合肥西门子模块代理商交换机供应商

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嵌入式设计已经成为工业现代化、智能化的必经之路，嵌入式产品已经深入到各行各业。嵌入式系统的程度较高，系统的整体继承性相对较小，为了保证系统的稳定性，软件的测试成为嵌入式开发的一个重要环节。由于嵌入式软件自身的特点，传统的软件测试理论不能直接用于嵌入式软件的测试，因此，研究嵌入式软件的测试有重要意义。  
      １　基本概念简述  
     １．１　模块化设计  
      软件的设计是以一定的方法为基础的。面对越来越复杂的软件开发，人们提出了各种软件设计的模型。从用户需求和系统要实现的任务功能出发，把大型的软件划分为相对较小的模块。为了减少模块与模块之间的关联性，模块之间的逻辑结构相对立，无函数的交叉调用，数据传递由全局变量完成，这就是模块化设计的基本思想。模块化设计的是模块的立性，主要包括功能立性和结构立性，这使得软件开发的分工易于实现。软件测试是软件开发中的关键环节，基于模块化设计的软件测试模型简单，查错和纠错都易于实现。下面以单链路数据传递的软件模型说明模块化软件设计的软件测试的基本原则。函数Ｆ（Ｘ－Ｙ）定义为软件模块Ｘ到软件模块Ｙ的接口函数，用来通过终端显示由模块Ｘ进入模块Ｙ的数据。如果模块Ｃ执行后发生错误，则由模块Ｂ和模块Ｃ的数据接口函数Ｆ（Ｂ－Ｃ）判断是否是模块Ｂ出来的数据就是错误的。如果Ｆ（Ｂ－Ｃ）不错，则证明模块Ｃ存在错误；如果Ｆ（Ｂ－Ｃ）传递数据错误，再察看Ｆ（Ａ－Ｂ）传出的数据是否错误，如果不错则证明模块Ｂ存在错误。用此依次前推孤立错误的方法，即可以很容易地定位错误所在的模块。这就是模块化设计时软件测试的基本原则。  
      １．２　嵌入式系统  
      嵌入式系统开发有其自身的特点。一般行硬件部分的开发，主要包括形成裸机平台，根据需要移植实时操作系统，开发底层的硬件驱动程序等。硬件平台测试通过后，应该软件的开发调试是基于该硬件平台进行的，这同时也是对硬件平台的一个测试。因此可以说，嵌入式系统的开发过程是一个软硬件互相协调，互相反馈和互相测试的过程。一般来说，在嵌入式系统软件中，底层驱动程序、操作系统和应用程序的界线是不清晰的，根据需要甚至混编在一起。这主要是由于嵌入式系统中软件对硬件的依赖性造成的。嵌入式软件对硬件的依赖性要求，软件测试时大限度地模拟被测软件的实际运行环境，以保证测试的性。底层程序和应用程序界限的不清晰增加了测试时的难度，测试时只有确认嵌入式系统平台及底层程序正确的情况下才能进行应用程序的测试，而且在系统测试时，错误的定位较为困难。软件的性也是嵌入式软件的一个重要特点。由于嵌入式软件设计是以一定的目标硬件平台为基础的、面向固定的任务进行的，因此，一旦被加载到目标系统上，功能确定。这个特点决定了嵌入式应用软件的继承性较差，延长的系统的测试时间，增加了测试费用。嵌入式软件的另外一个重要特点就是实时性。这是从软件的执行角度出发说明的，也就是说嵌入式软件的执行要满足一定的时间约束。嵌入式系统中，应用软件自身算法的复杂度和操作系统任务调度，决定了系统资源的分配和消耗，因此，对系统实时性进行测试时，要借助一定的测试工具对应用程序算法复杂度和操作系统任务调度进行分析测试。可见嵌入式软件与传统的面向对象和面向过程的软件相比有其自身的特点。针对这些特点对嵌入式软件的测试进行研究是必要的，有意义的。  
      １．３　嵌入式软件测试  
      软件测试是从经济、效率的角度出发，对软件代码进行质量、正确性保证的一个过程。软件测试是软件开发中的一个重要环节，也是软件从开发过程到应用过程的关键一环。嵌入式软件也不例外，软件测试逐渐成为一门成熟的学科，前人针对面向对象和面向过程的非实时软件的测试作了大量的研究，其中大部分方法可以用到嵌入式软件的测试。  
        根据不同的指标，软件测试方法有不同的划分方法。从软件开发过程中测试所处的不同阶段可分为模块测试、集成测试和系统测试。根据是否需要运行目标代码分为动态测试和静态测试；根据目标代码的可见性可分为白盒测试（结构测试）和黑盒测试（功能测试）。在软件的测试中，每种测试方法都不是孤立的。为了经济有效地达到测试的目的，各种测试方法往往是互相嵌套的。例如，在软件的单元测试阶段，可以用黑盒测试和白盒测试的方法分别进行动态测试。  
       值得一提的是，近年来软件测试中，测试代码的覆盖率逐渐成为软件测试的统一标准，因此不管采用何种测试方法，尽可能地提高软件测试中的代码覆盖率是必需的。软件测试代码覆盖率是基于白盒测试方法的，因此，为了提高软件测试的代码覆盖率，测试人员清楚源代码的结构，拥有程序设计文档，以便设计测试用例使测试尽可能地覆盖程序内部结构的每条语句，提高代码的覆盖率。  
       ２　基于模块化设计的嵌入式软件四级测试流程  
       根据嵌入式系统的开发流程，为了经济地实现系统的功能，采用自向下、层层推进的方法对嵌入式系统进行测试，在四级测试中，本测试阶段以前的测试完成后，当发现错误时，可排队此测试阶段以前的错误，在本测试阶段内查找错误。这并不是一个准确的方法，但大限度地节了错误定位的时间。  
       ２．１　系统平台测试 
      这部分包括硬件电路测试、操作系统及底层驱动程序的测试等。硬件电路的测试需要用专门的测试工具进行测试。这里不再多述。操作系统和底层驱动程序的测试主要包括测试操作系统的任务调度、实时性能、通信端口的率。该阶段测试完成后，系统应为一个完整的嵌入式系统平台，用户只需添加应用程序即可完成特定的任务。  
      ２．２　模块测试  
