是2與3直接相連； <BR> · 兩個(gè)不同串口（不論是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口或分別是不同計(jì)算機(jī)的串口） <BR> 上面表格是對(duì)微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤(pán)數(shù)據(jù)，只要記住一個(gè)原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接，就能百戰(zhàn)百勝。<BR> 3.串口調(diào)試中要注意的幾點(diǎn)：<BR> 串口調(diào)試時(shí)，準(zhǔn)備一個(gè)好用的調(diào)試工具，如串口調(diào)試助手、串口精靈等，有事半功倍之效果； 強(qiáng)烈建議不要帶電插撥串口，插撥時(shí)至少有一端是斷電的，否則串口易損壞。 <BR> 單工、半雙工和全雙工的定義<BR> 　如果在通信過(guò)程的任意時(shí)刻，信息只能由一方A傳到另一方B，則稱為單工。<BR> 如果在任意時(shí)刻，信息既可由A傳到B，又能由B傳A，但只能由一個(gè)方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳輸。<BR> 如果在任意時(shí)刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號(hào)傳輸，則稱為全雙工。<BR> 線就是二線全雙工信道。 由于采用了回波抵消技術(shù)，雙向的傳輸信號(hào)不致混淆不清。雙工信道有時(shí)也將收、發(fā)信道分開(kāi)，采用分離的線路或頻帶傳輸相反方向的信號(hào)，如回線傳輸。<BR> 奇偶校驗(yàn)<BR> 串行數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，由于干擾可能引起信息的出錯(cuò)，例如，傳輸字符‘E’，其各位為：<BR> 0100，0101=45H<BR> D7 D0<BR> 由于干擾，可能使位變?yōu)?，這種情況，我們稱為出現(xiàn)了“誤碼”。我們把如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤，叫“檢錯(cuò)”。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何消除錯(cuò)誤，叫“糾錯(cuò)”。<BR> 較簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方法是“奇偶校驗(yàn)”，即在傳送字符的各位之外，再傳送1位奇/偶校驗(yàn)位?？刹捎闷嫘ｒ?yàn)或偶校驗(yàn)。<BR> 奇校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，如：<BR> 1 0110，0101<BR> 0 0110，0001<BR> 偶校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，如：<BR> 1 0100，0101<BR> 0 0100，0001<BR> <BR> 奇偶校驗(yàn)?zāi)軌驒z測(cè)出信息傳輸過(guò)程中的部分誤碼（1位誤碼能檢出，2位及2位以上誤碼不能檢出），同時(shí)，它不能糾錯(cuò)。在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，只能要求重發(fā)。但由于其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，仍得到了廣泛使用。<BR> 有些檢錯(cuò)方法，具有自動(dòng)糾錯(cuò)能力。如循環(huán)冗余碼（CRC）檢錯(cuò)等。 <BR> 串口通訊流控制<BR> 我們?cè)诖型ㄓ嵦幚碇?，常?？吹絉TS/CTS和XON/XOFF這兩個(gè)選項(xiàng)，這就是兩個(gè)流控制的選項(xiàng)，目前流控制主要應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通訊中，但對(duì)普通RS232編程，了解一點(diǎn)這方面的知識(shí)是有好處的。那么，流控制在串行通訊中有何作用，在編制串行通訊程序怎樣應(yīng)用呢？這里我們就來(lái)談?wù)勥@個(gè)問(wèn)題。 </P><P> 1.流控制在串行通訊中的作用<BR> 這里講到的“流”，當(dāng)然指的是數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)在兩個(gè)串口之間傳輸時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，或者兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的處理速度不同，如臺(tái)式機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，則此時(shí)繼續(xù)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失?，F(xiàn)在我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上通過(guò)MODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這個(gè)問(wèn)題就尤為突出。流控制能解決這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理不過(guò)來(lái)時(shí)，就發(fā)出“不再接收”的信號(hào)，發(fā)送端就停止發(fā)送，直到收到“可以繼續(xù)發(fā)送”的信號(hào)再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此流控制可以控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)程，防止數(shù)據(jù)的丟失。 PC機(jī)中常用的兩種流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟件流控制XON/XOFF（繼續(xù)/停止），下面分別說(shuō)明。 </P><P> 2.硬件流控制<BR> 硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）流控制。