智能儀器的設(shè)計與開發(fā)

第6章智能儀器的設(shè)計與開發(fā)第1節(jié)智能儀器的設(shè)計與開發(fā)過程第2節(jié)系統(tǒng)硬件的設(shè)計第3節(jié)軟件設(shè)計方法第4節(jié)智能儀器系統(tǒng)軟件的組成與設(shè)計第5節(jié)智能儀器的調(diào)試一、智能儀器的設(shè)計原則1、功能及技術(shù)指標(biāo)首先按照要求的功能和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行整體框架設(shè)計，保證儀器在規(guī)定的工作環(huán)境里能夠正常工作。2、可靠性要求可靠性就是要求儀器在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間里，完成規(guī)定功能的能力，一般用年均無故障時間、故障率、失效率或平均壽命等指標(biāo)來說明。設(shè)計時必須考慮到系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，保證儀器長期可靠地工作。3、便于操作和維護(hù)設(shè)計時要充分考慮用戶操作方便，盡量少用按鍵和開關(guān)，提供良好的人機(jī)界面。應(yīng)該具有很好的可靠性、維護(hù)性，儀表結(jié)構(gòu)規(guī)范化、模塊化，通過故障診斷程序?qū)ΜF(xiàn)場故障進(jìn)行定位。4、降低成本，提高儀器的性價比。二、智能儀器的設(shè)計思想1、采用自頂向下（Top-Dwon）的設(shè)計方法，從整體到局部，再到細(xì)節(jié)。先考慮整體目標(biāo)，明確任務(wù)，把整體分解成一個個子任務(wù)，并考慮子任務(wù)之間的關(guān)系。這樣就把較大的、較復(fù)雜的、難解決的問題分成若干個小的、簡單的、易解決的問題。2、采用自底向上的設(shè)計方法在某些場合，為了完成某個測試任務(wù)，可以利用現(xiàn)有的電路、模塊或器件，綜合成一個滿足要求的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)未必是最簡單、最優(yōu)化的方案，但只要能完成測試任務(wù)，仍不失為快速、高效解決問題的方法。3、軟硬件折衷微型計算機(jī)是智能儀器的核心，它控制管理著整個測試過程，又進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理。智能儀器中有些功能靠硬件實(shí)現(xiàn)，有些功能利用軟件或硬件都可以完成，軟件和硬件都有各自的特點(diǎn)。軟件可完成許多復(fù)雜的運(yùn)算，修改方便，但執(zhí)行速度比硬件慢，硬件是各種元器件的物理實(shí)體，通過物理效應(yīng)實(shí)現(xiàn)測量，硬件的成本高，組裝起來不容易。幾種趨勢：“軟件硬化”---降低硬件成本“硬件軟化”---如DSP芯片進(jìn)行快速FFT運(yùn)算“硬件是不可改變”的觀念已打破：如GAL、FPGA、EDA系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的使用“軟件就是儀器”---LabVIEW和虛擬儀器的問世。

下一頁什么是DSP？

DSP（digitalsingnalprocessor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。返回GAL？

通用陳列邏輯GAL(GenericArrayLogle)是采用先進(jìn)的E2COMS工藝制造的大規(guī)模專用數(shù)字集成電路,是專用集成電路ASIC的一個重要開支。GAl器件具有高速、低耗、用戶可反復(fù)編程及結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn),是一種新型的數(shù)字邏輯器件。GAL的優(yōu)點(diǎn)：1.具有電可擦除的功能，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點(diǎn)，其可改寫的次數(shù)超過100次；2.由于采用了輸出宏單元結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)，一片GAL器件可以實(shí)現(xiàn)各種組態(tài)的PAL器件輸出結(jié)構(gòu)的邏輯功能，給電路設(shè)計帶來極大的方便；3.具有加密的功能，保護(hù)了知識產(chǎn)權(quán)；4.在器件中開設(shè)了一個存儲區(qū)域用來存放識別標(biāo)志——即電子標(biāo)簽的功能。返回FPGA？FPGA