       把大型的嵌入式软件系统划分为若干个相对较小的任务模块，由不同的程序员分别同时对其进行编码。编码完成后，把各个模块集成起来前，对单个模块进行测试。由于没有其它数据模块进行数据传递的支持，该阶段测试一段是在宿主机上进行的（宿主机有丰富的资源和方便的调试环境）。此阶段主要是进行白盒测试，尽可能地测试每一个函数、每一个条件分支、每一个程序语句，提高代码测试的覆盖率  
。由于只有单个模块正确才有整体集成的必要性，因此，单个模块测试时测试一定要充分、完整。模块测试阶段，测试用例的构造不但要测试系统正常的运行情况，还要进行边界测试。边界测试就是进行某一数据变量的大值和小值的测试，同时进行越界测试，即输入不该输入的数据变量测试系统的运行情况。理想的嵌入式系统是不应该由用户的信息交互导致死机的，这也是嵌入式设计的一个基本要求。因此，不论进行何种测试，系统死机都该被作为测试错误处理。在模块测试阶段，由模块化编程的基本思想，根据模块内部的紧凑程序，也可以把大的模块划分成小的模块。在程序内部，小模块之间数据传递的入口设计接口函数，用于快速地定位错误。用此模块嵌套的思想进行软件测试，需要模块内部结构清晰，数据链路简单。  
       ２．３　集成测试  
      单个软件模块测试正确之后，将所有模块集成起来进行测试。本阶段主要是找出各模块之间数据传递和系统组成后的逻辑结构的错误。在宿主机上采用黑盒与白盒相结合的方法进行测试，要大限度地模拟实际运行环境，可以屏蔽掉一些不影响系统执行的和数据传递的难以模拟的函数。集成测试是模块化设计软件的测试优点充分体现的阶段。集成测试前，应该由程序员根据模块之间的数据的输入输出编写模块接口函数，这需要负责不同软件模块的程序员共同协调完成，然后将模块接口函数集成到接收数据模块的入口处。由的分析可知，单链路数据传递的软件模块集成测试时容易定位错误所在的软件模块。一个软件模块的数据不一定只有另外一个模块提供，即软件模块的数据链路不一定只是单链路的，测试时可以把复杂链路结构的数据传递划分为单链路结构数据传送进行错误定位。修改输出数据的软件模块时，可能导致输入数据的软件模块引入新的错误，因此在这里引入关联矩阵确定修改某一模块后需要重要测试的模块。  
     定模块化设计的嵌入式系统软件由软件模块Ａi(i=1,2,…，m,n)组成，m表示矩阵的行号，n表示矩阵的列号。在关联矩阵中，Aij=1表示Aj接受了Ai输出的数据，故修改了Ai重新测试Ai的同时也需重新测试Aj。集成测试是在拥有程序设计文档、程序结构和数据结构时，对软件模块在集成中出现的错误进行测试。集成测试时，根据模块接口函数定位错误修改代码，根据关联矩阵确定重新测试的软件模块。 
        ２．４　系统测试  
       集成测试完成后，退出宿主机测试环境，把系统移植到目标机上来，完成应用到现场环境中，从用户的角度对系统进行黑盒测试，验证每一项具体的功能。由于测试者对程序内容程序执行情况一无所知，因此本测试阶段的错误定位比较困难。系统测试阶段应该进行意外测试和破坏性测试，即测试系统正常执行情况下不该发生的激发活动和人为的破坏性的测试，进一步验证系统性能。系统测试阶段不应该确定错误后立即修改代码，应根据一定的错误发生频率，确定测试周期，在每个测试周期结束时修改代码，进行反复测试；否则，不但增加了测试的任务量，而且降低了测试的可信度。  
        ２．５　测试结果分析  
       测试结果的分析可以定位错误，指导程序员修改代码，同时指出测试进行的程序并进一步指明测试方向。测试结果的分析是一个由测试结果和测试预得结果进行分析、比较和定位错误的过程。测试结果的分析是一次测试的后环节，分析时应该考虑软件的运行环境和实际运行环境的差异以及各种外界因素的影响等。  
        ２．６　测试用例的构造与管理  
        测试用例是为了测试目标程序设计的包括输入项和预得结果的一种文件，根据测试环境和测试目标程序的不同，可分为某种格式的文档或某种输入行为（如一次按键）等。测试用例的构造要尽可能覆盖所有可能的取值范围，使测试尽可能地覆盖所有程序代码，提高代码的测试覆盖率，同时又不作多余、重复和无意义的测试。在嵌入式软件测试的不同阶段，要构造不同的测试用例；在系统平台测试阶段，要构造针对系统任务调度、实时性能和底层驱动程序的测试用例；在模块测试阶段，应构造针对某一模块进行测试的测试用例；在集成测试阶段，针对系统集成时数据传递、结构斜接的问题构造相应的测试用例；在系统测试阶段，要构造针对某项功能的或多项功能结合在一起的测试用例，或使用已经在同类产品上已经验证正确的测试用例。测试用例是可复用的。此外大型的软件开发过程中，测试用例的种类繁多，应该按一定的方法进行管理。用数据库的来管理测试用例是一个很好的选择。根据测试阶段将测试用例进行划分，然后用关键字确定。这样在使用、修改和保存测试用例时都很方便，直接用查询的方式就可以调出测试用例。  
       ３　数控系统软件测试  
       本数控系统采用ＡＲＭ７处理器，操作系统采用μＣ／ＯＳ实时操作系统，是一个典型的嵌入式系统。由于数控系统较为复杂，开发过程中将任务进行了详细的划分，软件的开发采用模块化开发。开发过程中，几个模块由不同的程序员分别进行编码，分别由程序员进行模块测试，并按白盒测试的方法进行覆盖测试。后集成测试前，根据关联矩阵，程序员协作编写了模块接口函数Ｆ（A1-A2）、Ｆ（Ａ１－Ａ４）、Ｆ（Ａ１－Ａ５）、Ｆ（Ａ１－Ａ６）、Ｆ（Ｆ２－Ａ３）、Ｆ（Ａ３－Ａ４）、Ｆ（Ａ４－Ａ５）、Ｆ（Ｆ５－Ａ６）、Ｆ（Ａ６－Ａ２），分析可知，一些关键模块，如译码模块和补模块的测试代码覆盖率达到９０％之上。 
       ４　结论  
       文章对嵌入式软件的特点和传统的测试方法作了分析之后，提出了四级测试流程和集成测试的模型。此测试方法用于工程机械控制器和数控系统开发的测试。测试的效率和性满足要求。文中的单链路数据传递的错误定位、模块接口函数、关联矩阵等方法也可以用于面向对象的和面向对象的软件系统。 

