數(shù)字化醫(yī)療儀器：第08章數(shù)字化醫(yī)療儀器的測(cè)試與開發(fā)

1、數(shù)字化醫(yī)療儀器數(shù)字化醫(yī)療儀器 第八章第八章 數(shù)字化醫(yī)療數(shù)字化醫(yī)療 儀器的測(cè)試與開發(fā)儀器的測(cè)試與開發(fā) 。 內(nèi)容概要內(nèi)容概要 數(shù)字化醫(yī)療儀器的主要特征：數(shù)字化醫(yī)療儀器的主要特征： n以微處理器為核心進(jìn)行工作： n具有強(qiáng)大的控制功能： 使生物醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器在實(shí)現(xiàn)全盤自動(dòng)化、改善性能，增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)全盤自動(dòng)化、改善性能，增強(qiáng) 功能以及提高精度和可靠性功能以及提高精度和可靠性方面發(fā)生了大的變革。 本章將從自檢、自動(dòng)測(cè)量以及數(shù)字化醫(yī)療儀器的系統(tǒng)調(diào) 試等方面，討論使用微處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器智能控制以及開 發(fā)的一般方法。 8.1 元器件的檢測(cè)元器件的檢測(cè) 電路和邏輯部件分類電路和邏輯部件分類 醫(yī)療儀器是由許多模擬的和數(shù)

2、字的元器件、 組件、功能模塊和各種基本電路按照一定 的邏輯關(guān)系組合而成的 各種TTL數(shù)字 集成電路、加 法器、乘法器、 譯碼器等 如計(jì)數(shù)器、移 位寄存器、序 列發(fā)生器等。 LSI大規(guī)模集成 電路 微處理機(jī)CPU、 存儲(chǔ)器EPROM、 RAM、可編程序 接口部件如定時(shí) 計(jì)數(shù)器、并行接 口等 各種晶體管、 場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn) 算放大器、多 路開關(guān)、AD 及DA等線性 集成器件 元器件分類檢測(cè)元器件分類檢測(cè) v1 1模擬電路元器件模擬電路元器件 如各種晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)算放大器、多路開關(guān)、如各種晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)算放大器、多路開關(guān)、A AD D及及D DA A等等線線 性集成器件性集成器件，可采用可采

3、用萬(wàn)用表、示波器、有關(guān)器件測(cè)試儀等檢測(cè)其輸入、萬(wàn)用表、示波器、有關(guān)器件測(cè)試儀等檢測(cè)其輸入、 輸出特性及相應(yīng)參數(shù)。輸出特性及相應(yīng)參數(shù)。 v2 2組合邏輯部件組合邏輯部件 如各種如各種TTLTTL數(shù)字集成電路、加法器、乘法器、譯碼器等。數(shù)字集成電路、加法器、乘法器、譯碼器等。這一類器件主這一類器件主 要采用要采用靜態(tài)測(cè)試靜態(tài)測(cè)試的方法，進(jìn)行的方法，進(jìn)行組合邏輯功能方面的測(cè)試組合邏輯功能方面的測(cè)試，例如測(cè)其，例如測(cè)其真值真值 關(guān)系關(guān)系等。等。 v3 3時(shí)序邏輯部件時(shí)序邏輯部件 如計(jì)數(shù)器、移位寄存器、序列發(fā)生器等。對(duì)這些器件，如計(jì)數(shù)器、移位寄存器、序列發(fā)生器等。對(duì)這些器件，主要是主要是使用示使用示 波

4、器觀察其動(dòng)態(tài)波形及時(shí)問(wèn)關(guān)系波器觀察其動(dòng)態(tài)波形及時(shí)問(wèn)關(guān)系。 v4 4大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路(LSI)(LSI)微處理機(jī)用芯片微處理機(jī)用芯片 如微處理機(jī)如微處理機(jī)CPUCPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器EPROMEPROM、RAMRAM、可編程序接口部件如定時(shí)計(jì)數(shù)器、可編程序接口部件如定時(shí)計(jì)數(shù)器、 并行接口等等。并行接口等等。這一類芯片的檢測(cè)，主要是這一類芯片的檢測(cè)，主要是借助于系統(tǒng)其他硬件借助于系統(tǒng)其他硬件，組成組成 一個(gè)包括被測(cè)芯片在內(nèi)的一個(gè)包括被測(cè)芯片在內(nèi)的新的微型機(jī)系統(tǒng)，執(zhí)行測(cè)試該芯片功能的軟件，新的微型機(jī)系統(tǒng)，執(zhí)行測(cè)試該芯片功能的軟件， 來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片能否正常工作的鑒別測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片能否正常工作的