（現(xiàn)場可編程門陣列）是專用集成電（ASIC）中集成度最高的一種，用戶可對FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯，因而也被用于對CPU的模擬。用戶對FPGA的編程數(shù)據(jù)放在Flash芯片中，通過上電加載到FPGA中，對其進(jìn)行初始化。也可在線對其編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線重構(gòu)，這一特性可以構(gòu)建一個根據(jù)計算任務(wù)不同而實(shí)時定制的CPU，這是當(dāng)今研究的熱門領(lǐng)域。

FPGA在結(jié)構(gòu)上類似門陣列，但在邏輯功能的實(shí)現(xiàn)上類似微處理器，是一個由程序驅(qū)動的邏輯器件。這種部件內(nèi)部多不是簡單的邏輯門，而是可構(gòu)造單元，即可構(gòu)造的邏輯模塊?？蓸?gòu)造外圍I／O模塊和實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連資源，它們由芯片內(nèi)部分布式構(gòu)造存儲器陣列單元中所存儲的構(gòu)造程序來控制和驅(qū)動。FPGA內(nèi)部的布線布局由用戶在現(xiàn)場完、成。表現(xiàn)出很大的自由度和靈活性，是一種用戶直接編程并反復(fù)使用的集成電路。返回EDA？EDA是電子設(shè)計自動化（ElectronicDesignAutomation）的縮寫，在20世紀(jì)90年代初從計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助測試（CAT）和計算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計算機(jī)為工具，設(shè)計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設(shè)計文件，然后由計算機(jī)自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計的效率，減輕了設(shè)計者的勞動強(qiáng)度。

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程確定系統(tǒng)規(guī)模大小軟、硬件權(quán)衡分配硬件部分調(diào)試軟件模塊的調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試第2節(jié)系統(tǒng)硬件的設(shè)計智能儀器系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)的選擇，主要是根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模大小、控制功能性質(zhì)及復(fù)雜程度、實(shí)時響應(yīng)速度及檢測控制精度等專項指標(biāo)和通用指標(biāo)決定。首先根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模及可靠性要求考慮，對于普通要求規(guī)模較小的應(yīng)用系統(tǒng)，可采用單機(jī)系統(tǒng)；對于高可靠性系統(tǒng)，即使系統(tǒng)規(guī)模不大，但為了可靠，也常采用雙機(jī)系統(tǒng)。一、單機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計用單片機(jī)進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充和接口，可滿足一般智能儀器的需要。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計涉及單片機(jī)系統(tǒng)、信號測量功能模塊、信號功能控制模塊、人機(jī)對話功能模塊和遠(yuǎn)程通訊功能模塊。1）單片機(jī)系統(tǒng)包括基本部分和擴(kuò)展部分包括存儲器的擴(kuò)展（RAM、ROM、EEPROM等）接口的擴(kuò)展（8255、8155、8279、8251等）2）信號測量功能模塊是測量對象與單片機(jī)相互聯(lián)系的不可缺少的部分。不同的傳感器輸出的信號，經(jīng)過放大、整形、轉(zhuǎn)換(電流電壓轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換，電壓/頻率轉(zhuǎn)換)后輸入單片機(jī)，如果要進(jìn)行巡回檢測，還需在信號檢測部分裝多路選擇開關(guān)、多路放大器。若使用多個放大器，則各放大器應(yīng)放在多路選擇開關(guān)之前，若使用單個放大器，放大器應(yīng)放在多路選擇開關(guān)之后。3）信號控制功能塊是單片機(jī)與控制對象相互聯(lián)系的重要部分。信號控制功能模塊由單片機(jī)輸出的數(shù)字量、開關(guān)量或頻率量轉(zhuǎn)換(模數(shù)轉(zhuǎn)換或頻率電壓轉(zhuǎn)換)后，再由各種驅(qū)動回路來驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)控制功能。4）人機(jī)對話功能模塊包括鍵盤、顯示器(LED、LCD或CRT)打印機(jī)及報警系統(tǒng)等部分。為實(shí)現(xiàn)它與單片機(jī)的接口，采用專用接口芯片(如8279)或通用串并行接口芯片。