1 引言
隧道自动化是一个整体的概念,包括消防管理系统、交通控制系统、照明控制系统、通风控制系统、报警系统、摄像监控系统、信息管理系统、电源及配电控制系统和交通自动化等。而以计算机+隧道可编程序控制器（现场总线+PLC+手操屏），构成的隧道自动化系统既能完成隧道机电设备、隧道环境状况监控的功能,又可完成隧道信息管理的功能,其中的监控部分采用了具有高性的PLC组成的，基于现场总线的集散控制结构的隧道可编程序控制器。使得整个自动化系统的性得到保证。同时,PLC可以立工作,完成基本控制任务;现场总线的采用将使各个区域的监控任务变成相应PLC的分散监控任务,使得隧道布线加简单、合理。PLC的灵活配置使得隧道监控系统形成模块结构,PLC系统可大可小,可根据现场要求进行合理分布。下面就福建漳州至龙岩高速公路大为主的隧道通、照明及通风监控系统为例介绍隧道可编程序控制器在实际中的开发和应用。
2 系统要求
漳龙高速公路共有6个隧道，分别是万松关隧道、风霜岭隧道、大隧道、后隧道、南靖隧道，石崆门隧道（不属于本次施工范围），大隧道是一个双洞、长约2.6km的高速公路隧道,在双洞单向行驶时,设计车速为80km/h,当单洞双向行驶时,设计车速为60km/h。为了达到上述要求,洞内交通、照明和通风均有相应的要求,分别由所对应机电设备的数量、功率、安装位置来保证。由相应的控制系统、监测系统对洞内照明和通风进行优化控制,以达到节能和行驶。如,由照明监控系统保证洞内照明,在白天,由洞口到洞内的照度能够较平缓地过渡等措施避免玄光和黑洞现象;由通风控制系统保证洞内CO浓度、能见度和洞内风速达到设计要求。

