郑州西门子一级代理商CPU供应商

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【摘  要】  随着单片机系统越来越广泛地应用于消费类电子，医疗，工业自动化，智能化仪器仪表，航空航天等各领域，单片子系统面临着电磁干扰（EMI）日益严重的威胁，电磁兼容的问题在称重领域也日益，本文围绕单片机系统的电磁兼容技术浅谈一些笔者的经验，与**探讨。
【关键词】  单片机  电磁干扰  电磁兼容硬件设计方法电磁兼容软件设计方法

    在电磁环境比较恶劣的情况下，一些大规模集成电路常常会受到干扰，导致不能正常工作或在错误状态下运行，造成的后果往往是很严重的。这样电磁干扰就成为困扰设计师的一个重要问题。电磁兼容性（EMC）包含系统的发射和敏感度两方面的问题。如果一个单片机系统符条件合下面三个条件，则该系统是电磁兼容的：
    1．对其他系统不产生干扰；
    2．对其他系统的发射不敏感；
    3．对系统本身不产生干扰；
    若干扰不能，但也要使干扰减少到小。干扰的产生不是直接的（通过导体、公共阻抗耦合等），就是间接的（通过串扰或辐射耦合）。电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射，很多磁电发射源、如光照、继电器、DC电机和日光灯都可以引起干扰；AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。在高速单片机系统中，时钟电路通常是宽带噪声的大产生源，这些电路可产生高达300MHz的谐波失真，在系统中应该把他们去掉。另外，在单片机系统中容易受影响的是复位线，中断线和控制线。
    一、干扰的耦合方式
    1．传导性EMI
    一种明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。一条穿过噪声环境的导线可检拾噪声并把噪声送到其他电路引起干扰。设计人员避免导线检拾噪声和在噪声引起干扰前用去耦办法去除噪声。普通的例子是噪声通过电源进入电路。若电源本身或连接到电源的其他电路是干扰源，则在电源线进入电路之前对其去耦。
    2．公共阻抗耦合
    当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。阻抗上的压降由两个电路决定，来自两个电路的地电流流过共地阻抗。电路a的地电位被电流b调制，噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路b耦合到电路a。
    3．辐射耦合
    经辐射的耦合通称串扰。串扰发生在电流流经导体时产生电磁场，而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。
    4．辐射发射
    辐射发射有两种基本类型；差分模式（DM）和共模（CM）。共模辐射或单天线辐射是由无意的压降引起的，它使电路中所有地连接抬高到系统电地位之上。就电场大小而言，CM辐射是比DM辐射为严重的问题。为使CM辐射小，用切合实际的设计使共模电流降到零。
    二、影响EMC的因数
    1．电压
    电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就多，而低电源电压影响敏感度。
    2．频率
    高频产生多的发射，周期性信号产生多的发射。在单片机系统中，当器件开关时产生电流尖峰信号；在模拟系统中，当负载电流变化时产生电流尖峰信号。
    3．接地
    在所有EMC问题中，主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在频率1MHz时，可采用单点接地方法，但不适宜高频；在高频应用中，采用多点接地。混合接地是低频用单点接地，而高频用多点接地的方法。地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路绝不能混合。
    4．PCB设计
    适当的印刷电路板（PCB）布线对防止EMI是至关重要的。
    5．电源去耦
    当器件开关时，在电源线上会产生瞬态电流，衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压，高di/dt产生大范围的高频电流，激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间的变化可使该压降小。
    三、对干扰措施的硬件处理方法
    1．印刷线路板（PCB）的电磁兼容性设计
    PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大，实践证明，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对单片机系统的性产生不利影响。例如，如果印刷电路板的两条细平行线靠的很近，会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。因此，在设计印刷电路板的时候，应注意采用正确的方法，遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰的设计要求。要使电子电路获得性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好，的PCB，应遵循以下一般性原则。
    A．特殊元器件布局
    ，要考虑PCB尺寸的大小，PCB尺寸过大时，印刷线条长，阻抗增大，抗噪声能力下降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后再确定特殊元器件的位置。后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。
    在确定特殊元器件位置时要遵循以下的原则：
    ①尽可能缩短元器件之间的连线，设法减小他们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨的太近，输入和输出元件应尽量远离。
    ②某些元器件或导线之间有较高的电位差，应加大他们之间的距离，以免放电引起意外短路，带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
    ③重量过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重，发热量多的元器件，不易装在印刷电路板上，而应装在整机的机箱地板上。且应考虑散热问题，热敏元件应远离发热元件。