各功能塊、單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路要盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化器件，模塊化結(jié)構(gòu)的典型電路要留有余地，以備擴(kuò)展，盡可能采用集成電路，減少接插件相互間連線，降低成本，提高可靠性。此外，要切斷來自電源、傳感器、測量信號功能模塊、控制信號功能模塊部分的干擾。硬件、軟件設(shè)計要合理、可靠、抗干擾、模塊化等。

5）遠(yuǎn)程通訊功能模塊，擔(dān)負(fù)著單片機(jī)間信息交換的功能。在具有多個單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，各單片機(jī)有時相距很遠(yuǎn)，采用并行通訊，投資會急劇增加，技術(shù)上也不能實(shí)現(xiàn)。采用串行通訊方式時，可以用單片機(jī)的串行接口，也可以使用可編程串行接口芯片。距離較遠(yuǎn)時，還要增加調(diào)制解調(diào)器等。另外傳感器、各功能模塊和單片機(jī)系統(tǒng)要統(tǒng)一考慮，軟、硬件要有幾套方案進(jìn)行比較，按經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求從中選擇最佳方案。二、多微處理機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

對于一些大型復(fù)雜的測控對象，用一臺微機(jī)無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)及對眾多的對象進(jìn)行測控時，可采用多微機(jī)系統(tǒng)。多微機(jī)系統(tǒng)具有速度快、性能／價格比高、系統(tǒng)可靠、且宜于擴(kuò)充和改進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。多微機(jī)系統(tǒng)從它們相互之間的聯(lián)系所達(dá)到的目的和要求，可分為以下兩種類型：

1、分級分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的任務(wù)分割時可分為幾層。上層機(jī)負(fù)責(zé)管理中層機(jī)。中層機(jī)接受上層機(jī)的命令同時又負(fù)責(zé)下層微機(jī)工作。最底層的是微處理機(jī)，與過程對象直接聯(lián)系，典型的集散控制系統(tǒng)就是這種分級分布式結(jié)構(gòu)。如圖6-2所示。

特點(diǎn)：管理集中，控制分散完成整體生產(chǎn)計劃、工藝流程及產(chǎn)品的財務(wù)管理等。接受指令，協(xié)調(diào)下位機(jī)，達(dá)到動態(tài)過程最優(yōu)。進(jìn)行現(xiàn)場控制和測量圖6-2集散系統(tǒng)組成框圖2、并行分布式結(jié)構(gòu)并行分布式結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)內(nèi)各微機(jī)之間無固定的主從關(guān)系，例如微機(jī)既可作主處理機(jī)，也可作從處理機(jī)，各微機(jī)之間是對等的關(guān)系，需要時可以互相通信。并行分布式系統(tǒng)，微機(jī)的互連結(jié)構(gòu)有多種，如通用總線連接式、環(huán)型連接式、星形聯(lián)接式、點(diǎn)到點(diǎn)連接式、樹型連接式，還有立方體連接式等。這種互連模式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，衡量的標(biāo)準(zhǔn)主要是傳輸能力、延遲時間、通路數(shù)目、故障影響系統(tǒng)的重構(gòu)能力等。三、器件的選擇

核心部件是：單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器和可編程邏輯器件

1、微處理器微處理器是智能儀器的核心器件，它對智能儀器的性能指標(biāo)影響很大。單片機(jī)功能強(qiáng)、體積小、價格便宜，而且支持軟件很多，便于開發(fā)。智能儀器大多使用單片機(jī)，現(xiàn)在常用的是Intel公司MCS-51單片機(jī)系列和Motorola公司的M68HC11系列。ATMEL公司的8位系列單片機(jī)ATmega128.(1)IntelMCS-51系列單片機(jī)。IntelMCS-51系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)芯片有主要有8051、89C51。相同之處：它們的指令系統(tǒng)、封裝引腳完全是兼容的，僅在內(nèi)部和使用方法上存在一些差異。有一個相同的8位微處理器，都有128個字節(jié)的RAM、21個特殊功能的寄存器，4個8位并行I／O口，1個全雙工和2個16位定時／計數(shù)器。不同之處是：8051內(nèi)含有4kB的ROM需要在制造過程中將程序固化在ROM中，不可擦寫，使用十分不便，一般很少采用。AT89系列單片機(jī)簡介