<BR> 硬件流控制必須將相應(yīng)的電纜線連上，用RTS/CTS（請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時(shí)，應(yīng)將通訊兩端的RTS、CTS線對(duì)應(yīng)相連，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)）使用RTS來(lái)起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來(lái)起動(dòng)和暫停來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過(guò)程為：我們?cè)诰幊虝r(shí)根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設(shè)置一個(gè)高位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的75％）和一個(gè)低位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的25％），當(dāng)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量達(dá)到高位時(shí)，我們?cè)诮邮斩藢TS線置低電平（送邏輯0），當(dāng)發(fā)送端的程序檢測(cè)到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而將CTS置高電平。RTS則用來(lái)標(biāo)明接收設(shè)備有沒(méi)有準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。<BR> 常用的流控制還有還有DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）。我們?cè)诖瞬辉僭斒觥Ｓ捎诹骺刂频亩鄻有裕覀€(gè)人認(rèn)為，當(dāng)軟件里用了流控制時(shí)，應(yīng)做詳細(xì)的說(shuō)明，如何接線，如何應(yīng)用。 </P><P> 3.軟件流控制<BR> 由于電纜線的限制，我們?cè)谄胀ǖ目刂仆ㄓ嵵幸话悴挥糜布骺刂?，而用軟件流控制。一般通過(guò)XON/XOFF來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件流控制。常用方法是：當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量超過(guò)設(shè)定的高位時(shí)，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XOFF字符（十進(jìn)制的19或Control-S，設(shè)備編程說(shuō)明書(shū)應(yīng)該有詳細(xì)闡述），發(fā)送端收到XOFF字符后就立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量低于設(shè)定的低位時(shí)，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XON字符（十進(jìn)制的17或Control-Q），發(fā)送端收到XON字符后就立即開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。一般可以從設(shè)備配套源程序中找到發(fā)送的是什么字符。<BR> 應(yīng)該注意，若傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制數(shù)據(jù)，標(biāo)志字符也有可能在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)而引起誤操作，這是軟件流控制的缺陷，而硬件流控制不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題。

 “在線”<BR> 電路在線維修測(cè)試儀中的“在線”一詞，與其他領(lǐng)域中通常使用的“在線”不同，在其他領(lǐng)域中我們通常將“在線”檢測(cè)用英語(yǔ)表示為“On-line”。這里所說(shuō)的“在線”，是“在線路中”的意思，表示不把元器件從電路板上焊下來(lái)，直接對(duì)電路板上的元器件進(jìn)行檢測(cè)，在英語(yǔ)中用“In-circuit”這個(gè)詞可能更確切。但由于歷史原因，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)人仍叫“在線測(cè)試”。</P><P> 2、 邏輯器件測(cè)試速度<BR> 邏輯器件測(cè)試速度是指測(cè)試儀每秒可向被測(cè)器件輸入端施加多少個(gè)測(cè)試向量（Test Vector），即TV/S，這是衡量測(cè)試儀性能的重要指標(biāo)，速度越快越好，表明測(cè)試儀的檔次越高。JQ3000可達(dá)610KTV/S（國(guó)外測(cè)試儀Pinpoint達(dá)10MTV/S，QT200達(dá)500KTV/S）。該指標(biāo)應(yīng)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，不隨微機(jī)的檔次而變。該指標(biāo)的主要作用是解決同一型號(hào)但不同類型邏輯器件采用同一測(cè)試速度有時(shí)不能測(cè)試成功的問(wèn)題。</P><P> 3、數(shù)字通道驅(qū)動(dòng)電平<BR> 指測(cè)試儀的數(shù)字通道能支持什么樣的輸入輸出電平。從測(cè)試儀的硬件來(lái)講，能夠支持全邏輯電平系列數(shù)字器件的測(cè)試儀肯定比只支持單一電平的測(cè)試儀要復(fù)雜的多。<BR> JQ系列測(cè)試儀可以根據(jù)被測(cè)器件的需要，將器件輸入輸出端設(shè)置成±15V之內(nèi)的任意電平，允許輸入輸出電平不*，*適合全邏輯電平系列數(shù)字器件的測(cè)試。<BR> 如果測(cè)試儀的輸入輸出電平不可選擇，一般情況下說(shuō)明測(cè)試儀只能適應(yīng)一種輸入輸出邏輯電平，即TTL電平。換句話說(shuō)，測(cè)試儀是5V的數(shù)字通道。<BR> 數(shù)字通道所能支持的輸入輸出電平與測(cè)試儀所能提供多少個(gè)程控輸出電源沒(méi)有必然的聯(lián)系。