3 系统构成
3.1道可编程控制器介绍
隧道可编程控制器遵循人民共和国交通行业标准JT/T 608-2004，此标准2005年1月1日实施，北京云星宇交通工程公司依此行业标准研发了相应的产品YXY-RTU。隧道可编程控制器PCT是现场总线+PLC+手操屏的集成产品，此产品充分利用了PLC的高稳定性，现场总线的率，以及手操屏的现场灵活控制，实现了公路隧道的稳定控制。
按照GB/T18567-2001的规定，隧道可编程控制器按照其安装位置的不同可分为隧道监控站内和隧道洞内的区域可编程控制器。
3.1.1隧道监控站内的可编成控制器是指：
a) 隧道监控系统的节点，公路交通监控子系统（隧道监控）的节点端机。
b) 与公路监控（分）远程通讯，执行（分）上位机的动作指令和本机的控制程序。
下图是福建漳龙路隧道群的网络，可以诠释隧道区域控制器和监控的网络通信连接。数据上传由主控本地控制器的以太网模块通过数字光端机直接与监控分连接，采用TCP/IP传输协议，使信息层数据共享。隧道的现场控制网络选用OMRON公司的controller bbbb工业级控制网络，具有高性和稳定性。采用4芯多模光缆，每个现场控制器通过Controller bbbb光纤接口模块连接构成多模光纤冗余环结构，其中2芯为备用，即环网上任何一点被截断，通信传输依然可以保持，保证了现场总线避免外界干扰，传输通畅，并提高了的性。
特点：
1）网络为对等网，任意节点故障不会影响干网运行。
2）光纤自愈环网的通讯速度2Mbps。
3）光纤ST头直接进模块，减少了中间环节，工作。
4）网络节点之间无须编程可以传输数据，便于今后检修与维护。
 