    ④对于电位器，可调电感线圈，可变电容器，微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印刷电路板的方便调节的地方；若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
    ⑤留出印刷板定位孔及固定支架所占用的位置。
    B．一般元器件布局
    根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
    ①按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
    ②以每个功能电路的元件为，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
    ③在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列，这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
    ④位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的形状为矩形。长宽比为3∶2或4∶3。电路板面板尺寸大于200mm×150mm时，应考虑电路板所受的机械强度。
    C．布线的原则如下：
    ①输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，加线间地线，以免发生反馈耦合。
    ②印刷板导线的小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.5mm、宽度为1～15mm时，通过2A的电流，温升不会3℃。因此，导线宽度为1.5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02～0.3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的小间距主要由坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小于0.1～0.2mm。
    ③印刷导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。用大面积铜箔时，用栅格状，这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。
    ④焊盘
    焊盘孔也要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小（d+1.2）mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘小直径可取（d+1.0）mm。
    D．PCB及电路抗干扰措施
    印刷电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施作一些说明。
    ①电源线设计
    根据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻；同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。
    ②地线设计
    在单片机系统设计中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合来使用，可解决大部分干扰问题。单片机系统中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。
    在地线设计中应注意以下几点：
    a．正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10MHz，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应过波长的1/20，否则应采用多点接地法。
    b．数字地与模拟地分开。电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地；高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔，要尽量加大线性电路的接地面积。
    c．接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位会随电流的变化而变化，致使电子产品的定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印刷电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3 mm。
    d．接地线构成闭环路。设计只由数字电路组成的印刷电路板的地线系统时，将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于：印刷电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降；若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。
    ③退耦电容配置
    PCB设计的常规做法之一，是在印刷板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容的一般配置原则是：
    a．电源输入端跨接10～100μF的电解电容器。如有可能，接100μF以上的好。
    b．原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容。如遇印刷板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10pF的钽电容。
    c．对于抗噪声能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。
    d．电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。
    此外，还应注意以下两点：