AT89系列單片機(jī)是ATMEL公司的8位Flash單片機(jī)系列，這個系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有Flash存儲器。因此,在應(yīng)用中有著十分廣泛的前途,特別是在便攜式省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用。AT89系列單片機(jī)是以8051核構(gòu)成的,它和8051系列單片機(jī)是兼容的，故而對于熟悉8051的用戶來說,用ATMEL公司的89系列單片機(jī)進(jìn)行取代8051的系統(tǒng)設(shè)計是輕而易舉的事。

89系列單片機(jī)分類

標(biāo)準(zhǔn)型有AT89C51等六種型號它們的基本結(jié)構(gòu)和89C51是類似的是80C51的兼容產(chǎn)品；低檔型有AT89C1051等兩種型號它們的CPU核和89C51是相同的但并行IO口較少；高檔型有AT89S8252等型號，是一種可串行下載的Flash單片機(jī)，可以用在線方式對單片機(jī)進(jìn)行程序下載。1）標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)有89C51、89LV51、89C52、89LV52、89C55、89LV55六種型號。

89系列單片機(jī)分類

標(biāo)準(zhǔn)型89系列單片機(jī)和MCS51系列單片機(jī)兼容的，內(nèi)部含有4K、8K或20K可重復(fù)編程的Flash存儲器，可進(jìn)行1000次擦寫操作；全靜態(tài)工作為0~33MHz，三級程序存儲器加密鎖定；內(nèi)部含128、256字節(jié)的RAM，有32位可編程的I/O端口，有2~3個16位定時器計數(shù)器，有6~8級中斷，UART通用串行接口,有低電壓空閑及電源下降方式。在這六種型號中AT89C51是一種基本型號AT89LV51是一種能在低電壓范圍工作的改進(jìn)型，可在2.76V電壓范圍工作，其它功能和89C51相同。AT89C52是在AT89C51的基礎(chǔ)上，在存儲器容量、定時器和中斷能力上得到改進(jìn)的型號，可在2.76V電壓范圍工作。

89系列單片機(jī)分類

AT89C52是在AT89C51的基礎(chǔ)上，在存儲器容量、定時器和中斷能力上得到改進(jìn)的型號，89C52的Flash存儲器容量為8K，16位定時器計數(shù)器有3個，中斷有8級。89C51的Flash存儲器容量為4K，16位定時器計數(shù)器有2個，中斷只有6級。AT89LV52是89C52的低電壓型號，可在2.76V電壓范圍內(nèi)工作，89C55的Flash存儲器容量為20K，16位定時計數(shù)器有3個，中斷有8級，AT89LV55是89C55的低電壓型號可在2.76V電壓范圍內(nèi)工作。

2）低檔型單片機(jī)低檔型的單片機(jī)有AT89C1051和AT89C2051兩種型號。除并行IO端口數(shù)較少之外其它部件結(jié)構(gòu)基本和AT89C51差不多，之所以被稱為低檔型主要是因?yàn)樗囊_只有20腳，比標(biāo)準(zhǔn)型的40引腳少得多。AT89C1051的Flash存儲器只有1K，RAM只有64個字節(jié)，內(nèi)部不含串行接口，內(nèi)部的中斷響應(yīng)只有3種，保密鎖定位只有2位，這些也是和標(biāo)準(zhǔn)型的AT89C51有區(qū)別的地方。2）低檔型單片機(jī)