3.1.3隧道可编程序控制器PCT的功能
隧道可编程序控制器PCT的监控任务分成以下几个部分:
(1) 自动时通过检测交通、气象等参数，根据运算可得出交通状况，采用相应的控制方案。手动时控制计算机或手操屏根据实际情况确定交通模式。
(2) 通过现场总线,将车流量信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在控制计算机中,生成通风工作状态和照明工作状态。
(3) 通风PLC从现场总线读取风机组启/停控制要求,进行风机组的现场控制。
(4) 照明PLC,根据照度进行洞内照明的控制或控制控制室的定时控制指令来控制照明。
3.2漳龙路隧道群的系统构成
本隧道群自动化方案采用控制计算机+隧道可编程序控制器YXY-RTU,控制计算机由多台互连的工业PC组成,构成隧道信息，负责隧道各种信息的汇集和处理、控制指令的产生和发布、隧道模拟大屏幕的控制、各种报表的生成及紧急事故的处理等任务,并进行整个系统的协调。隧道可编程序控制器采用北京云星宇交通工程公司的YXY-RTU,隧道可编程序控制器中，现场总线采用OMRON Controller bbbb,总控PLC为OMRON CS1-G-42H,现场PLC采用OMRON CS1-G-42H。网络由数据上传和现场控制网络组成。

4系统工作过程概述
光强检测仪测得反映光照度的4～20mA形式电信号,送到相应的隧道可编程序控制器PCT。由该控制器控制相应的照明开关(交流接触器),使洞内照度与洞外照度得到比较平缓的过渡。照明控制也可以采用按季节定时控制方式。每个控制点具有回检信号和报警信号,PLC通过现场总线将照明系统的现场检测结果返回到控制计算机,进行信息汇总、协调,并显示在隧道大屏幕上。
VI/CO/TW检测仪以4～20mA形式电信号,送到就近的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到控制计算机,由控制计算机根据这些参数断定所开启的风机是否合适,进行合适的增加、减少或不变,修正风机控制规则表,同时将风机控制指令发送到风机控制器,在大屏幕中显示洞内环境信息。
车流量检测线圈以串行码信息的形式送入相应的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到控制计算机,根据车流量决定风机开启组数,经现场总线下载到风机控制器,对风机组的启/停进行控制。风机控制器同时检测各个风机的回检信号和告警信号,将它们返回到控制计算机断定风机的运行是否正常,并在大屏幕中进行显示和整个通风系统的协调。
5控制软件的二次开发
PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列产品，现场总线采用OMRON Controller bbbb现场总线,其软件是对CX-PROGRAMMER控制组态软件及通讯软件的二次开发,定义各个控制器的通讯地址,进行有关信息的交换。各个控制器的直接控制和检测软件根据系统的硬件来实现,可以用CX-PROGRAMMER的梯形图或语句表等语言来设计和实现。成功的OMRON CONTROLLER bbbb现场总线，使所有编程工作变得比较简单，大大缩短了开发和施工周期。
6小结
本系统由于采用了控制计算机+隧道可编程序控制器构成的隧道自动化控制方案,充分发挥了现场总线的灵活组态方式,使得整个系统的有用信息得到共享,便于系统集成和相关设备日常检修。同时Controller bbbb的高速度数据通讯和光纤自愈环网所带来的高性,使得整个监控系统十分适合隧道自动化系统;增加整个系统的抗干扰能力,缩短外部信号的引线长度和控制信号电缆长度,减少接线端子。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性。

在许多工业应用中，都需要在高共模电压情况下检测小差分电压，以实现对电流的监控。但在高共模电压情况下，输出电流的电路比较复杂，而且精度难以保证。采用新型高侧电流传感器AD8205可以简化其检测电路，并能大大提高其检测和控制的精度。 
    AD8205是美国模拟器件公司推出的一种单电源差分放大器，典型单电源供电电压为5V，其共模电压输入范围为-2~65V，可以耐受-5~+70V的输入共模电压，适用于高共模电压情况下检测小差分电压的工业设备中。它的增益固定为50V/V，工作温度范围为-40~+125℃，失调电压温漂小于15µV/℃，增益温漂小于30ppm/℃(环境温度可高达125℃)，在整个规定温度范围内具有优良的直流性能，其从直流到100kHz的频带范围内具有高达80dB的共模抑制比。因此其测量环路误差小，精度高，非常适合用于马达控制、传动控制、磁悬浮控制、车辆动力控制、燃料喷射控制、引擎管理和DC-DC变换等控制系统中。 