    a．在印刷板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均会产生较大火花放电，采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2kΩ，C取2.2～47μF。
    b．CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时，对不用端要接地或接正电源。
    2．输入/输出的电磁兼容性设计
    在单片机系统中输入/输出也是干扰源的传导线，和接收射频干扰信号的拾检源，我们设计时一般要采取有效的措施：
    ①采用必要的共模/差模抑制电路，同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰的进入。
    ②在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施（如光电隔离或者磁电隔离），从而阻断干扰的传播。
    3．单片机复位电路的设计
    在的单片机系统中，系统对整个单片机的运行起着特别重要的作用，因为所有的干扰源不可能全部被隔离或去除，一旦进入CPU干扰程序的正常运行，那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效的纠错防御的屏障了。常用的复位系统有以下两种：
    ①外部复位系统。外部“”电路可以自己设计也可以用专门的“”芯片来搭建。然而，他们各有优缺点，大部分“”芯片对低频“喂狗”信号不能响应，而高频“喂狗”信号都能响应，使其在低频“喂狗”信号下产生复位动作而在高频的“喂狗”信号下不产生复位动作，这样，如果程序系统陷入一个死循环，而该循环中恰巧有着“喂狗”信号的话，那么该复位电路就无法实现它的应有的功能了。然而，我们自己可以设计一个具有带通的“喂狗”电路和其他复位电路构成的系统就是一个很有效外部监控系统了。
    ②现在越来越多的单片机都带有自己的片上复位系统，这样用户就可以很方便的使用其内部的复位定时器了，但是，有一些型号的单片机它的复位指令太过于简单，这样也会存在象上述死循环那样的“喂狗”指令，使其失去监控作用。有一些单片机的片上复位指令就做的比较好，一般他们把“喂狗”信号做成固定格式的多条指令依顺序来执行，如果有一定错误则该“喂狗”操作无效，这样就大大提高了复位电路的性。
    4．振荡器
    大部分的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上，要求外接是电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜在的敏感性，它能产生很短的时钟周期，因而选晶体或陶瓷谐振器。另外，石英晶体的外壳要接地。
    5．防雷击措施
    室外使用的单片机系统或从室外架空引入室内的电源线、信号线，要考虑系统的防雷击问题。常用的防雷击器件有：气体放电管、TVS（Transient Voltage Suppression）等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时，通常为数十V或数百V，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导入大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二管，当两端电压某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。
    四、对干扰措施的软件处理方法
    电磁干扰源所产生的干扰信号在一些特定的情况下（比如在一些电磁环境比较恶劣的情况下）是无法的，终将会进入CPU处理的的单元，这样在一些大规模集成电路常常会受到干扰，导致不能正常工作或在错误状态下工作。特别是像RAM这种利用双稳态进行存储的器件，往往会在强干扰下发生翻转，使原来存储的“0”变为“1”，或者“1”变为“0”；一些串行传输的时序及数据会因干扰而发生改变；严重的会破坏一些重要的数据参数等；造成的后果往往是很严重的。在这种情况下软件设计的好坏直接影响到整个系统的抗干扰能力的高低。
    1．程序会因为电磁干扰大致会一下几种情况：
    ①程序跑飞。
    这种情况是常见的干扰结果，一般来说有一个好的复位系统或软件帧测系统即可，对整个运行系统的不会产生太大的影响。
    ②死循环或不正常程序代码运行。
    当然这种死循环和不正常程序代码并非设计人员有意写入的，我们知道程序的指令是由字节组成的，有的是单字节指令而有的是多字节指令，当干扰产生后使得PC指针发生变化，从而使原来的程序代码发生了重组产生了不可预测的可执行的程序代码，那么，这种错误是致命的，它会有可能会去修改重要的数据参数，有可能产生不可预测的控制输出等一系列错误状态。
    2．对重要参数储存的措施
    一般情况下，我们可以采用错误检测与纠正来有效地减少或避免这种情况的出现。根据检错、纠错的原理，主要思想是在数据写入时，根据写入的数据生成一数的校验码，与相应的数据一起保存起来；当读出时，同时也将校验码读出，进行判决。如果出现一位错误则自动纠正，将正确的数据送出，并同时将改正以后的数据回写覆盖原来错误的数据；如果出现两位错误则产生中断报告，通知CPU进行异常处理。所有这一切动作都是靠软件设计自动完成的，具有实时性和自动完成的特点。通过这样的设计，能大大提高系统的抗干扰能力，从而提高系统的性。
    检错与纠错原理：
    来看看检错和纠错的基本原理。进行差错控制的基本思想是在信息码组中以一定规则加入不同方式的冗余码，以便在信息读出的时候依靠多余的监督码或校码码来发现或自动纠正错误。
    针对误码发生的特点，即错误发生的随机性和小概率性，它几乎总是随机地影响某个字节中的某一位（bit），因此，如果能够设计自动纠正一位错误，而检查两位错误的编码方式。就可以大大提高系统的性。
    3．对RAM和FLASH（ROM）的检测
    在编制程序时我们是写入一些检测程序来测试RAM和FLASH（ROM）的数据代码，看有无发生错误，一旦发生要立即纠正，纠正不了的要及时给出错误指示，以便用户去处理。
    另外，在编制程序时加入程序冗余是不可缺少的。在一定的地方加入三条或三条以上NOP指令对程序的重组有着很有效防止作用。同时，在程序的运行状态中要引入标志数据和检测状态，从而及时发现和纠正错误产生。
    结语
    为了提高单片机系统的电磁兼容性，不仅要合理设计PCB板，而且要在电路结构上及软硬件中采取相应的措施。实践表明，在单片机系统的设计、制造、安装和运行的各个阶段，都需要考虑其电磁兼容性，只有这样，才能保系统长期稳定、、地运行