</P><P> 4、測(cè)試儀的通道數(shù)<BR> 測(cè)試儀所配置的通道數(shù)，決定了所能測(cè)試的器件的大管腳數(shù)，通道分為數(shù)字通道和模擬通道。只有在通道性能指標(biāo)*相同的情況下，比較通道的多少才有意義，通道數(shù)多的肯定價(jià)格高。只能支持+5V輸入輸出的數(shù)字通道肯定不如支持全邏輯電平的測(cè)試儀性能好。</P><P> 5、數(shù)字通道大驅(qū)動(dòng)電流<BR> 大驅(qū)動(dòng)電流是指在保證通道驅(qū)動(dòng)電平合乎邏輯電平要求時(shí)所能流出或吸入電流大值。該電流值越大，測(cè)試儀適應(yīng)能力越強(qiáng)。一般低檔測(cè)試儀的驅(qū)動(dòng)電平在200mA左右。高檔產(chǎn)品均遠(yuǎn)在該指標(biāo)之上。Pinpoint測(cè)試儀大750mA，QT200大500mA，JQ3000大400mA。<BR> 用戶可使用公司提供的測(cè)試方法檢驗(yàn)該指標(biāo)。</P><P> 6、模擬通道掃描電壓<BR> 在所有模擬通道全部開(kāi)路時(shí)，測(cè)試儀所能輸出的大電壓值。某些測(cè)試儀采用分檔提供輸出電壓，捷聯(lián)啟威測(cè)試儀提供的輸出電壓為±1V～±28V，0.5V（實(shí)際可達(dá)0.1V）增量的范圍。用戶使用示波器即可觀察。</P><P> 7、模擬通道的大掃描電流<BR> 掃描電壓處于大值，輸出短路時(shí)的電流。在測(cè)試集成電路時(shí)，一般需要幾毫安到幾十毫安的電流。但用于有一定功率元件的測(cè)試時(shí)，如果模擬通道只能提供幾毫安到幾十毫安的電流，顯然太小，不能滿足測(cè)試要求。測(cè)試儀應(yīng)能提供數(shù)百毫安的輸出電流，以滿足功率元器件的測(cè)試。<BR> 捷聯(lián)啟威測(cè)試儀的輸出電流大可達(dá)150毫安，能滿足測(cè)試具有一定功率的器件的要求，比如功率三極管、可控硅等。<BR> 用戶可使用公司提供的測(cè)試方法檢驗(yàn)該指標(biāo)。</P><P> 8、模擬通道的掃描頻率<BR> 頻率是指模擬通道每秒可以向被測(cè)器件提供多少個(gè)掃描波形，能夠提供的頻率越高，測(cè)試儀的檔次越高，性能越好。頻率范圍越廣，對(duì)容性、感性負(fù)載的適應(yīng)性就越強(qiáng)。<BR> JQ3000通道掃描頻率在掃描分辨率8、16、32、64、128點(diǎn)5檔可選情況下，48hz～41.6khz共30檔可選；<BR> JQ2000在掃描分辨率8、16、32、64、128點(diǎn)5檔可選情況下，48hz～1khz共20檔可選。<BR> 捷聯(lián)啟威測(cè)試儀模擬通道掃描頻率指標(biāo)大大高于同類國(guó)產(chǎn)測(cè)試儀產(chǎn)品，更重要的是曲線失真度小、頻率不隨配接微機(jī)的不同而變化，十分穩(wěn)定、準(zhǔn)確，保證了對(duì)模擬類器件測(cè)試的準(zhǔn)確性，保證了ASA測(cè)試的可靠性、*性、準(zhǔn)確性、可重復(fù)性

 其實(shí)，嵌入式系統(tǒng)并不是一個(gè)新生的事物，從八十年代起，上就有一些IT組織、公司，開(kāi)始進(jìn)行商用嵌入式系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的研發(fā)。這其中涌現(xiàn)了一些的嵌入式系統(tǒng)： </P><P> Windows CE <BR> Microsoft Windows CE是從整體上為有限資源的平臺(tái)設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它的模塊化設(shè)計(jì)允許它對(duì)于從掌上電腦到的工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K的ROM。 </P><P> VxWorks <BR> VxWorks是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用較廣泛、的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS RX000、POWER PC等等。大多數(shù)的VxWorks API是專有的。采用GNU的編譯和調(diào)試器。 </P><P> pSOS <BR> ISI公司已經(jīng)被WinRiver公司兼并，現(xiàn)在pSOS屬于WindRiver公司的產(chǎn)品。這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，專為嵌入式微處理器設(shè)計(jì)，提供一個(gè)*多任務(wù)環(huán)境，在定制的或是商業(yè)化的硬件上提供高性能和高可靠性。可以讓開(kāi)發(fā)者根據(jù)操作系統(tǒng)的功能和內(nèi)存需求定制成每一個(gè)應(yīng)用所需的系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)者可以利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的單個(gè)獨(dú)立設(shè)備到復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。 </P><P> QNX <BR> QNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它部分遵循POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如：POSIX.1b實(shí)時(shí)擴(kuò)展。它提供了一個(gè)很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進(jìn)程。其內(nèi)核僅提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行。所有其它OS服務(wù)，都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此QNX內(nèi)核非常小巧(QNX4.x大約為12Kb)而且運(yùn)行速度極快。這個(gè)靈活的結(jié)構(gòu)可以使用戶根據(jù)實(shí)際的需求，將系統(tǒng)配置成微小的嵌入式操作系統(tǒng)或是包括幾百個(gè)處理器的超級(jí)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)。 </P><P> Palm OS <BR> 3Com公司的Palm OS在PDA市場(chǎng)上占有很大的，它有開(kāi)放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（API），開(kāi)發(fā)商可以根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)所需要的應(yīng)用程序。 </P><P> OS-9 <BR> Microwave的OS-9是為微處理器的關(guān)鍵實(shí)時(shí)任務(wù)而設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)自動(dòng)化、無(wú)線通訊產(chǎn)品、醫(yī)療儀器、數(shù)字電視/多媒體設(shè)備。它提供了很好的安全性和容錯(cuò)性。與其他的嵌入式系統(tǒng)相比，它的靈活性和可升級(jí)性非常突出。 </P><P> LynxOS <BR> Lynx Real-time Systems的LynxOS是一個(gè)分布式、嵌入式、可規(guī)模擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它遵循POSIX.1a、POSIX.1b和POSIX.1c標(biāo)準(zhǔn)。LynxOS支持線程概念，提供256個(gè)全局用戶線程優(yōu)先級(jí)；提供一些傳統(tǒng)的、非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的服務(wù)特征；包括基于調(diào)用需求的虛擬內(nèi)存，一個(gè)基于Motif的用戶圖形界面，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。 </P><P> </P><P> 圖1 1998-2000年嵌入式操作系統(tǒng)使用趨勢(shì)</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004631444658460.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004631444658460.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 圖2 在未來(lái)24個(gè)月中打算使用的嵌入式操作系統(tǒng)</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004631454189679.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004631454189679.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 目前，世面上有很多商業(yè)性嵌入式系統(tǒng)都在努力地為自己爭(zhēng)取著嵌入式市場(chǎng)的份額（見(jiàn)圖1）。但是，這些操作系統(tǒng)均屬于商業(yè)化產(chǎn)品，價(jià)格昂貴；而且，由于它們各自的源代碼不公開(kāi)，使得每個(gè)系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件與其它系統(tǒng)都無(wú)法兼容。并且，由于這種封閉性還導(dǎo)致了商業(yè)嵌入式系統(tǒng)在對(duì)各種設(shè)備的支持方面存在很大的問(wèn)題，使得對(duì)它們的軟件移植變得很困難。在嵌入式這個(gè)IT產(chǎn)業(yè)的新的關(guān)鍵領(lǐng)域，Linux操作系統(tǒng)適時(shí)地出現(xiàn)在了國(guó)家和國(guó)內(nèi)各嵌入式廠商面前，由于Linux自身諸多優(yōu)勢(shì)，吸引了許多開(kāi)發(fā)商的目光，成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵（見(jiàn)圖2）。它的出現(xiàn)無(wú)疑為國(guó)家發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)事業(yè)提供了一個(gè)極有吸引力的機(jī)會(huì)。

  開(kāi)發(fā)階段的調(diào)制方法</P><P> 1.1 RAM版本的目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試</P><P> 通過(guò)ICE（In-Circuit-Emulate）來(lái)調(diào)試目標(biāo)板是開(kāi)發(fā)人員較常用的手段。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初<BR> 期，由于各種軟件和硬件問(wèn)題很多，通過(guò)仿真器并結(jié)合邏輯分析儀、示波器等硬件信號(hào)測(cè)<BR> 試工具能夠很好地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。</P><P> 在仿真器環(huán)境下，通過(guò)仿真器的監(jiān)控軟件來(lái)控制用戶軟件的運(yùn)行，使用斷點(diǎn)、單步跟蹤和<BR> 查看變量、CPU寄存器、存儲(chǔ)器的數(shù)值等手段來(lái)查找問(wèn)題。由于仿真器的軟件和硬件需要<BR> 一定的CPU資源，用戶軟件在仿真器環(huán)境下運(yùn)行和脫離仿真器后獨(dú)立運(yùn)行是有區(qū)別的。好<BR> 的仿真器能夠盡量減小這<BR> 種區(qū)別。常見(jiàn)的仿真器從技術(shù)上區(qū)分有：?jiǎn)蜟PU仿真器、雙CPU仿真器和ROM仿真器。</P><P> 在仿真器環(huán)境下，程序一般是在仿真器的RAM存儲(chǔ)器中運(yùn)行的，所以這種階段也稱為“RA<BR> M版本的目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試”。</P><P> 1.2 ROM版本的目標(biāo)系統(tǒng)調(diào)試</P><P> 在仿真器環(huán)境下，目標(biāo)板運(yùn)行調(diào)試正確后，一般的做法是將應(yīng)用程序?qū)懭肽繕?biāo)板的非易失<BR> 性存儲(chǔ)器中，讓目標(biāo)板單獨(dú)運(yùn)行。