【文章內(nèi)容簡介】 要設(shè)計的測試發(fā)射控制系統(tǒng)和各類測試分系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（分布式多總線復(fù)合結(jié)構(gòu)或嵌入式單機(jī)箱系統(tǒng)）、系統(tǒng)組成、配置、功能模塊要求、實時性、傳輸性、可靠性、維護(hù)性均可在通用的虛擬測試平臺上完成演示驗證，進(jìn)行完善設(shè)計和研制。 當(dāng)前，虛擬測試的研究和應(yīng)用主要集中在兩方面： 一是基于虛擬儀器技術(shù)的虛擬測試，基于虛擬儀器技術(shù)的虛擬測試的核心思想是“軟件就是儀器”。其實現(xiàn)途徑是在一定硬件基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)和軟件及相應(yīng)算法來替代傳統(tǒng)測量儀表和裝置，如：信號調(diào)理與傳輸儀表，信號顯示記錄儀、存儲儀表、信號分析與處理儀表，以及有關(guān)控制、監(jiān)控環(huán)節(jié)。 另外，就是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬測試。 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬測量，則是在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，借助多種傳感器和必要的硬件裝備，根據(jù)具體需求，完成有關(guān)的測量任務(wù)。在虛擬環(huán)境下可以設(shè)計、構(gòu)建所需要的虛擬測試系統(tǒng)，進(jìn)行 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 75 頁 虛擬測試、虛擬測量操作、測量過程仿真及虛擬制造中的虛擬測試等。 在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下進(jìn)行虛擬測試，能夠?qū)⑷?、測量設(shè)備、測量系統(tǒng)模型和測量仿真軟件集成于一體，提供良好的人機(jī)交互和反饋手段，產(chǎn)生逼真效果。然而目前虛擬 現(xiàn)實的硬件設(shè)備和工具價格昂貴， VR技術(shù)在測量領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)注重技術(shù)功能的實現(xiàn)，不必追求高檔的、完全的 VR環(huán)境。 上述兩類虛擬測試最大區(qū)別是：基于虛擬儀器技術(shù)（ VI）的虛擬測試盡管也被稱做“虛擬”，但是，它不可能完全虛擬，其中，被測量對象模擬化不虛，傳感器不虛，數(shù)采不虛，測量操作不虛，測量結(jié)果不虛。而基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬測試，一般強(qiáng)調(diào)交互和沉浸，首先要使參與者有“真實”的體驗，為了達(dá)到這個目的，就必須提供多感知的能力。 目前基于虛擬儀器技術(shù)的虛擬測試和基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬測試日趨走向集成和融合。 虛擬測試可 以降低實際測試操作的費用，減少在危險環(huán)境中實際操作的危險性，虛擬測試所具有的擬實性、靈活性和低成本，使之成為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個主要應(yīng)用領(lǐng)域。尤其在虛擬制造中具有重要作用，它貫穿于虛擬設(shè)計、虛擬加工制造、虛擬裝備以及產(chǎn)品性能檢測和使用的全過程，實現(xiàn)虛擬制造各個階段有機(jī)銜接，推進(jìn)虛擬制造技術(shù)的發(fā)展和工程化。因此，開展虛擬制造環(huán)境的虛擬測試技術(shù)研究和應(yīng)用具有重要而深遠(yuǎn)的意義，而計算機(jī)技術(shù)，虛擬技術(shù)和測試技術(shù)的發(fā)展，以及大量工程實用數(shù)據(jù)的積累，也使得建立虛擬測試系統(tǒng)具備了現(xiàn)實的可能性。 5) 構(gòu)建測試技術(shù)體系 圖 測試技術(shù)體系 單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力 (如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理 )的微處理器 (CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，只讀程序存儲器 (ROM)，輸入輸出電路 (I/O口 )，可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口 (SCI)，顯示驅(qū)動電路 (LCD 或 LED驅(qū)動電路 )，脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一 個最小然而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。 航空 航天 兵器 船舶 衛(wèi)星測試信息集成系統(tǒng)平臺 運(yùn)載、導(dǎo)彈測試信息集成系統(tǒng)平臺 測試信息集成系統(tǒng)平臺 開放式測試信息集成系統(tǒng) 基于信息的綜合診斷體系結(jié)構(gòu) 測試數(shù)字信息支撐平臺 總線接口 機(jī)內(nèi)測試 人工智能與 虛擬工程與 試驗與測試 技術(shù)平臺 技術(shù)平臺 故障診斷技術(shù) 虛擬儀器 軟件平臺 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ? 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 75 頁 由此來看 ,單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能 ,這是單片機(jī)最大的特征。 然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機(jī)控制系統(tǒng)，它與單板機(jī)或個人電腦(PC機(jī) )有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機(jī)的應(yīng)用屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè) 計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使該芯片具備特定的功能。 