                  
                          图1  高侧电流传感器AD8205内部电路原理图 
    内部电路结构及其工作原理 
    AD8205的内部电路由A1和A2两个集成运放和一个电阻网络，以及一个小参考电压源和偏置电路构成，其电路结构如图1所示。 
    A1的前置衰减由电阻RA、RB、RC组成，可将共模电压衰减到合适的输入电压范围内。两组衰减器构成桥式网络，衰减率为1/16.7。输入信号经过衰减以后，使得输入信号的幅值保持在供电电源电压范围以内，当输入电压过供电电源电压或公共地端的电压时，内部参考电压起作用，使得放大器在输入负共模电压信号时仍然可以正常工作。当电桥平衡时，共模电压信号产生的差分输入信号为0V。当然，输入网络同时也衰减了输入差分电压信号，放大器A1将衰减后的信号放大26倍，其输入和输出都采用差分形式以获得大的交流共模抑制比。另外电阻RA、RB、RC、RD和RF通过激光校准后的电阻匹配率0.01%，这种校准使得器件能够获得过80dB的共模抑制比。 
    放大器A2将A1输出的差分信号转换成单端信号，并放大32.15倍。参考输入端VREF1和VREF2都经过电阻RREF连接到A2的同相输入端，使得输出可以任意调整到所需要的输出电压范围内。当两个参考输入端并联使用时，参考电压从输入到输出的增益为1V/V；当单使用任何一个参考输入端时，其增益为0.5V/V。AD8205的总增益由衰减电路的衰减率1/16.7、A1的放大倍数26和A2的放大倍数32.15构成。AD8205具有300μA的吸收下拉电流能力，采用A类PNP管接上拉电阻输出。 
    输出方式设置 
    单性输出 
    此方式一般用来测量流过采样电阻上的单方向变化的电流。有两种基本模式：以地为参考和以V+为参考的输出模式。在单性工作模式下，当差分输入为0时，输出可以偏置到负向(接近地)或正向峰值(V+)。当差分电压加到输入端时，输出将反向移动到峰值。这时满幅输出所对应的输入差分电压幅值接近100mV，它的性由输出电压的静态设置所决定。当偏置到正向峰值时，输入差分电压应该为负，输出由正向峰值下降；反之，若静态偏置到地，则输入差分电压应该为正，输出由0上升。 

        
                                  图2  单性输出连接方式 
        
               (a)外部参考电压输出                    (b)分离参考电压输出 
                             
                                    图3 双性输出连接方式 
    
    (a)高侧电流传感器和低侧开关方式    (b)高侧电流传感器和高侧开关方式 
     图4 电路配置方式 
    以地为参考的输出连接方式如图2(a)所示。它的两个参考输入端都接到地上，当输入的差分电压为0时，其输出被偏置到反相峰值(约0.05V)。 
    以V+为参考的输出连接方式如图2(b)所示。它的两个参考输入端都连接到正电源上，当输入的差分电压为0时，其输出被偏置到正相峰值(约4.8V)。 
    双性输出 
    双性输出时AD8205可以测量流过采样电阻上的双向电流，这时，输出可以偏置到输出范围内的任意位置。当被检测的正反两个方向上的电流为等幅时，其输出偏置到满量程输出的中间位置。当双向电流幅值不对称时，输出偏置可以对应地偏离半量程位置。它的两个参考输入VREF1和VREF2分别连接一个内部电阻RREF后接到同一个内部偏置节点，这两个参考输入端的操作方式相同。在两个参考电压输入端接入对应的电压，即可完成对输出的偏置。在双性输出方式下，一般有以下两种连接方式。 
    1)当输入双向电流幅值相同时，将两个参考电压输入端都连接到一个外部参考电压源的输出端，如图3(a)所示连接。当输入电压相对于-IN为负，输出电压将从参考电压下降。反之，当输入电压相对于-IN为正，输出电压将从参考电压上升。 
    2)将两个参考电压输入端的其中一个接到电源电压V+端，另一个参考电压输入端接地，如图3(b)所示连接。当输入差分电压为0时，输出电压被偏置到AD8205的供电电源电压的中间位置。这种接法的好处在于测量双向电流时不需要外接参考源，输出将按比率地自动跟随供电电源电压的变化而产生半幅偏置。也就是说，不管电源电压是升还是降，输出偏置点将一直保持在电源电压的中间位置。例如，电源电压为5V时，输出偏置到2.5V；而当电源电压上升10%时，输出将偏置到2.75V。 
    典型应用 
    高侧电流传感器和低侧开关方式 
    如图4(a)所示连接，PWM控制开关的源接参考地，感性负载和采样电阻串联连接在电源和PWM控制开关之间。当PWM开关闭合时，采样电阻上的共模电压下降到接近负向峰值；当PWM开关打开时，采样电阻上产生的共模电压为电源电压和续流二管的正向压降的电压和。采用这种方式的优点是当PWM开关关闭时，由于采样电阻置于电源高侧，采样电阻仍然在电流回路当中，使得负载上的全部电流，包括续流电流，仍然可以监测，并且容易识别对地短路故障以实现电路的短路保护。 
    高侧电流传感器和高侧开关方式 
    如图4(b)所示连接，PWM开关和采样电阻都位于电压高侧。当PWM开关打开时，负载电源将被移除，但仍然可以提供和监测续流电流，以实现电流控制诊断。在工作过程中，大部分时间电源都和负载隔离，这样可将负载对地之间的差分电压所引起的不良影响减到小。当PWM开关闭合时，电源电压将连接到负载，这时共模电压将增加到电源电压。而PWM开关打开时，电压将反转并经过感性负载，由于续流二管的作用，使得采样电阻上的共模电压保持为一个地的二管的导通压降。 
    