在很多情況下，目標(biāo)板系統(tǒng)往往不能運(yùn)行或者運(yùn)行結(jié)果<BR> 和仿真器環(huán)境下不*。而沒(méi)有連接仿真器，無(wú)法觀察各種軟件狀態(tài)，給分析問(wèn)題造成一<BR> 定困難。在目標(biāo)板上設(shè)<BR> 計(jì)指示電路有助于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；在電路板上增加1個(gè)LED是較簡(jiǎn)單也是很有效的方法。對(duì)于復(fù)<BR> 雜系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)1個(gè)數(shù)碼管顯示輸出接口，或者設(shè)計(jì)1個(gè)調(diào)試用串口，將調(diào)試信息發(fā)送到<BR> PC機(jī)上顯示。</P><P> 在使用PC機(jī)作為顯示輸出設(shè)備時(shí)，一般的做法是使用Winodws自帶的超級(jí)終端軟件，無(wú)需<BR> 另外編制程序。和前二種方法相比，該方法的接口信號(hào)是雙向的，調(diào)試者可以通過(guò)PC機(jī)輸<BR> 入信息到目標(biāo)板中，設(shè)定顯示信息的類別。這一點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試是很有價(jià)值的，<BR> CISCO公司的很多路由器<BR> 產(chǎn)品就使用這種方法來(lái)維護(hù)和調(diào)試。</P><P> 2 生產(chǎn)階段的測(cè)試方法</P><P> 生產(chǎn)階段的測(cè)試只是對(duì)硬件電路或者系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試目的是為了對(duì)產(chǎn)品或者部件進(jìn)行<BR> 分檢，找出有缺陷的產(chǎn)品。測(cè)試內(nèi)容包括：</P><P> *裸板測(cè)試——檢查未安裝元器件的電路板上的開(kāi)路和短路缺陷；</P><P> *成品生產(chǎn)缺陷分析——檢查已安裝元器件的電路板上焊點(diǎn)的短路和開(kāi)路缺陷；</P><P> *成品電氣性能測(cè)試——認(rèn)證每個(gè)單元器件的上電運(yùn)作；</P><P> *產(chǎn)品功能測(cè)試——認(rèn)證電路模塊的功能。</P><P> 生產(chǎn)測(cè)試和開(kāi)發(fā)階段的硬件測(cè)試不同，需要測(cè)試方法快速、能成批測(cè)試，易于在制造生產(chǎn)<BR> 線上安裝。在生產(chǎn)的不同階段使用的測(cè)試工具和技術(shù)也不相同。目前常用的測(cè)試工具和技<BR> 術(shù)有：人工視覺(jué)檢查（MVI）、在線測(cè)試（ICT）、自動(dòng)光學(xué)測(cè)試（AOI）、自動(dòng)X射線測(cè)試<BR> （AXI）。其中人工視 <BR> 醪饈裕∕VI）只能用于小批量試制產(chǎn)品。</P><P> 在線測(cè)試（ICT）是較常用的一種線路板測(cè)試方法：使用專門(mén)的針床與已焊接好的線路板<BR> 上的元器件接觸，通過(guò)針床在線路板上施加微小電壓來(lái)測(cè)試線路通斷、元件是否正確安裝<BR> 。由于需要為特定電路板設(shè)計(jì)夾具，適合于單一品種民用型家電線路板極大規(guī)模生產(chǎn)<BR> 的測(cè)試；缺點(diǎn)是在高密 <BR> 鵲腟MT線路板測(cè)試?yán)щy。目前的替代解決辦法是使用光學(xué)方法測(cè)試（如AOI，AXI），或者<BR> 使用邊界掃描技術(shù)（即基于IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)的JTAG測(cè)試接口）測(cè)試。后者需要IC或者線路板<BR> 支持此技術(shù)。</P><P> 功能測(cè)試是生產(chǎn)過(guò)程的后階段使用，測(cè)試線路板或者系統(tǒng)的功能指標(biāo)，一般的功能測(cè)試<BR> 需要設(shè)計(jì)測(cè)試設(shè)備和測(cè)試軟件。</P><P> 3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)</P><P> 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分為三種情況：一種是在線測(cè)試，測(cè)試設(shè)備不停止運(yùn)行；一種是停機(jī)測(cè)試，被測(cè)<BR> 試設(shè)備停止運(yùn)行；第三種為脫機(jī)測(cè)試，將被測(cè)部件從運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)取出，放到的測(cè)試裝備<BR> 上進(jìn)行測(cè)試。從測(cè)試技術(shù)角度上說(shuō)，后二者更容易進(jìn)行各種測(cè)試；對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，往<BR> 往故障和問(wèn)題需要在設(shè)<BR> 備運(yùn)行時(shí)才能發(fā)現(xiàn)和定位，必須進(jìn)行在線測(cè)試。究竟采取哪種方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，取決于<BR> 故障狀況和實(shí)際應(yīng)用是否允許立即停機(jī)。</P><P> 開(kāi)發(fā)階段產(chǎn)品和成熟產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求也不同：前者測(cè)試目的主要是發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題<BR> ，由產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行；后者側(cè)重于發(fā)現(xiàn)使用中的問(wèn)題和失效的部件，目的是更換部件，<BR> 由產(chǎn)品使用人員進(jìn)行。（但測(cè)試方法和步驟也有可能是設(shè)計(jì)人員制定的。）