AT89C2051的Flash存儲器只有2K，RAM只有128個字節(jié)，保密鎖定位有2位，也由于在上述有關(guān)部件上AT89C1051AT89C2051的功能比標(biāo)準(zhǔn)型AT89C51要弱，所以它們就處于低檔位置。3）高檔型單片機(jī)高檔型有AT89S53、AT89S8252、AT89S4D12等型號，是在標(biāo)準(zhǔn)型的基礎(chǔ)上增加了一些功能形成的。增加的功能主要有如下幾點(diǎn)：①AT89S4D12有4K可下載Flash存儲器，AT89S8252有8K可下載Flash存儲器，AT89S53有12K可下載Flash存儲器，下載功能是由IBM微機(jī)通過89系列單片機(jī)的串行外圍接口SPI執(zhí)行的。3）高檔型單片機(jī)②除8KFlash存儲器外，AT89S8252還含有一個2K的EEPROM，從而提高了存儲容量。③含有9個中斷響應(yīng)的能力。④含標(biāo)準(zhǔn)型和低檔型所不具有的SPI接口。⑤含有Watchdog定時器(看門狗定時器)。⑥含有雙數(shù)據(jù)指針。⑦含有從電源下降的中斷恢復(fù)。⑧AT89S4D12除了4K可下載Flash存儲器之外,還有一個128K片內(nèi)Flash數(shù)據(jù)存儲器,12MHz內(nèi)部振蕩器，5個可編程IO線。Atmega128Atmega128ATMEL公司的8位系列單片機(jī)的最高配置的一款單片機(jī)，應(yīng)用極其廣泛ATmega128主要特性如下：高性能、低功耗的AVR8位微處理器先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)(精簡指令集計算機(jī))133條指令–大多數(shù)可以在一個時鐘周期內(nèi)完成32x8通用工作寄存器+外設(shè)控制寄存器全靜態(tài)工作工作于16MHz時性能高達(dá)16MIPS(每秒執(zhí)行更多百萬條指令)只需兩個時鐘周期的硬件乘法器非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash壽命:10,000次寫/擦除周期Atmega1284K字節(jié)的內(nèi)部SRAM多達(dá)64K字節(jié)的優(yōu)化的外部存儲器空間可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)軟件加密

可以通過SPI實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程JTAG

接口(與IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容)遵循JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)對Flash,EEPROM,熔絲位和鎖定位的編程Atmega128兩個具有獨(dú)立的預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時器/計數(shù)器兩個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數(shù)器具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時時鐘計數(shù)器兩路8位PWM6路分辨率可編程（2到16位）的PWM輸出比較調(diào)制器8路10位ADC8個單端通道7個差分通道2個具有可編程增益（1x,10x,或200x）的差分通道

Atmega128面向字節(jié)的兩線接口兩個可編程的串行USART可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器片內(nèi)模擬比較器特殊的處理器特點(diǎn)上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器片內(nèi)/片外中斷源6種睡眠模式:空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式。

Atmega128可以通過軟件進(jìn)行選擇的時鐘頻率通過熔絲位可以選擇ATmega103兼容模式全局上拉禁止功能

I/O和封裝53個可編程I/O口線

64引腳TQFP與64引腳MLF封裝工作電壓：1）2.7-5.5VATmega128L2）4.5-5.5VATmega128速度等級1）0-8MHzATmega128L2）0-16MHzATmega128下一頁聯(lián)合測試行為組織英文為JointTestActionGroup該組織成立于1985年，是由幾家主要的電子制造商發(fā)起制訂的PCB和IC測試標(biāo)準(zhǔn)。JTAG建議于1990年被IEEE批準(zhǔn)為IEEE1149.1-1990測試訪問端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了進(jìn)行邊界掃描所需要的硬件和軟件。自從1990年批準(zhǔn)后，IEEE分別于1993年和1995年對該標(biāo)準(zhǔn)作了補(bǔ)充，形成了現(xiàn)在使用的IEEE1149.1a-1993和IEEE1149.1b-1994。JTAG主要應(yīng)用于：電路的邊界掃描測試和可編程芯片的在系統(tǒng)編程。

JTAG也是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。相關(guān)JTAG引腳的定義為：TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測試模式；TRST為測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。JTAG最初是用來對芯片進(jìn)行測試的,基本原理是在器件內(nèi)部定義一個TAP（TestAccessPort測試訪問口）通過專用的JTAG測試工具對進(jìn)行內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起,形成一個JTAG鏈,能實(shí)現(xiàn)對各個器件分別測試?，F(xiàn)在，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP（In-SystemProgrammable;在線編程），對FLASH等器件進(jìn)行編程。JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程,從而大大加快工程進(jìn)度。JTAG接口可對PSD芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程。返回PWM脈寬調(diào)制PWM脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實(shí)現(xiàn)。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)大大改善。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關(guān)斷器件，開關(guān)頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。PWM變頻電路具有以下特點(diǎn)：