不同的單片機(jī)有著不同的硬件特征和軟件特征，即它們的技術(shù)特征均不盡相同，硬件特征取決于單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用戶要使用某種單片機(jī)，必須了解該型產(chǎn)品是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)。這里的技術(shù)特征包括功能特性、控制特性和電氣特性等等，這些信息需要從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊中得到。軟件特征是指指令系統(tǒng)特性和開發(fā)支持環(huán)境，指令特性即我們熟悉的單片機(jī)的尋址方式，數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方式，輸入輸出特性及對電源的要求等等。開發(fā)支持的環(huán)境 包括指令的兼容及可移植性，支持軟件 (包含可支持開發(fā)應(yīng)用程序的軟件資源 )及硬件資源 .要利用某型號單片機(jī)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，掌握其結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征是必須的。 單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，現(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。 誠然，單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它已從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計思想 .是控制技 術(shù)的一次革命，是一座重要的里程碑。 單片機(jī)發(fā)展概述 1946年第一臺電子計算機(jī)誕生至今 ,只有 50年的時間 ,依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步 ,從電子管 —— 晶體管 —— 集成電路 —— 大規(guī)模集成電路 ,現(xiàn)在一塊芯片上完全可以集成幾百萬甚至上千萬只晶體管 ,使得計算機(jī)體積更小 ,功能更強(qiáng) .特別是近 20 年時間里 ,計算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展 ,計算機(jī)在工農(nóng)業(yè) ,科研 ,教育 ,國防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用 ,計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個國家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。 單片機(jī)誕生于 20 世紀(jì) 70 年代 ,象 Fairchid 公司研制的 F8 單片微型 計算機(jī) .所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元 (Center Processing Unit,也即常稱的 CPU)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器 (ROM)及其他 I/O 通信口集成在一塊芯片上 ,構(gòu)成一個最小的計算機(jī)系統(tǒng) ,而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元 ,定時單元及 A/D 轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路 ,使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大 ,應(yīng)用更廣泛。 20世紀(jì) 70年代 ,微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段 ,集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時期 ,各種新材料新工藝尚未成熟 ,單片機(jī)仍處在初級的發(fā)展階段 ,元件集成規(guī)模還比較小 ,功能比較簡單 ,一 般均把 CPU、RAM 有的還包括了一些簡單的 I/O 口集成到芯片上 ,象 Farichild 公司就屬于這一類型 ,它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計算系統(tǒng) .類似的單片機(jī)還有 Zilog公司的 Z80微處理器。 1976 年 INTEL 公司推出了 MCS48 單片機(jī) ,這個時期的單片機(jī)才是真正的 8 位單片微型計算機(jī) ,并推向市場 .它以體積小 ,功能全 ,價格低贏得了廣泛的應(yīng)用 ,為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) ,成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。 在 MCS48的帶領(lǐng)下 ,其后 ,各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī) ,象 Zilog公司的 Z8系列 .到了 80年代初 ,單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段 ,象 INTEL公司的 MCS51系列 ,Motorola公司的 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 75 頁 6801和 6802系列 ,Rokwell公司的 6501及 6502系列等等 ,此外 ,日本的著名電氣公司 NEC和 HITACHI都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機(jī)。 80 年代 ,世界各大公司均競相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī) ,約有幾十個系列 ,300 多個品種 ,此時的單片機(jī)均屬于真正的單片化 ,大多集成了 CPU、 RAM、 ROM、數(shù)目繁多的 I/O接口、多種中斷系統(tǒng) ,甚至還有一些帶 A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī) ,功能越來越強(qiáng)大 ,RAM和 ROM的容量也越來越大 ,尋址空間甚至可達(dá) 64kB,可以說 ,單片機(jī)發(fā)展到了一個全新階段 ,應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛 ,許多家用電器均走向利用單片機(jī)控制的智能化發(fā)展道路。 