</P><P> 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和試驗(yàn)室測(cè)試的大區(qū)別就是測(cè)試設(shè)備難以安裝和連接：線路板封閉在機(jī)箱中，<BR> 測(cè)試信號(hào)線很難引入，即使設(shè)備外殼上留有測(cè)試插座，測(cè)試信號(hào)線也需要很長(zhǎng)，傳統(tǒng)的在<BR> 線仿真器在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中無(wú)法使用。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)往往沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室里的各種測(cè)試儀器和設(shè)<BR> 備，因此，必須有更好<BR> 的方法和手段來(lái)完成測(cè)試。</P><P> 嵌入式處理器中目前有很多芯片具有類似Motorola公司683XX系列處理器的BDM調(diào)試接<BR> 口（詳見(jiàn)第5部分）。這種接口是串行的，處理器內(nèi)部固化了調(diào)試微碼，為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 <BR> 帶來(lái)了方便。對(duì)于不具備這種接口的嵌入式計(jì)算系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將關(guān)鍵信號(hào)點(diǎn)引出到<BR> 一個(gè)測(cè)試接口插座上，通過(guò)該插座可輸入測(cè)試激勵(lì)信號(hào)和觀察輸出信號(hào)；對(duì)于軟件測(cè)試，<BR> 可使用前文中所述的ROM板測(cè)試方法，外接顯示部件來(lái)觀察程序運(yùn)行情況。</P><P> 軟件現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的另外一個(gè)要求是程序應(yīng)能夠現(xiàn)場(chǎng)下載，以便在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后能夠修改軟件。<BR> 現(xiàn)場(chǎng)在線下載程序的方法有兩種：一種是使用具有ISP功能的處理（如Philips公司的P89<BR> C51RD系列MCU等），另一種方案是將軟件設(shè)計(jì)成兩部分，一部分是應(yīng)用功能軟件，另一部<BR> 分是完成前者下載到系 <BR> 持械南略贗ㄐ湃砑?。无论聂[址椒ǎ略氐鬧骰荘C機(jī)。如果需要達(dá)到遠(yuǎn)程調(diào)試和下<BR> 載的目的，則要使用后一種方案。例如，在Echelon公司的Lonwork現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品中，每個(gè)<BR> 節(jié)點(diǎn)中的程序均可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載，這種功能為多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試帶來(lái)了極大方<BR> 便。</P><P> 4 可測(cè)試性設(shè)計(jì)</P><P> 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期，產(chǎn)品測(cè)試的目的是驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確性，而可測(cè)試性部件的存在則能<BR> 加快測(cè)試速度，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期；在生產(chǎn)階段，通過(guò)測(cè)試來(lái)剔除有缺陷的產(chǎn)品和部件；<BR> 在使用階段，測(cè)試則用于故障定位，找出失效的部件并更換或者維修?？梢?jiàn)，產(chǎn)品的測(cè)試<BR> 在產(chǎn)品生命周期各階段<BR> 均有十分重要的作用?？蓽y(cè)試性設(shè)計(jì)應(yīng)該在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就加以考慮，結(jié)合測(cè)試在不同階<BR> 段的作用來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試模塊和接口。</P><P> 產(chǎn)品的可測(cè)試性設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題有：測(cè)試的目的、測(cè)試部件的位置、測(cè)試部件的基本要<BR> 素、內(nèi)置測(cè)試部件與外部測(cè)試設(shè)備儀器之間的電氣和機(jī)械連接，添加測(cè)試部件對(duì)被測(cè)模塊<BR> 功能和性能的影響、測(cè)試部件的成本以及何時(shí)使用測(cè)試功能等。</P><P> 如前所述，測(cè)試在產(chǎn)品不同階段是有差別的。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，很多參數(shù)需要定量和詳細(xì)<BR> 地進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證產(chǎn)品在各種不同情況下是否能正常工作；測(cè)試參數(shù)，測(cè)試點(diǎn)較多，可<BR> 以方便地連接各種外部測(cè)試儀器，也不需要考慮添加測(cè)試部件所帶來(lái)的附加成本。在產(chǎn)品<BR> 生產(chǎn)和使用階段，測(cè)試<BR> 的節(jié)點(diǎn)和參數(shù)數(shù)量也相對(duì)減少，測(cè)試一般是定性的，無(wú)需借助于外部設(shè)備的自測(cè)試，成本<BR> 因素也必須考慮。</P><P> 測(cè)試部件一般位于被測(cè)部件的接口和邊界位置上，如圖上所示，用于產(chǎn)品控制被測(cè)部件的<BR> 激勵(lì)信號(hào)和采樣被測(cè)部件的輸出信號(hào)。測(cè)試部件一般由測(cè)試信號(hào)源、信號(hào)傳輸通道、測(cè)試<BR> 觀察裝置等組成。測(cè)試部件可以*包含在被測(cè)部件中，也可部分位于外部（如外接信號(hào)<BR> 源和示波器等）。對(duì)于<BR> 自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試部件還包括被測(cè)部件的預(yù)期輸出存儲(chǔ)部件比較部分。