1.可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓

2.整流電路采用二極管，可獲得接近1的功率因數(shù)

3.電路結(jié)構(gòu)簡單

4.通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應(yīng).返回(3)飛思卡爾

飛思卡爾半導(dǎo)體（原摩托羅拉半導(dǎo)體部）是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，是摩托羅拉半導(dǎo)體業(yè)務(wù)重組的一部分，為汽車、消費(fèi)、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)和無線市場設(shè)計并制造嵌入式半導(dǎo)體產(chǎn)品。這家私營企業(yè)總部位于美國德克薩斯州奧斯汀，在全球30多個國家和地區(qū)擁有設(shè)計、研發(fā)、制造和銷售機(jī)構(gòu)。如今的飛思卡爾半導(dǎo)體已經(jīng)成為全球最大的半導(dǎo)體公司之一，2007年的總銷售額達(dá)到57億美元。主要為汽車、網(wǎng)絡(luò)、無線通信、工業(yè)控制和消費(fèi)電子等行業(yè)提供產(chǎn)品。通過嵌入式處理器和輔助產(chǎn)品，為客戶提供復(fù)雜多樣的半導(dǎo)體和軟件集成方案，即飛思卡爾所謂的“平臺級產(chǎn)品”。近年,飛思卡爾公司還協(xié)辦全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽。MC9S12DG128微控制器是Motorola公司M68HC12系列16位單片機(jī)中的一種，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有單片機(jī)基本部分和CAN功能塊部分組成。MC9S12DG128

基本結(jié)構(gòu)包括：

中央處理器單元HCS12（CPU）2個異步串行通信口SCI2個同步串行通信口SPI8通道輸入捕捉/輸出比較定時器1個8通道脈寬調(diào)制模塊以及49個獨(dú)立數(shù)字I/O口（其中20個具有外部中斷及喚醒功能）在片內(nèi)還擁有128KB的FlashROM8KB的RAM2KB的EEPROMCAN功能塊包括兩個兼容CAN2.0A/B協(xié)議的msCAN控制器組成，這些豐富的內(nèi)部資源和外部接口資源可以滿足ECU對各種數(shù)據(jù)的處理、CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收要求，芯片集成了兩個msCAN12模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高低速CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)功能。第3節(jié)軟件設(shè)計方法智能儀器的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。系統(tǒng)軟件是指儀器的管理軟件，主要為監(jiān)控程序。應(yīng)用軟件是為用戶使儀器完成特定的任務(wù)而編制的軟件程序。常用的軟件設(shè)計方法有結(jié)構(gòu)化設(shè)計、由頂向下設(shè)計、模塊化設(shè)計、層次化設(shè)計等。一、結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法

同一程序的兩種結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法的核心是“一個模塊只有一個入口，也只有一個出口”。這里模塊只有一個入口應(yīng)理解為一個模塊只允許有一個口被其它模塊調(diào)用，而不是只能被一個模塊調(diào)用。同樣，只有一個出口應(yīng)理解為不管模塊內(nèi)的結(jié)構(gòu)如何，分支走向如何，最終應(yīng)集中到一個出口退出模塊。在結(jié)構(gòu)化程序中僅允許使用下列三種基本結(jié)構(gòu)：