    以生活供水这一个系统的电气控制为例，其电气控制部分主电路原理图如图1-2所示：三台电机为M1、M2、M3.接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行，接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行，FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器，QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关，FU1为主电路的熔断器，VVVF为简单的一般变频器。

    五．双恒压无塔供水系统原理
    ① 下位机控制原理
    恒压供水控制系统的基本控制原理是：采用电动机调速装置与可编程控制器构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控。如图1-3为其下位机的控制原理。

    ② 简单画面的设计、编辑与动画连接
    用户可以充分利用组态提供的各种绘图工具、图库来制作画面，使得画面能够逼真地反映控制系统的工作状况，并且可以通过画面操作控制系统的运行状况。如图1-5所示。动画连接建立了数据中的变量与图形画面中的图素之间的关系。只有建立了动画连接，才能将数据中的变量信息反映到图形画面中来，或者从图形画面控制这变量。

    ③ 命令语言程序编写
    组态王需要在运行时根据现场设备的情况来进行监控。同时给下位机写入运行参数。具体的控制要求如下,我们根据控制要求编写应用程序。对总数为六台泵的生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：
    （1）生活供水时系统低恒压值运行，消防供水时系统高恒压值运行，生活用水时用生活管道，消防用水时用消防管道，两种供水方式走不一样的管道；
    （2）生活/消防各使用三台泵，并根据各自的需要设定压力，采取“先开先停”的原则接入和退出；
    （3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间过设定的切换时间，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长；
    （4）三台泵在启动时要有软启动功能；
    （5）要有完善的报警功能；
    （6）对泵的操作要有手动控制功能。手动只在应急或调试时临时使用;
    （7）如果水位下限，则打开开水阀，使市网水管的水流入水箱，对水箱进行注水;
    （8）水位上升到上限，则关闭开水阀; 
    （9）水位从上限下降到下限之前，开水阀不工作;
    （10）采用组态王设计的监控程序能显示和设定系统工作状态、参数，能对系统进行操作，具有实时报警记录和历史数据记录功能。
    根据这写出的应用程序如下图1-6所示。
    经过这几个步骤，基本上完成了系统组态，但要对其进行调试。在组态王运行系统里，仔细观察各个信号是否正常，如果有不正常的情况出现，分析可能存在的原因，如果变量设置错误，对象参数设置错误，动画连接错误，表达式错误，命令语言错误等。通过“画面-退出 ”菜单项，可以退出组态王运行系统，同时也可以通过“系统设置”退出系统。回到工程浏览器或者组态王开发系统，做出相应的修改后再次进入组态王运行系统进行观察，这需要反复多次才能使得系统工作正常。
    七．总结
    本论文完成了用组态王软件对恒压供水系统上位机监控的功能。它实现了恒压供水系统的自动监控，能显示和设定系统工作状态和参数，能对系统运行进行操作，具有实时报警、报警记录和历史数据记录功能。可以说大大提高了自动化水平。可以很好的服务于人们的日常生活。
    但本论文组态的恒压供水系统也存在一些不足，不能随便开启任一台水泵，这要通过编写程序来实现。由于本人水平有限，没有编写出这些程序。它只是监控哪一台水泵起动了。

    伴随着信息技术的不断进步，计量器具的自动化、智能化程度日益提高，其测量控制也从简单电路系统到发展到复杂的嵌入式系统乃至工控系统，软件已成为计量器具中的一个部件。基于OIML、NTEP等现有标准中仅对计量器具的外部性能有所规定，所以计量法制组织（OIML）下属的SC2技术起草了D-SW，“General Requirements for Software Controlled Measuring Instruments”这一技术文件，该文件定义了对计量器具控制软件的通用要求，同时考虑了与加拿大计量软件标准和欧洲计量器具指令（MID）中的软件要求。

    适用范围：
    1）指导对于计量器具控制软件功能和性能的符合性确认；
    2）提供给OIML技术作为计量器具软件规范建议的基础；   
    3）该指南仅适用于受软件控制的计量器具或电子设备。

    OIML D-SW代表了目前IT技术的水平，原则上可适用于所有依靠软件控制的计量仪表、电子装置和部件，在所有OIML的建议中需要被考虑。OIML-SW计量软件指南主要包括大部分：
    1）对计量器具中所应用软件的要求；
    2）型式审批的具体规则；
    3）验证方法。以下根据我对这三方面的具体要求的理解逐一解释。

    1．对计量器具中所应用软件的要求
    OIML D-SW中对计量器具软件的要求分为两类，一类为通用要求，适用于所有计量软件。二类为特殊软件要求，仅适用于某些特殊应用领域的计量软件。

