自动测试的技术PPT课件

.,1,自动测试技术,西安电子科技大学机电工程学院,测控工程与仪器系贺华,.,2,第2章,自动测试技术,智能仪器基本系统的设计,.,3,2.1仪器中单片机的工作模式与端口特性2.2存贮系统的扩展设计2.3仪用键盘系统设计2.4数据显示系统设计,自动测试技术,第2章智能仪器基本系统的设计,.,4,2.2存贮系统的扩展设计,存贮系统的扩展设计就是要按仪器的功能、规模要求为单片机配接适当的片外存贮器。设计时要根据单片机的性能，对所需扩展的存贮器的容量，工作速度和负载能力等进行必要的估算，然后按实际需要选择存贮器标准器件，再按单片机寻址空间的分配要求设计地址译码电路，完成对扩展存贮系统的总体设计。下面我们先了解一下各种单片机存贮器的组织形式，片内存贮器的结构与容量，在此基础之上再介绍存贮器的扩展设计方法。,.,5,提纲：2.2.1各种单片机存贮系统的组织形式2.2.2常用存贮器集成芯片2.2.3单片机寻址空间的分区设计2.2.451/96机扩展存贮系统设计2.2.5M68HC11存贮器的扩展设计,.,6,2.2.1各种单片机存贮系统的组织形式一、51系列机的存贮系统组织形式Mcs-51单片机的存贮器由片内片外两部分组成，按其作用又可分为程序存贮器和数据存贮器两种。程序存贮器一般用EPROM来构成，用来存放可执行的程序和命令；数据存贮器一般用RAM器件来构成，只能用于存放数据。程序存贮器用信号只读，数据存贮器用/RD、/WR信号进行读写。,.,7,.,8,二、8098存贮系统的组织形式96系列和8098单片机没有程序存贮器和数据存贮器之分，它们的存贮器系统是统一编址的，16条地址线，可寻址范围为64K，存贮器系统的组织形式可以用图2-6表示。,.,9,.,10,.,11,.,12,以上8098单片机的存储器组织形式中要注意以下几点：（1）CCR寄存器的配置。与96系列机一样，8098存储器系统中，2018H寄存器（即CCR）也是专门用来选配单片机总线运行方式的，如图2-7所示。,.,13,.,14,因此，在进行仪器系统设计时，一定要事前对2018H各位进行方式设定。例如要求8098仪器系统的总线设为8位宽，采用标准总线控制方式，就绪控制设置插入一个等待状态，则CCR的控制字应为8DH。,.,15,2.2.2常用存贮器集成芯片由于各种单片机片内存贮器的容量总是有限的，特别是片内无EPROM芯片，因此仪器设计中经常要求进行存贮器的扩展设计。这样，扩展存贮系统也就成为绝大多数智能仪器基本系统的重要组成部分。被用作扩展存贮器的存贮器件有两类：一类是只读存贮器，用来存放仪器的功能程序和监控程序及些必要的数据表，能长期保存掉电不丢失,容量较大；另一类是随机存贮器，只用来存放一些临时的测量数据或中间结果，不要求长久保存，一般容量较小。,.,16,.,17,EPROMEPROM（ErasableProgrammableROM，可擦除可编程ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（VPP=1224V，随不同的芯片型号而定）。,.,18,EPROM的型号是以27开头的，包括低功耗的COMS器件27Cxxx，如：27C32、27C64、27C128、27C512。如27C020(8*256K)是一片2MBits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。EPROM芯片在空白状态时（用紫外光线擦除后），内部的每一个存储单元的数据都为1（高电平）。,.,19,EEPROMEEPROM（电可擦写可编程只读存储器）是可用户更改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片，EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个EEPROM中，当计算机在使用的时候是可频繁地重编程的。EEPROM的一种特殊形式是闪存，其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。EEPROM,一般用于即插即用（Plug&Play）。常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据。也常用在防止软件非法拷贝的硬件锁上面。