①序列結(jié)構(gòu)：這是一種線性結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，程序被順序連續(xù)地執(zhí)行，如圖6-5所示，即首先執(zhí)行P1，其次執(zhí)行P2，最后執(zhí)行P3。這里的P1、P2、P3可以是一條簡單的指令，也可以是一段完整的程序。②二選一結(jié)構(gòu)(IF-THEN-ELSE結(jié)構(gòu))：如圖6-6所示，按照一定的條件，由二個中選取一個。序列結(jié)構(gòu)二選1結(jié)構(gòu)③循環(huán)結(jié)構(gòu)：它有兩種類型，即REPEAT-UNTIL結(jié)構(gòu)和DO-WHILE結(jié)構(gòu)，見圖6-7所示。循環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化編程包括下列幾個方面的工作：①由頂向下設(shè)計，即把整個設(shè)計分成層次，上一層的程序塊調(diào)用下一層的程序塊。②模塊化編程，每一模塊相對獨(dú)立，其正確與否也不影響其他模塊。③結(jié)構(gòu)化編程，盡量避免使用無條件轉(zhuǎn)移語句，而是采用若干結(jié)構(gòu)良好的轉(zhuǎn)移與控制語句。結(jié)構(gòu)化編程過程二、由頂向下設(shè)計方法就是從整體到局部，最后到細(xì)節(jié)，即先考慮整體目標(biāo)，明確整體任務(wù)，然后把整體任務(wù)分成一個個子任務(wù)，一層一層地分下去，直到最低層的每一個任務(wù)都能單獨(dú)處理為止。它與“自底向上”剛好相反。

優(yōu)點(diǎn)：比較符合人的日常思維分析習(xí)慣，能夠按照真實(shí)系統(tǒng)環(huán)境直接進(jìn)行設(shè)計和中斷實(shí)施較為方便等。三、模塊化程序結(jié)構(gòu)

模塊化程序設(shè)計是把一個長的復(fù)雜的系統(tǒng)任務(wù)分成若干個模塊，以便分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計、編程、測試查錯工作，最終配置在一起，由主模塊控制。由于每個模塊在邏輯復(fù)雜性上都相對簡化，程序縮小，又可分散給各個程序員分別設(shè)計，因而可以顯著地簡化程序設(shè)計，提高編程效率，便于利用成熟的軟件包。系統(tǒng)模塊劃分時應(yīng)遵循的原則是，每一模塊功能單一，可相對獨(dú)立，模塊間的聯(lián)系應(yīng)盡量少，而模塊內(nèi)的聯(lián)系緊密。模塊間的聯(lián)系可以不了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只要知道可完成那些功能即可，再配以“菜單”技術(shù)、填表技術(shù)、漢化技術(shù)。可以方便操作。

四、層次模塊程序結(jié)構(gòu)

模塊化結(jié)構(gòu)中各模塊之間聯(lián)系很松，獨(dú)立性強(qiáng)，沒有特定的結(jié)構(gòu)型式。但一些復(fù)雜系統(tǒng)不易進(jìn)行功能分解，則被高度抽象后，形成自頂向下聯(lián)系較緊的模塊化樹形結(jié)構(gòu)層，每一層中各模塊都設(shè)計成相對獨(dú)立的模塊，上層模塊可以調(diào)用下層模塊。逐層分解方式也是自頂向下線性展開的模塊化結(jié)構(gòu)。層次模塊一般從頂向底方向設(shè)計，但關(guān)鍵應(yīng)找出“頂”在哪里，頂決定了系統(tǒng)主加工，就是完成整個程序最終要做的工作。頂層以下層次仍可按輸入、輸出變換處理分支來處理各個功能模塊，然后再逐步細(xì)化，即在每一模塊下可再設(shè)計它的下屬模塊。第4節(jié)智能儀器系統(tǒng)軟件的組成與設(shè)計智能儀器的系統(tǒng)軟件不僅要處理來自鍵盤、通信接口的命令，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、機(jī)機(jī)對話，更重要的是它具有實(shí)時處理能力，即根據(jù)被控過程(對象)，實(shí)時申請中斷，完成各種測量、控制功能。儀表的功能，主要由中斷服務(wù)程序來實(shí)現(xiàn)。智能儀器系統(tǒng)軟件，由主監(jiān)控軟件、鍵盤顯示器管理模塊、外設(shè)中斷管理處理模塊、各種功能模塊(子程塊，子程序庫)和數(shù)據(jù)表模塊構(gòu)成。其組成框圖如圖6-9所示。圖6-9智能儀器系統(tǒng)軟件組成框圖一、監(jiān)控主程序它是主程序，是整個儀器軟件的核心，上電復(fù)位后儀器首先進(jìn)入監(jiān)控主程序。主監(jiān)控程序一般都被放在0號單元開始的內(nèi)存中，它的任務(wù)是識別命令、解釋命令，并獲得完成該命令的相應(yīng)模塊的入口。起著引導(dǎo)儀器進(jìn)入正常工作狀態(tài)，并協(xié)調(diào)各部分軟硬件有條不紊地工作的重要作用。監(jiān)控主程序通常包括對系統(tǒng)中可編程器件輸入、輸出口參數(shù)的初始化，自檢，調(diào)用鍵盤顯示管理模塊，以及實(shí)時中斷管理和處理模塊等功能。除初始化和自檢外，監(jiān)控主程序一般總是把其余部分聯(lián)接起來構(gòu)成一個無限循環(huán)，儀表所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始地有選擇地執(zhí)行。除非掉電或按復(fù)位(RESET)鍵。圖6-10為監(jiān)控主程序框圖。監(jiān)控主程序框圖二、鍵盤管理