5、鑒別測(cè)試。 在數(shù)字化的儀器中，使用的元器件是很雜的。 在千萬(wàn)個(gè)元器件及焊點(diǎn)中若有一個(gè)不正常，就 可能影響到儀器的正常運(yùn)行。 u所以，元器件的篩選、檢測(cè)是非常重要的。對(duì) 具備測(cè)試條件的用戶來(lái)說(shuō)，能對(duì)所用的主要器 件的主要功能進(jìn)行篩選是必要的。 u下面介紹一些測(cè)試方法，以便設(shè)計(jì)者或用戶在 遇到測(cè)試問(wèn)題時(shí)，能正確提出要求，了解測(cè)試 中可能出現(xiàn)的問(wèn)題和進(jìn)行必要的檢測(cè)。 8.1.1 A/D轉(zhuǎn)換器的性能檢測(cè) 圖圖8-1 A/D轉(zhuǎn)換器的性能測(cè)試轉(zhuǎn)換器的性能測(cè)試 A/DA/D轉(zhuǎn)換器性能檢測(cè)轉(zhuǎn)換器性能檢測(cè)流程圖流程圖 鋸齒形誤差曲線的幅度應(yīng)為 LSB(最低有效位) 2 1 簡(jiǎn)單使用簡(jiǎn)單使用 1、不用計(jì)算機(jī) 2、

6、斜波電壓源 數(shù)值精度不要求 3、D/A轉(zhuǎn)換器易 購(gòu)買 斜波比較法特點(diǎn)斜波比較法特點(diǎn) 誤差曲線直觀誤差曲線直觀 1、用記錄儀，可得 到完整的查閱資料 2、可檢測(cè)其AD 的轉(zhuǎn)換功能外 3、可判別嚴(yán)重漏碼 或非單調(diào)性等問(wèn)題 其他方法： n使用高精度的數(shù)字電壓表進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)試的方法， n使用多位數(shù)字比較器將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)碼與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字進(jìn)行比較的方法。 前者方法嚴(yán)密，但測(cè)試工作量大；后者的分辨力不限，但比較的結(jié)果較零 散，故只在條件具備時(shí)使用。 8.1.2 數(shù)字集成電路邏輯功能的檢測(cè) 目前對(duì)數(shù)字集成電路所關(guān)注的大多是電路的邏輯功能，介紹兩種檢測(cè)方法： 1、采用邏輯部件實(shí)驗(yàn)臺(tái)(由“面包板”、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，邏

7、輯電平 指示器、邏輯開關(guān)、控制開關(guān)等組成)、邏輯測(cè)試筆及示波器等設(shè)備 ； 2、按被測(cè)電路的真值表，給定其有關(guān)的輸入狀態(tài)，靜態(tài)檢查其布爾 函數(shù)式與組合網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，動(dòng)態(tài)觀測(cè)其輸出波形； 3、判定其邏輯功能的正確性。 Step1：將被測(cè)器件插入被測(cè)插座上之后，由微機(jī)鍵盤送入被測(cè)器件型號(hào)和插座 座號(hào)； Step2：微機(jī)調(diào)用該型號(hào)的子程序，通過(guò)接口和控制器將相應(yīng)型號(hào)的各種數(shù)據(jù) (狀態(tài)電平或脈沖信號(hào))經(jīng)輸入緩沖器和狀態(tài)寄存器，由三態(tài)門送到被測(cè)器件的 各引腳上； Step3：器件的各輸出端按自身邏輯功能輸出相應(yīng)的各種數(shù)據(jù)(狀態(tài)電平或脈沖 信號(hào))； Step4：由微機(jī)將這些輸出連同輸入的數(shù)據(jù)一起讀入，與該

8、型號(hào)電路正確數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較，從而判定器件的邏輯功能是否完好；的 Step5：顯示器示出“通過(guò)”或“失效”。 圖圖8-2 數(shù)字集成電路邏輯功能的檢測(cè)系統(tǒng)框圖數(shù)字集成電路邏輯功能的檢測(cè)系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)的檢測(cè)程序，可用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編寫 成循環(huán)程序，采取人機(jī)對(duì)話方式。 主程序包括初始化、鍵入插座號(hào)、被測(cè)器件 型號(hào)、被測(cè)電的輸出清單。 子程序由各種不同集成芯片的測(cè)試程序，還 有顯示程序、讀，寫程序和返回程序等組成。 8.1.3 微處理機(jī)CPU的檢查 CPU是整個(gè)儀器系統(tǒng)的核心。 對(duì)CPU的檢查要求，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是指對(duì)不同的數(shù) 據(jù)、不同的時(shí)序、序列、所有的指令等是否正 確執(zhí)行和運(yùn)行。 要完全做到這種測(cè)試，需要