,.,20,实际中EEPROM集成器件有28系列。,.,21,RAM（随机存取存储器）RAM（随机存取存储器）RAM-randomaccessmemory随机存储器。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（StaticRAM,SRAM)和动态随机存储器（DynamicRAM,DRAM)。,.,22,静态RAM是靠双稳态触发器来记忆信息的；动态RAM是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信息的。由于电容上的电荷超过一定时间时（大约2ms），会泄漏，其存储的信息会自动丢失，需要定时给与补充，所以动态RAM需要设置刷新电路。但动态RAM比静态RAM集成度高、功耗低，从而成本也低，适于作大容量存储器。所以主内存通常采用动态RAM，而高速缓冲存储器（Cache）则使用静态RAM。另外，内存还应用于显卡、声卡及CMOS等设备中，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。,.,23,高访问速度现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，取存延迟也和其他涉及机械运作的存储设备相比，也显得微不足道。DRAM需要刷新现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表1(二进制)，未充电的代表0。由于电容器或多或少有漏电的情形，若不作特别处理，数据会渐渐随时间流失。刷新是指定期读取电容器的状态，然后按照原来的状态重新为电容器充电，弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。对静电敏感正如其他精细的集成电路，随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷，引致数据流失，甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前，应先用手触摸金属接地。,.,24,与SRAM相比，DRAM具有集成度高、功耗低、价格低等优点，但因为其需要刷新电路，与CPU进行联接时比SRAM复杂。静态RAM虽然集成度低、功耗高、但由于和CPU的接口电路简单，在单片机系统中被广泛采用。SRAM在单片机系统中主要用作数据存储器，常见的芯片有6116、6264、628128等。,.,25,存储器的主要参数存储器的主要性能参数有三个，即存储容量、存取周期和功耗。（1）存储容量。存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元又由若干存储元组成，每个存储元存放1位二进制代码。存储容量是表示存储器存放信息量的指标。存储容量越大，所能存储的信息就越多。一个存储器芯片的容量常用有多少个存储单元以及每个存储单元可存放多少位二进制数来表示。例如，某存储器芯片有1024个单元，每个存储单元可存放4位二进制数，则常以10244表示该存储器芯片的容量。容量的单位用K表示，1K即表示1024（210）个存储单元，这样，上述存储器芯片的容量便可记作1K4。在单片机系统中，存取数据时常以字节（Byte）为单位，一个字节规定由8个二进制位组成，因此，单片机中的数据存储器一般情况下每个单元都是由8个存储元组成，表示存储器容量时更常见的是KB。,.,26,存储器的主要参数（2）存取周期。存储器从接收到寻找存储单元的地址码开始，到它取出或存入数据所需要的时间，称为存取周期，这是用以表示存储器工作速度的重要指标。MOS型存储器的存取周期约为100300ns。（3）功耗。每个存储器芯片的功率称为功耗，单位为mW芯片。功耗又分为工作功耗和维持功耗。维持功耗是存储器未选通时，处于低功耗、高输出阻抗、后备状态下时的功耗，芯片被选通后，它能自动进入读写工作状态，对DRAM而言，维持功耗要比工作功耗小12个数量级。有时功耗的单位为Wb(每存储位的功耗)。,.,27,2.2.3单片机寻址空间的分区设计实际中多数单片机仪器系统的寻址空间为64K。为了有效利用这个空间，使仪器系统的各个组成部件能各就各位，在进行仪器系统电路设计时一般都要对单片机的寻址空间进行区间划分。