智能儀器的鍵盤可以采用編碼式鍵盤，也可采用軟件掃描方式(非編碼鍵盤)。不論采用哪一種方法，在獲得當(dāng)前按鍵值后，都要轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵盤服務(wù)程序入口，以便完成相應(yīng)的功能。各鍵所能完成的具體功能由設(shè)計者根據(jù)儀表總體要求，兼顧軟件硬件。從合理、方便、經(jīng)濟(jì)等因素出發(fā)來確定。目前常用有兩種方法，即一鍵一意和一鍵多意。一鍵一意鍵盤管理采用直接分析法（見上圖）。一鍵多意的監(jiān)控程序可采用轉(zhuǎn)移表法進(jìn)行設(shè)計。3.中斷管理及處理為適應(yīng)實(shí)時處理功能，使儀表能及時處理各種可能事件，所有的智能儀器幾乎都具有中斷功能，即允許被控過程的某一狀態(tài)被實(shí)時時鐘，或鍵盤操作中斷儀器正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)而處理該過程的實(shí)時問題。當(dāng)處理完成后，儀器再回去執(zhí)行原先的任務(wù)，即主監(jiān)控中確認(rèn)的工作。中斷步驟：中斷請求允許中斷CPU就響應(yīng)中斷

中斷服務(wù)中斷返回中斷過程：①必須暫時保護(hù)程序計數(shù)器的內(nèi)容，以便使CPU在需要時能回到它產(chǎn)生中斷時所處的狀態(tài)。②將中斷服務(wù)程序的地址送入程序計數(shù)器。這個服務(wù)程序能準(zhǔn)確地完成引起中斷的設(shè)備所要求的操作③在中斷服務(wù)程序開始時，必須將服務(wù)程序需要使用的CPU寄存器(如累加器、標(biāo)志寄存器、專用的暫存器等)內(nèi)容暫時保護(hù)起來，并在服務(wù)程序結(jié)束時再恢復(fù)其內(nèi)容。否則，當(dāng)服務(wù)程序由于自身的目的，可能會改變這些寄存器內(nèi)容，那CPU返回到被中斷的程序時就會發(fā)生混亂。④對于引起中斷而將INT設(shè)為低電平的設(shè)備，微處理器必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?，使INT再次變?yōu)楦唠娖?。⑤如果允許發(fā)生中斷，則須將允許中斷觸發(fā)器再次置位。⑥執(zhí)行完中斷服務(wù)程序時，需恢復(fù)程序計數(shù)器原先保存的內(nèi)容，以便返回到被中斷的程序。4.子程序模塊智能儀器的系統(tǒng)軟件通常是由模塊化設(shè)計來構(gòu)造的，把儀表軟件按功能分成一個個功能模塊，再把每個功能模塊分成一個個模塊，最終成為一個個功能十分具體的規(guī)模不太大的基本模塊。微處理器中常用模塊如下：

雙精度加/減法單精度乘/除法