</P><P> 在一個(gè)系統(tǒng)中，如何劃分模塊，確定測(cè)試位置（即模塊的邊界）是關(guān)系到可測(cè)試性設(shè)計(jì)是<BR> 否合理的首要問(wèn)題。模塊間小相關(guān)原則和模塊內(nèi)小相似原則是兩個(gè)重要依據(jù)：前者保<BR> 證測(cè)試可以獨(dú)立進(jìn)行，不需要很多其它模塊的配合；后者可以使測(cè)試能正確反映被測(cè)模塊<BR> 的大部分工況，不至于<BR> 漏測(cè)很多工作狀態(tài)。</P><P> 很多情況下，從被測(cè)模塊的邊界直接引出信號(hào)有困難，測(cè)試信號(hào)需要經(jīng)過(guò)其它模塊引入到<BR> 被測(cè)模塊上。如果作為信號(hào)路徑的模塊對(duì)信號(hào)特征沒(méi)有改變，則稱這種測(cè)試路徑是透明的<BR> ，路徑模塊必須能在旁路模式和正常工作模式之間切換，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有局限性。對(duì)于硬件來(lái)<BR> 說(shuō)，較簡(jiǎn)單的透明路徑<BR> 是使用跳線。</P><P> 對(duì)于簡(jiǎn)單嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，測(cè)試一般包括上電自測(cè)試和人為測(cè)試。后者在故障出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行<BR> 。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還包括定時(shí)自動(dòng)測(cè)試，比如在大型程控交換機(jī)和飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備<BR> 的運(yùn)行過(guò)程中，均定時(shí)進(jìn)行自檢。</P><P> 可測(cè)試性設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮測(cè)試功能所使用對(duì)象的不同。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員、產(chǎn)品使用人員和產(chǎn)品<BR> 維護(hù)人員對(duì)測(cè)試內(nèi)容的要求是同的，需要進(jìn)行分層次的可測(cè)試性設(shè)計(jì)。</P><P> 對(duì)于硬件和系統(tǒng)的可測(cè)試性設(shè)計(jì)已有IEEE1149.1/4/5等標(biāo)準(zhǔn)可以借鑒，對(duì)于單純的軟件測(cè)<BR> 試，目前尚無(wú)具體和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只有諸如代碼格式分析、白盒測(cè)試、黑盒測(cè)試、覆蓋測(cè)<BR> 試等測(cè)試方法。軟件測(cè)試的途徑有兩個(gè)。一是在源代碼中增加大量測(cè)試代碼，使用條件編<BR> 譯指令來(lái)控制形成調(diào)試<BR> 、測(cè)試和終發(fā)布等不同版本。調(diào)測(cè)版本的代碼規(guī)模要比終的發(fā)布版本大很多，在問(wèn)題<BR> 解決后，一般將臨時(shí)性測(cè)試代碼通過(guò)編譯開(kāi)關(guān)屏蔽。另外一個(gè)軟件測(cè)試途徑是使用的<BR> 測(cè)試軟件（如法國(guó)Telelogic公司的LOGISCOPE測(cè)試工具），這些測(cè)試軟件能完成諸如覆蓋<BR> 測(cè)試、代碼格式分析等<BR> 功能，但均是針對(duì)特定的語(yǔ)言和操作系統(tǒng)環(huán)境，使用上一些限制。</P><P> 還需要說(shuō)明的就是“可觀測(cè)”設(shè)計(jì)的概念?？捎^測(cè)性和可測(cè)試性不同，不需要加入激勵(lì)信<BR> 號(hào)，只觀察系統(tǒng)運(yùn)行中某些內(nèi)部狀態(tài)，比如軟件中某個(gè)重要變量的數(shù)值變化，硬件電路中<BR> 某個(gè)IC引腳的信號(hào)電平等。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該保留這些觀察接口，以便需要時(shí)用它來(lái)判斷和<BR> 分析系統(tǒng)的問(wèn)題。一個(gè)<BR> 可測(cè)試的系統(tǒng)，一定是可觀測(cè)的，反之則不然。設(shè)計(jì)可測(cè)試性系統(tǒng)的目的是為了以后修改<BR> 和改進(jìn)設(shè)計(jì)，而使系統(tǒng)具有可觀測(cè)性則是為了維護(hù)系統(tǒng)，判斷哪個(gè)是出故障的部件，以便<BR> 更換?？蓽y(cè)試性設(shè)計(jì)一般用于新產(chǎn)品，而可觀測(cè)性設(shè)計(jì)用于成熟產(chǎn)品。當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)、安<BR> 裝條件和成本允許的情<BR> 況下，成熟產(chǎn)品也應(yīng)具有可測(cè)試性。實(shí)際上，由于處理器技術(shù)和芯片的日新月異，已經(jīng)不<BR> 存在真正意義上的成熟產(chǎn)品了。</P><P> 在一類產(chǎn)品中的可測(cè)試性設(shè)計(jì)應(yīng)該具有*性，例如，用紅色LED表示電源狀態(tài)，所有電<BR> 路板均應(yīng)采用紅色LED，點(diǎn)亮的頻率也應(yīng)該*。作為企業(yè)，應(yīng)制定相關(guān)的測(cè)試接口標(biāo)準(zhǔn)<BR> ，并且這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合行業(yè)習(xí)慣或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。</P><P> 5 測(cè)試和調(diào)試接口標(biāo)準(zhǔn)</P><P> 測(cè)試和調(diào)試接口標(biāo)準(zhǔn)：JTAG和BDM。</P><P> 5.1 背景調(diào)試模式</P><P> 在使用傳統(tǒng)的ICE來(lái)調(diào)試時(shí)，使用ICE中的CPU來(lái)取代目標(biāo)板中的CPU，目標(biāo)板和ICE之間使<BR> 用多芯扁平電纜來(lái)連接，而ICE在使用時(shí)一般還需要縮主機(jī)（一般來(lái)PC）來(lái)連接。