扩展存贮器件:EPROM、EEPROM、SRAM等存储器件I/O器件：可编程并行接口器件、ADC器件、DAC器件、键盘、显示模块等等,.,28,考虑到扩展存贮器件占用的寻址空间最大，区间划分首先要满足扩展存贮器空间的需要，也即要以存贮器空间的大小为依据。常用存贮器件的容量有4K32K等多种形式，因此区间的划分可按4K、8K、16K等多种形式进行。,.,29,一、区间为4KB的分区设计,.,30,.,31,二、区间为8KB的分区设计,.,32,.,33,2.2.45196机扩展存贮系统设计实例一、程序存贮器的扩展设计寻址空间划分之后就可以进行存贮器的扩展设计了。单片机仪器中的程序存贮器常用2732、2764、27128、27256等EPROM器件来构成。1、用2732设计的程序存贮器(1)2732的引脚功能。2732EPROM存贮器容量为4K字节，有12位地址线，它的封装引脚及功能表如图2-12所示。,.,34,图2-122732封装及引脚功能,.,35,.,36,.,37,(2)2732与8031的接口方法。,.,38,(3)2732与8098的接口方法。如果主机是8098，由于它的复位向量地址为2080H，这样，2732(I)中的存贮单元就可以从2000H开始编址，寻址范围成为2000H2FFFH。相应地，8098的复位处理程序要从2080H单元开始存放。另外，8098实行程序/数据存贮统一编址工作方式，它没有设置/PSEN只读线，要用/RD线与2732的/OE端相连。其它引脚的连接方法与8031相同。,.,39,.,40,2、用2764设计的程序存贮器(1)2764的引脚功能。2764EPROM存贮容量为8K字节，拥有13条地址线A12A0，它的封装引脚及其功能表如图2-14所示。,.,41,(2)2764的接口方法。,.,42,3、用2712827512设计的程序存贮器2712827512EPROM存贮容量为(1664)K字节、拥有1416条地址线，其封装引脚和功能表如图2-16所示。可以看出，2712827512在引脚结构和功能上与2764相比除分别多了1、2、3条地址线和编程线配置稍有不同外，其它都是相同的。因此它们与单片机的接口设计方法与2764是一样的。,.,43,.,44,采用EEPROM器件进行存贮系统扩展设计时，设计方法与EPROM电路相同。由于EEPROM采用电擦除方式，在实际使用时对它的写输入端(/WR)状态要加以特别注意。在只读状态时，最好将/WR端与实际写信号输入线断开，用一只电阻将它接在+5V上并要加以滤波。在需要编程改写其内容时才将实际写信号接到/WR端上。,.,45,二、数据存贮器的扩展设计常见的RAM器件有6116(容量2K字节)6264(容量3K字节)、62256(容量32K字节)三种。1、6116存贮器接口设计(1)6116的引脚功能。6116是小型智能仪器中常用的RAM器件之一。它的存贮容量为2K字节，24引脚封装，有11条地址线，8条数据线。芯片引脚功能如图2-17所示：,.,46,图2-176116RAM的功能,.,47,(2)6116的接口方法。,(a)RAM6116的接口电路,.,48,(b)分区空间的再分配,.,49,一般来讲，RAM器件的使用和单片机的性能有关，如8031、8751和80c552等单片机，它们对存贮器中程序和数据的读出方式是不同的。当RAM的/OE端与单片机/RD线相连时，单片机只能从RAM读取非执行数据，RAM器件只作数据存贮器用。当RAM的/OE端与单片机的/PSEN相连时，单片机可从中读取可执行的程序，RAM器件只作程序存贮器用。若要求两种功能兼有，则/OE信号的逻辑值应能满足：/OE=/RD/PSEN。,.,50,(c)51机双工读,.,51,2、626462256存贮器接口设计6264是一种8K字节的RAM器件，有13条地址线，采用28脚封装，其引脚和功能如图2-19所示，图中同时画出了62256的引脚图。,.,52,上述讨论的设计方法同样适用CMOS的80c31和80c552机种，不过所有接口器件最好采用74HCxxx型的，EPROM存贮器也应采用27Cxxx型的，RAM器件要用低功耗型的。具体连接方法与上述相同。,.,53,2.2.5M68HC11存贮器的扩展设计省略,.,54,2.3仪用键盘系统设计,键盘操作是自动测试仪器区别于其它传统仪器的主要特征之一。几乎所有以计算机为核心的自动测试仪器，都一改传统仪器的波段开关和琴键开关方式而采用按键来实现仪器功能选择、量程的切换等各种仪器功能的控制。