1982年以后 ,16位單片機(jī)問世 ,代表產(chǎn)品是 INTEL公司的 MCS96系列 ,16位單片機(jī)比起 8位機(jī) ,數(shù)據(jù)寬度增加了一倍 ,實時處理能力更強(qiáng) ,主頻更高 ,集成度達(dá)到了 12 萬只晶體管 ,RAM 增加到了 232字節(jié) ,ROM 則達(dá)到了 8kB,并且有 8 個中斷源 ,同時配置了多路的 A/D 轉(zhuǎn)換通道 ,高速的 I/O 處理單元 ,適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng) 九十年代以后 ,單片機(jī)獲得了飛速 的發(fā)展 ,世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)。美國 Microchip 公司發(fā)布了一種完全不兼容 MCS51 的新一代 PIC 系列單片機(jī) ,引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注 ,特別它的產(chǎn)品只有 33條精簡指令集吸引了不少用戶 ,使人們從 INTEL的 111條復(fù)雜指令集中走出來 .PIC單片機(jī)獲得了快速的發(fā)展 ,在業(yè)界中占有一席之地。 隨后的事情 ,熟悉單片機(jī)的人士都比較清楚了 ,更多的單片機(jī)種蜂擁而至 ,MOTOROLA 公司相繼發(fā)布了 MC68HC 系列單片機(jī) ,日本的幾個著名公司都研制出了性能更強(qiáng)的產(chǎn)品 ,但日本的單片機(jī)一般均用于專用系統(tǒng)控 制 ,而不象 INTEL等公司投放到市場形成通用單片機(jī) .例如 NEC公司生產(chǎn)的 uCOM87系列單片機(jī) ,其代表作 uPC7811 是一種性能相當(dāng)優(yōu)異的單片機(jī) .MOTOROLA 公司的 MC68HC05 系列其高速低價等特點贏得了不少用戶。 Zilog公司的 Z8系列產(chǎn)品代表作是 Z8671,內(nèi)含 BASIC Debug解釋程序 ,極大地方便用戶 .而美國國半的 COP800 系列單片機(jī)則采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu) .ATMEL 公司則把單片機(jī)技術(shù)與先進(jìn)的 Flash 存儲技術(shù)完美地結(jié)合起來 ,發(fā)布了性能相當(dāng)優(yōu)秀的 AT89系列單片機(jī) .包括中國的臺灣 HOLTEK和 WINBOND等公司也紛紛加入了單片機(jī)發(fā)展行列 ,憑著他們廉價的優(yōu)勢 ,分享一杯美羹。 1990年美國 INTEL公司推出了 80960超級 32位單片機(jī)引起了計算機(jī)界的轟動 ,產(chǎn)品相繼投放市場 ,成為單片機(jī)發(fā)展史上又一個重要的里程碑。 此期間 ,單片機(jī)園地里 ,單片機(jī)品種異彩紛呈 ,爭奇斗艷 .有 8位、 16位甚至 32位機(jī) ,但 8位單片機(jī)仍以它的價格低廉、品種齊全、應(yīng)用軟件豐富、支持環(huán)境充分、開發(fā)方便等特點而占著主導(dǎo)地位 .而 INTEL 公司憑著他們雄厚的技術(shù) ,性能優(yōu)秀的機(jī)型和良好的基礎(chǔ) ,目前仍是單片機(jī)的主流產(chǎn)品 .只不過是九十年 代中期 ,INTEL 公司忙著開發(fā)他們個人電腦微處理器 ,已沒有足夠的精力繼續(xù)發(fā)展自己創(chuàng)導(dǎo)的單片機(jī)技術(shù) ,而由 PHILIPS等公司繼續(xù)發(fā)展 C51 系列單片機(jī) . 縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程 ,可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢 ,大致有 : 1） 低功耗 CMOS化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達(dá) 630mW,而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在 100mW 左右 ,隨著對單片機(jī)功耗要求越來越低 ,現(xiàn)在的各個單片機(jī)制造商基本都采用了 CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 ).象80C51 就采用了 HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 )和 CHMOS(互補(bǔ)高密度 金屬氧化物半導(dǎo)體工藝 ).CMOS雖然功耗較低 ,但由于其物理特征決定其工作速度不夠高 ,而 CHMOS則具備了高速和低功耗的特點 ,這些特征 ,更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合 .所以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 75 頁 2）微型單片化 現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲 (RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口 ,中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上 ,增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機(jī)將 LCD(液晶 )驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上 ,這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多 ,功能就越強(qiáng)大 .甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做 ,制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外 ,現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕 ,這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外 ,還要求其體積要小 .現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式 ,其中 SMD(表面封裝 )越來