</P><P> 在一些微處理器內(nèi)部已經(jīng)包含了用于調(diào)試的微碼，調(diào)試時(shí)仿真器軟件和目標(biāo)板上的C<BR> PU的調(diào)試微碼通信，目標(biāo)板 <BR> 上的CPU無(wú)需取出。由于軟件調(diào)試指令無(wú)需經(jīng)過(guò)一段扁平電纜來(lái)控制目標(biāo)板，避免了高頻<BR> 操作限制、交流和直流的不匹配以及調(diào)試線纜的電阻影響等問(wèn)題。這種調(diào)試模式在Motor<BR> ola公司產(chǎn)品68300系列中被稱為背景調(diào)試模式BDM（Background Debug <BR> Mode）。在仿真器和目標(biāo)之間使用8芯（或者10芯）的BDM接口來(lái)連接，其他公司的嵌入式<BR> 處理器也有類似功能，不過(guò)叫法不同，例如AMD公司在其X86微處理器上提供“AMDebug”<BR> 的調(diào)試接口。</P><P> <BR> 實(shí)際上，BDM相當(dāng)于將ICE仿真器軟件和硬件內(nèi)置在處理器，這使得我們直接使用PC機(jī)的并<BR> 口來(lái)調(diào)試軟件，不再需要ICE硬件，大大節(jié)約了汽油發(fā)成本。一些調(diào)試器供應(yīng)商也提供這<BR> 種軟件產(chǎn)品（如XRAY）。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，為了調(diào)試一些特定問(wèn)題，可以直接使用BDM命令<BR> 來(lái)調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)，以彌補(bǔ)<BR> 商業(yè)調(diào)試軟件的不足。</P><P> BDM接口有8根信號(hào)線，也有為10根信號(hào)線的，如圖2所示。調(diào)試軟件通過(guò)4腳使CPU進(jìn)入背<BR> 景調(diào)試模式，調(diào)試命令的串行信號(hào)則8通過(guò)腳輸入,同時(shí)4腳輸入信號(hào)步時(shí)鐘，而CPU中的微<BR> 碼在執(zhí)行命令后會(huì)在10腳輸出調(diào)試結(jié)果指示信號(hào)?？梢?jiàn)，BDM接口引線由并口和PC機(jī)相連<BR> ，調(diào)試命令則是通過(guò)串行<BR> 方式輸入的。</P><P> 目前在CPU內(nèi)置的調(diào)試接口和微碼方面，各廠家尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。處理器廠家、工具開(kāi)發(fā)公<BR> 司和儀器制造商曾于1998年組成了Nexus 5001 Forum(Nexus 5001論壇)，成員包括Motor<BR> ola、Infineon <BR> Technologies、日立、ETAS和惠普公司等，正致力于制定一個(gè)統(tǒng)一的片上通用調(diào)試接口。<BR> 這方面的進(jìn)一步情況可查閱</P><P> 5.2 邊界掃描測(cè)試技術(shù)和JTAG接口</P><P> 邊界掃描測(cè)試技術(shù)（Boundary-Scan Test Architecture）屬于一種可測(cè)試性設(shè)計(jì)。其基本思想是在芯片引腳和芯片內(nèi)部邏輯之間（即芯片邊界位置）增加串行連接的邊界掃描測(cè)試單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片引腳狀態(tài)的設(shè)定和讀取 ，使芯片引腳狀態(tài)具有可控性和可觀測(cè)性。</P><P> 邊界掃描測(cè)試技術(shù)初由各大半導(dǎo)體公司（Philips、IBM、Intel等）成立的聯(lián)全測(cè)試行<BR> 動(dòng)小組JTAG（Join Test Action Group）于1988年提出，1990年被IEEE規(guī)定為電子產(chǎn)品可測(cè)試性設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)（IEEE1149.1/2/3）。目前，該標(biāo)準(zhǔn)已被一些大規(guī)模集成電路所采用（如DSP、CPU、FPGA等），而訪問(wèn) 邊界掃描測(cè)試電路的接口信號(hào)定義標(biāo)準(zhǔn)被稱為JTAG接口，很多嵌入式處理器內(nèi)置了這種測(cè) 試接口。在Cygnal公司腃8051F000系列單片機(jī)中和一些FPGA芯片中，JTAG接口不僅能用于測(cè)試，也是器件的編程<BR> 接口。</P><P> IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)支持以下3種測(cè)試功能：</P><P> *內(nèi)部測(cè)試——IC內(nèi)部的邏輯測(cè)試；</P><P> *外部測(cè)試——IC間相互連接的測(cè)試；</P><P> *取樣測(cè)試——IC正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)取樣測(cè)試。</P><P> 圖3給出了具有2個(gè)芯片的系統(tǒng)的邊界掃描測(cè)試原理。</P><P> 圖3中，TCK為測(cè)試同步時(shí)鐘輸入，TMS為測(cè)試模式選中輸入，TDI為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，TDO為<BR> 測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，由測(cè)試移位寄存器產(chǎn)品。圖3中的小方框表示位于芯片外圍的邊界掃描測(cè)<BR> 試邏輯單元，芯片每個(gè)引腳信號(hào)經(jīng)過(guò)邊界掃描單元和內(nèi)部的功能單元相連接。</P><P> 目前，邊界掃描技術(shù)的應(yīng)用主要在數(shù)字IC的測(cè)試上，這種設(shè)計(jì)思想也可用于模擬系統(tǒng)、板<BR> 級(jí)測(cè)試甚至系統(tǒng)測(cè)試上。IEEE也制定了和IEEE1149.1相類似的標(biāo)準(zhǔn)IEEE P1149.4（數(shù)模混<BR> 合信號(hào)測(cè)試總線標(biāo)準(zhǔn)）、IEEE 1149.5（電路板測(cè)試和維護(hù)總線標(biāo)準(zhǔn)）

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