    1.1  通用软件要求主要包括以下几部分：软件标识、算法和功能正确性、软件防护、硬件功能支持。
    1.1.1  软件标识
    指所有计量相关软件（受到计量法规控制的软件）有软件版本识别信息，并能通过显示或其它设备接口读取。软件版本识别信息需要与形式审批备案的信息一致。
    1.1.2  算法和功能性
    指A/D转换、价格计算方法等算法和功能正确并符合有关标准要求，同时被正确地显示或打印。
    1.1.3  软件防护要求
    指计量器具中的法制相关软件需要具备对误操作或改的防范能力。例如，用户不按照说明书进行操作，应给出警告信息，而且计量结果不应该受到影响。另外，需要采用保护措施防止外界对计量器具中的法制相关软件的。除了传统的保护手段如铅封以外，其它保护手段如密码验证等方法都可以被采用以确认软件新的合法性。如果允许通过用户接口输入命令，那么这些命令在提交型式评定的软件文档中列出。所有与计量性能有关的参数设定也受到保护，同时可以被显示或被打印输出以便检验。采取这些机械铅封、电子或软件密码等保护手段是为了阻止对法制相关软件或参数的非法修改或使其留下纪录（如铅封破损）。
    1.1.4  硬件功能支持
    计量器具中的软件需要支持硬件的自检功能，如对EEPROM、A/D等关键部件的出错。送审文档中需要包括可以被软件到的所有错误列表以及检测方法或算法（如EEPROM中的CRC校验和）。计量器具软件同时需要确保计量性能的性，如对于衡器软件，需要定时地检查传感器的零点和SPAN漂移，以及根据法定的检定周期确认是否需要提醒用户进行再次标定。