因此，键盘设计是智能仪器设计的重要内容。,.,55,2.3仪用键盘系统设计,键盘操作是自动测试仪器区别于其它传统仪器的主要特征之一。几乎所有以计算机为核心的自动测试仪器，都一改传统仪器的波段开关和琴键开关方式而采用按键来,实现仪器功能选择、量程的切换等各种仪器功能的控制。因此，键盘设计是智能仪器设计的重要内容。,.,56,.,57,.,58,.,59,.,60,.,61,提纲：2.3.1分立式键盘2.3.2矩阵式键盘,.,62,231分立式键盘一、仪用键盘的特点,单片机仪器的键盘组织方法按仪器功能不同有多种不同的形式。有简单分立连接方式的，也有矩阵连接方式的；有非编码直接识别方式的，也有编码后输入识别方式的；有一键一义的，也有一键多义的等等，十分灵活。但是，不管是哪种方式，其基本持点是一样的。,.,63,(1)一个按键实际上是一个开关。按键的电路状态经计算机识别后既可以用来表示一个数字，也可以用来表示一种或多种仪器的功能选择命令或某种仪器功能的控制过程。,.,64,.,65,.,66,(2)键盘设计包括硬件电路设计和键盘扫描识别程序设计两个方面。两者是紧密关联，相辅相成的。键盘组织形式不同，相应的键盘程序设计方法也不同。(3)键盘扫描控制有定时查寻法和中断控制法两种。不论哪种方法都要实现以下3个过程：,.,67,要对键盘状态进行扫描，判别其中是否有键按下。若无键按下，则可以跳出键盘程序。在扫描到有键按下时要对键盘状态进行进一步的识译，识别是哪个键按下了，译出它的键码，以便进一步处理。计算机将所得到按键的键码和事前设计好的键码键义表进行查对比较，进行键义分析，了解按键的具体作用，以便计算出对应处理程序的入口地址或得知相应的处理方法，以便转去完成按键所对应的操作功能。,.,68,按键是一种弹性元件，某个按键按下后总是会出现瞬时性的弹跳现象，很容易被计算机误识有多次的按键效果。大部分按键是机械触点（弹性金属簧片）,由于机械触点的弹性及电压突跳等原因,在触点闭合和断开的瞬间会出现电压抖动,抖动的时间长短取决于开关元件的机械特性。,.,69,.,70,仪用键盘都应采取防弹跳、防重识的软硬件措施。防抖就是让在按键正常反应时间内机器只感应一次按键效果，防止误操作。不同的按键最长抖动时间不同，一般为5-10ms，某些开关有时长达20ms，甚至更长。硬件去抖，软件去抖。,.,71,二、非编码分立连接式键盘设计,图2-24是一种非编码分立连接式键盘电路。在这种方法中每个按键分别与单片机的一个I/O口相连，它们的作用是互相独立的，单片机只要简单地读取它们的电路状态，就可按事前规定的功能进行键盘操作。图中用一个与门产生所需的中断信号，任一个按键按下时都会产生一个中断请求，单片机实行中断服务读取键盘信息并执行相应的功能程序。,.,72,图2-24非编码分立式键盘,.,73,例2-1若图2-25是一个以8031为主机的仪器功能键电路，试设计键盘操作程序。设计：设键盘电路接在8031的P1口。K0K7每一个命令键都有一个相应的仪器功能子程序与之对应，K0的功能程序起址为SEVK0，K1的功能程序起址为SEVK1，等等。功能程序编写如下：,.,74,SEVK0：；执行K0功能程序POPAPOPPSWRETISEVK1：；执行K1功能程序RETI；执行Ki功能程序SEVK7：；执行K7功能程序RETI任一个键按下后，单片机进入中断服务，先从P1口读取按键的状态，经识别后转向指定的程序入口进行仪器功能操作，中断服务完成后会自动返回。,.,75,P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0,图2-24b非编码分立式键盘,.,76,IQRP：PUSHPSWPUSHAJNBP1.0，SEVK0；是K0按下?JNBP1.1，SEVK1；是K1按下?JNBP1.7，SEVK7；是K7按下?POPAPOPPSWRETISEVK0：；执行K0功能程序POPAPOPPSWRETISEVK1：；执行K1功能程序RETI；执行Ki功能程序SEVK7：；执行K7功能程序RETI以上程序也可改用定时查询法实现，读者可自行练习之。,.,77,三、编码分立连接式键盘设计,上述非编码式键盘连接的缺点是占用单片机端口多。如果采用先编码后输入的方法，可以减少对单片机的端口的占用数。,.,78,图2-25