   马达控制 
    如图5所示连接，AD8205在H桥马达控制电路中作为控制回路的一部分，马达和采样电阻串连后放置在H桥的中间，通过检测采样电阻上的电压，可以准确地测量马达当前的电流及其方向。此时，AD8205的输出被设定成外部参考双向的方式，这样它可以测量H桥开关的双向电流并同时监测马达的运转方向。由于地不是一个特别稳定的参考电平，以地为参考将会导致测量的不准确性。因此，这种测试方案要比以地作为参考电平的测试方法好的多。 
    结语 
    总之，采用AD8205实现在高共模电压情况下检测小差分电压的电路结构简单，监测精度高。它特别适用于42V汽车系统的动力监控、液压控制、磁悬浮控制等控制系统中。  引 言：
近，笔者在某工厂大型生产线上基于现场总线的物流呼叫系统项目中发现，由于所需要显示的信息流比较大，用现有的基于AT89C51芯片组成的LED显示屏控制系统，由于受到微处理器的处理速度、体系架构、寻址范围、外围接口资源等诸多限制，已难以在要求显示较多像素、显示内容帧频较高、动态显示效果复杂的情况下，得到良好的动态视觉效果。针对以上情况，在利用现有资源的基础上，重新设计和研制了一种全新的，由32位ARM微处理器组成的LED显示屏控制图1系统的硬件结构框图系统，并通过RS485接口与现场总线中的上位机进行实时数据通信，实现整个系统的信息显示。
       1 系统硬件结构
该系统的硬件组成框图如图1所示。图1中,微处理器是Atmel公司生产的AT91M42800A，它采用基于ARM7TDMI内核的32位RISC架构的处理器,有着丰富的外围接口资源。AT91M42800A有2个USART外围接口，系统用USART0口和MAX485组成485接口电路，具体的接口电路如图2所示。AT91M42800A还有2个SPI口，每个SPI口有4根片选信号，通过片选均可以支持外接15个设备。该系统的做法是将2个SPI口分别接到列驱动电路和行驱动电路上，并利用各自的2个片选信号CS0和CS1完成驱动电路的信号锁存和允许输出控制，SPI的CLK输出作为驱动电路的时钟信号输入，工作频率为4 MHz。
SRAM接口电路由2块HY57V641620芯片并联组成，HY57V641620是Hynix公司生产的4 Banks×1M×16位的SDRAM芯片,单片HY57V641620存储容量为4组×16 M位（8 MB），支持自动刷新，16位数据宽度。为充分发挥32位CPU的数据处理能力，系统用2块8 ns的HY57V641620组成32位SDRAM存储器系统。Flash存储器接口电路由1块HY29LV160芯片组成。HY57V641620是Flash存储器芯片，单片存储容量为16 M图2485接口电路、A6B595和A6276级联电路原理图位(2 MB)，8/16位数据宽度，本系统采用16位数据宽度的工作方式。具体的电路连接可参阅参考文献[1]。
行驱动电路由Allegro公司的36片A6B595级联组成，显示屏背面每行数据线由串入并出移位寄存器A6B595级联而成，A6B595片内集成有MOS管构成的驱动器，足够驱动发光二管发光。列驱动电路由Allegro公司的24片A6276级联组成，A6276是16位带锁存的串入并出移位LED驱动芯片。A6B595和A6276级联时引脚和联接方法如图2所示，电路都较为简单（其中带端口框标的为AT91M42800A的相应引脚）。其他详细的性能资料，请查阅Atmel和Allegro公司的相关产品文档[2，3]。AT91M42800A的SPI口均采用16位串行输出工作方式，利用32位ARM处理器的高速性能，能够充分提高速度。