    1.2  特殊软件要求
    以下要求可能仅适用于某些特殊的计量（系统）软件。当某些特定技术（如PC、bbbbbbs等开放式软硬件平台）被用于计量设备时，需要考虑这些特殊的软件需求。
    1.2.1  界定并分离法制相关部件并界定部件之间的接口
    一个计量设备（系统）中的法制相关部件（包括软件和硬件）应该不受其它部件的影响。如基于工业PC的称重仪表中的计量软件和计量硬件（A/D板）与系统内的其它部件通过接口（如STD总线）进行通讯时，其计量性能应不受其它部件的影响。
    1.2.1.1  设备之间及子系统之间的隔离
    一个计量系统中实现法制相关功能的所有子系统或电子设备需要被界定，并在提交型式批准的有关文档中加以说明。同时需要确保其法制相关功能和参数不可以被非授权的接口命令修改。
    例如一台数字式汽车衡，数字式仪表和数字式传感器都是其中实现法制相关功能的子系统，两者之间是互相隔离的，通过特定的接口（如RS-485或CAN总线）进行通讯，但是通讯命令经过加密，以确保三方无法通过该接口改变计量功能或计量数据。
    1.2.1.2  软件部件之间的隔离
    所有执行法制相关功能或包含法制相关数据的软件模块要被分离出来，否则整个软件都将按法制相关软件受控。例如：在某些应用场合用计算机替代称重仪表，计算机上的称重功能被包装成一个称重处理动态链接库，该动态链接库完成从传感器称重信息，然后进行一系列的数据换算，转换成重量数据再在屏幕上显示。其它非法制相关软件可以通过调用该称重动态连接库获得重量数据。这就实现了一个复杂系统中法制相关软件和非法制相关软件的隔离。
    如果法制相关软件部件与其它软件部件之间有通讯，那么定义软件接口，所有通讯通过该软件接口实现。软件接口包括程序代码和相关的数据域。所谓接口代码即接口调用函数，所谓相关数据域即通过接口函数交互的命令和数据，它们都需要遵从有关约定，并确保性。通讯法制相关软件部件及其接口在送审文档中加以定义并说明。
如果系统资源有限，保证法制相关软件部件所需要的资源。如处于一个多任务系统中，分配给法制相关软件部件高的级，以确保它不被其它软件推迟或中断。
    1.2.2  共享的指示装置
    被法制相关软件或其它软件用来输出信息的显示或打印输出称为指示装置。法制相关软件输出的计量信息和其它软件输出的普通信息可能会共享一个指示装置（如显示器、打印机）。在指示装置共享的情况下，要求这两类信息有所区分，同时严格禁止非法制相关软件控制或变法制相关软件输出的计量信息。
    1.2.3  数据的存储和传输
    如果一些应用要求计量数据的采集和使用不在同一时间或地点，就需要将计量数据在被合法使用在一个的环境中存储或传输。存储或传输过程符合计量法规要求。同时通过软件手段确保数据同步和数据完整性，并检查计量数据的采集时间。如果检查到有关计量数据不符合以上要求，则需要忽略该数据或标志为无效。
    对于高保护等级要求的应用场合，还在数据存储和传输的两端采用加密、解密手段。所有涉及到法制计量要求的仪器、设备或子系统采用密钥系统，并且密钥仅允许在开启铅封的状态下被输入或修改。
    1.2.3.1  自动存储
    当法制要求的计量结果产生前，计量数据被自动存储。为了满足可能情况下长时间的数据存储，系统提供足够的存储空间。当存储空间用完时，仅在同时满足以下两大条件时允许删除有关存储数据：
    1）按照先入先出的次序根据数据结构来删除数据
    2）数据删除需要在特定的手工输入确认后方可执行
    以上规则要求始终保留新的数据，并且需要介入人工确认以确保删除操作性。
    1.2.3.2  传输延时
    要求计量行为不受传输延时的影响。如果网络连接断开，计量数据不应丢失（在本地暂时存储）。
    1.2.4  操作系统与硬件的兼容性，轻便性
    生产商需要考虑硬件和软件环境是否合适，同时申明正确的计量功能执行所需要的小资源和合理配置（CPU，RAM，硬盘，通讯方式，操作系统等）。在无法达到计量功能执行所需要的小资源和合理配置时，采用技术手段禁止法制相关软件运行。
    如果计量功能的正确执行需要一个固定的环境，那就采取措施确保环境的稳定性。特别是在采用通用计算机实现计量功能时，固定硬件、操作系统、系统配置甚至禁止打开机箱。
    1.2.5  在线产品与型式样机的一致性要求
    生产商需要按照批准的型式样机和备案设计文件的要求生产计量设备和法制相关软件。针对不同应用，具体有以下不同级别的一致性要求：
    a）备案设计文件中注明的法制相关软件功能应该和产品中的一致（执行代码可以不同）
    b）产品中部分法制相关软件的源代码与备案文件一致，其它符合a）
    c）产品中所有法制相关软件的源代码与备案文件一致
    d）产品中所有法制相关软件的执行代码与备案文件一致
    1.2.6  软件维护和二次配置
    只有经过型式审批的法制相关软件版本才被允许使用。根据计量设备和所涉及的OIML建议的不同，针对其软件存在以下的不同要求。
    1.2.6.1  版本升级后的合法性确认
    计量设备软件可以通过本地（如透过串口FLASH，通过软驱或光驱进行软件安装）升级或透过网络进行远程升级。在法制相关软件被升级后，计量设备不得立即被用于法制计量目的。请法制计量监督人员在现场验该版本升级合法，然后才能将升级后的计量设备投入使用。
    1.2.6.2  版本升级的跟踪
    按照相应建议的要求，需要对计量设备中的软件版本升级进行跟踪。所有的版本升级都需要留下纪录。软件版本升级的跟踪步骤如下：加载、完整性检查、原始版本检查、安装、登录并。
    升级的跟踪是自动实施的，升级过程中软件保护环境的要求与型式审批要求的保护等级一致。计量设备中应该保留一个不能被升级的法制相关软件，以实施软件版本升级跟踪并检测升级后的软件功能。同时需要采用技术手段升级软件的性，例如验证其软件许可认证文件或是软件指纹（隐藏在软件中的一列代码）是否与型式审批的一致。如果验证失败，设备拒绝新版本软件的加载，继续沿用个软件版本。另外，需要通过校验和或Harsh码来见检查升级软件的完整性，为通过完整性检验的，设备同样拒绝新版本软件的加载。
    为了对法制相关软件的管理和监督，要求通过一定技术手段在计量设备内建立以下的软件审计信息，其中需要保存：成功/失败的升级纪录；安装软件的版本和识别号；重要事件的时间纪录；以及下载的软件补丁的识别号。任何对软件的升级操作都会被记录在软件审计信息中。部分国家的法律要求软件升级前得到使用者的许可。
    如果在计量设备中非法制相关软件与法制相关软件彼此立，并且法制相关软件在打开铅封的前提下才能被升级，同时型式批准中允许非法制相关软件的升级不受控，那么，计量设备中非法制相关软件的升级就可以不必遵循上述规范。