            
                         图1系统的硬件结构框图

                   
            图2 485接口电路、A6B595和A6276级联电路原理图
        2 工作原理
该系统与上位机的通信由AT91M42800A的USART0口与485接口电路完成，上位机仅需将要显示的数据，传送至AT91M42800A即可。开机后，AT91M42800A初始化，读入启动代码后，将保存在Flash存储器内的程序代码和所要显示的字模数据，重映射到SDRAM中，使得系统的数据存取全部在高速SDRAM中完成。在接收到上位机的数据后，AT91M42800A将要显示的数据，转换成相对应的LED屏显示驱动信号，再加入相应的动态显示效果控制程序（画面左移、上移、开幕、覆盖、闪烁和直显等）后，用SPI口分别输出给行、列驱动电路。同时，若有需要，上位机所传来的数据或图像画面，也可以保存在Flash存储器中。
显示屏采用1/16动态逐次行扫描方式，先将SPIA端口中的24个字节数据依此串行移入对应的24个A6276列驱动电路，并锁存。接着，SPIB端口再将一行行选通信号串行移入行驱动电路，完成一行的LED显示。然后依理，逐次的显示LED屏的各行。
二管亮灭时间的占空比可用软件进行设定，以选取合适亮度，提高发光二管的使用寿命。在现场实际安装的LED显示屏，有效显示面积约为4.6 m2，共有288×384=110 592个像素，满帧刷新时间短可小于8 ms，换帧频率125 Hz以上，比传统的用单片机组成的显示系统提高了10倍以上的帧频，保证了动态显示时的视觉效果。同时，在相同的条件下，还可以使得实际可视像素点增多。
       3 软件部分简述
本系统的软件采用μC/OSII操作系统，使得系统具有强大的多任务管理、定时器管理、中断管理、存储管理等功能，通过对相关寄存器的实时监控，可以大大提高系统的稳定性，这些是以往用单片机和部分DSP处理器所无法实现的。
显示应用程序采用定时器中断方法，通过设置合适的进入中断时间常数，即可以得到40 Hz的LED刷新帧频，使人眼得到稳定的动态视觉效果。
画面的实时动态处理，即各种动态显示方式均以子程序形式编写，每种显示方式都是立的子程序。具体的动态显示方式有：画面左、右移，上、下移，拉幕，覆盖，闪烁，直显等多种方式。
      4 本系统的优点
① 使用32位RISC架构的ARM微处理器，硬件上克服了传统8/16位单片机在处理能力、系统架构、寻址范围和外围接口能力上的不足；软件上使用实时多任务操作系统，使系统的管理功能强大，可进行实时监控，实现复杂的程序控制，程序的开发和扩展也很方便。和以往单片机组成的类似系统相比，本系统的软件稳定性和性都得到了很大提高。
② 该系统省去了传统做法中LED显示部分的总线驱动和译码电路，不像其他一些单片机系统，为提高显示速度而采用多处理器，使用双端口RAM，或是采用将LED屏分为多块的方案。系统使用AT91M42800A的SPI接口直接实现LED显示逻辑驱动，不仅电路简单，并且简化了软件的相关编程，节省了MCU的GPIO硬件资源。

③ AT91M42800A的SPI接口可以采用16位传输方式,配以A6276高速的16位LED驱动芯片,使得LED的显示刷屏速度比传统的单片机有了大提高。
       结语
由32位嵌入式 RISC微处理器组成的大屏幕 LED显示系统，与传统的基于 8/16位单片机的 LED显示系统相比，在不显著增加系统成本的情况下，性能有了大提高。而与采用DVI接口方式的显示系统相比，省去了视频处理的相关电路，又具有硬件结构简单、廉等优势。采用本设计方案，可节省单片机的端口资源，有效简化显示屏的电路结构，提高了整个显示系统的性。在单色视频、动画、文字等LED信息显示方面，本系统有一定的应用。经过在某大型物流生产线上的长期实际运行，证明其设计方案是