    2．计量设备软件型式审批

    2.1  软件型式审批文档要求
    计量设备制造商需要申明并记录程序功能、相关数据结构以及接口， 提供给计量主管部门进行计量设备软件型式审批。
    标准的软件型式审批文档（所有计量设备均适用）基本包括：
    ● 对法制相关软件的描述
    - 软件模块、功能、对计量的影响
    - 软件界面描述
    - 软件识别号
    - 受保护的参数及保护手段
    ● 小系统配置
    ● 操作系统加密手段
    ● 算法精度（A/D转换输出的滤波，价格计算，归整等）
    ● 用户界面、菜单、对话
    ● 软件识别号和从计量设备中读取识别号的方法
    ● 接口命令集
    ● 存储或发送的数据流定义
    ● 如果软件中包含错误功能，列出错误种类和方法
    ● 系统硬件的总体介绍，如方框图，计算机型号，联网形式等
    ● 操作手册
    除此以外，型式审批申请还需要附上证明计量软件符合现有计量法规有关条款的说明文件。

    2.2  软件型式审批中的确认流程
    尽管在OIML的一些文件中列出了对型式审批的测试流程，但是这些测试流程都是基于已知的测试设定和测试条件，并且依靠相对的计量装置。而对于软件而言。“测试”和“确认”意味着截然不同的两个概念。软件的准确性和正确性不能采用一般的计量测试手段来测量，而需要采用一些软件工程方面的测试和确认手段。对于不同的计量软件要求，需要采用合适的确认方法。OIML D-SW列出了一些软件确认的方法，并针对计量软件的具体要求，给出了相匹配的软件确认方法。

    2.3  常用的软件确认方法
    软件工程学中常用的软件确认方法包括：设计文档审查、软件功能审查、代码走查（软件代码审查）、软件模块测试，这些方法在软件工程书中都有详细的说明，在此不再赘述。除了以上方法，OIML D-SW还提出了法制计量功能确认测试和计量数据流分析方法。
    法制计量功能确认测试主要是确认从原始测试数据到终计量结果之间的计算过程和算法的正确性。举电子计价秤为例，其中的算法如：线性补偿、蠕变补偿、温度补偿、重量分度换算、零点跟踪、价格圆整等等。具体的确认方法主要是根据设备制造商提供的操作手册和有关计量法规，对产品的法制计量功能逐项进行测试，以确认其软件处理的法规符合性。
    计量数据流分析，是指通过构造法制相关的计量数据流图，分析其所有处理过程是否受控。以电子计价秤为例，从称重传感器输出信号经A/D采样，经滤波模块、数据补偿模块、重量换算模块到价格计算、显示打印模块，每个流经的软件模块都需要被审查确认合乎计量法规。具体的确认方法是根据设备制造商提供的软件文档和源代码，再凭借软件知识来分析其数据流、软件模块结构及实现，并判断其是否满足计量法规要求。

    2.4  确认程序
    确认过程中包括了各种分析和测试，这一程序中主要考虑以下三方面：
    1）常用的软件确认方法
    2）测试结果的评估标准
    3）中需要提供的结论
    OIML D-SW在附录中给出了不同重要等级的计量设备软件在确认程序的要求。

    2.5  被测设备
    OIML D-SW要求提供制造商完整的计量设备用以做功能测试，如果因为设备体积等愿意无法提供整套设备，可以提交单的计量模块用以测试。

    3．检定
    如果相关官价有关于计量设备的控制法规，有关部门需要定期在使用现场检查其软件标志和的合法性，以确认与符合型式批准样机的一致性。

    4．重要度等级评估
    OIML D-SW要求对所有计量设备考虑具体情况区分对其软件控制的重要度：
    1）欺诈行为的严重性：对社会的不良后果、计量商品的等
    2）制造商实现软件控制的难度
    3）性要求：环境条件、出错影响
    4）再次测量的可能性：许多场合的计量行为都具备不可重复性（如加油机，出租车里程计）

    以上几项判断准则，有关计量设备符合的条件越多，对其软件实施法制计量控制的重要度就越高。
    中国国家技术于2005年江苏省计量技术研究所门组织人员依据OIML D-SW和WELMEC WG7起草了《计量器具软件测评指南》，将对国内的计量设备按其重要等级逐步实施软件测评，对某些涉及国计民生的计量设备如税控加油机、计价秤等将加强软件控制力度，以预防通过高科技手段进行和欺诈行为。作者受江苏省计量技术研究所邀请参与了该指南的起草工作。个人认为，作为衡器厂商的设计人员，应该主动关注这一领域国内的有关标准并做好技术准备，以确保设计产品的标准符合性。在此，仅根据个人的浅薄理解，对OIML D-SW作一剖析，许多内容从原文根据个人理解意译，不当之处，请**指正。