9、有性能優(yōu)良的專用 設(shè)備。 對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，首先是希望判定被測(cè)CPU是 否基本可用。 ( (一一) ) 替代法替代法 v這種方法簡(jiǎn)單易行，但需要具備一個(gè)系統(tǒng)及芯片都 正常的前提條件。 CPU型號(hào)相同， 正常工作的微機(jī) 待測(cè)待測(cè)CPU 待測(cè)待測(cè)CPU （二）地址總線測(cè)試法（二）地址總線測(cè)試法 (Address Bus Test)(Address Bus Test) 判斷：判斷：若如圖8-3所示，表示CPU工作正常； 否則就應(yīng)仔細(xì)檢查時(shí)鐘信號(hào)和其他有關(guān)的連接。 如果這些又都是正確無(wú)誤，則應(yīng)認(rèn)為CPU片子有問(wèn)題了，應(yīng)予以 更換。 將被測(cè)將被測(cè)CPU的數(shù)據(jù)總線，設(shè)置為該的數(shù)據(jù)總線，設(shè)置為該CPU的空操作

10、的空操作NOP的編碼狀態(tài)的編碼狀態(tài) 連續(xù)加載連續(xù)加載CPU，使其始終執(zhí)行，使其始終執(zhí)行NOP操作操作 程序計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)就一個(gè)接一個(gè)地從0000H增加到FFFFH 地址總線上的信號(hào)依次做二分頻的波形輸出 用示波器觀察各地址線上的波形用示波器觀察各地址線上的波形 圖圖8-3 地址線上的波形地址線上的波形 v目前常見(jiàn)的CPU的NOP指令機(jī)器碼不盡一樣， 如：Z80、8085A等為00H，MC6800為01H， 6502為EAH，而MC68000則為4E71H。在數(shù)據(jù)總 線上設(shè)置電平時(shí)應(yīng)予注意。 v這種測(cè)試方法是很有效的，也很簡(jiǎn)單。故在 某些儀器中(如監(jiān)護(hù)儀)作為自檢的一部分， 采用選擇開關(guān)將NOP編

11、碼直接接在數(shù)據(jù)總線上。 通過(guò)儀器的自檢程序選通此開關(guān)(斷開數(shù)據(jù)總 線上其他部件)，對(duì)CPU進(jìn)行檢查。 ( (三三) ) 輸入圖案比較法輸入圖案比較法 此法的設(shè)計(jì)思想是：如果是兩個(gè)好的CPU，無(wú)論在什么情況 下，在輸入相同的圖案時(shí)，都能產(chǎn)生相同的輸出圖案。而一 個(gè)不好的CPU與一個(gè)好的CPU，在相同的輸入圖案的激勵(lì)下， 產(chǎn)生的圖案是很難相同的。 如圖8-4所示。測(cè)試時(shí)先把一個(gè)已知的激勵(lì)信號(hào)(圖案)接入 一個(gè)已知系統(tǒng)，并把它記錄存儲(chǔ)到ROM中去，作為預(yù)期結(jié)果 送入比較器，同時(shí)將此信號(hào)(圖案)經(jīng)被測(cè)CPU接入系統(tǒng)，也 送比較器進(jìn)行比較，即可知道被測(cè)CPU的好壞。若出現(xiàn)故障， 再在電路中逐點(diǎn)探測(cè)，直到

12、找出故障為止。 圖圖8-4 輸入圖案比較法框圖輸入圖案比較法框圖 8.2 儀器故障的自檢儀器故障的自檢 數(shù)字化儀器的自檢方式有數(shù)字化儀器的自檢方式有三種類型三種類型： v1、開機(jī)自檢 v2、周期性自檢 v3、鍵盤自檢 v4、顯示與鍵盤的檢測(cè) 自檢的含義及意義自檢的含義及意義 所謂自檢就是利用事先編制好的檢測(cè)程序?qū)x器的主要部件 進(jìn)行“自動(dòng)檢測(cè)”，并對(duì)故障進(jìn)行定位。 自檢功能給數(shù)字化儀器的使用和維修帶來(lái)很大的方便。 一般來(lái)說(shuō)，自檢內(nèi)容包括自檢內(nèi)容包括ROMROM、RAMRAM、總線、顯示器、鍵盤、總線、顯示器、鍵盤 以及測(cè)量電路等部件的檢測(cè)以及測(cè)量電路等部件的檢測(cè)。 v開機(jī)自檢在儀器電源接通或復(fù)

13、位之后進(jìn)行。 自檢中如果沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就進(jìn)入測(cè)量程序， 如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則及時(shí)報(bào)警，以避免儀器 帶病工作。 v開機(jī)自檢是對(duì)儀器正式投入運(yùn)行之前所進(jìn) 行的全面檢查。 8.2.1 自檢方式 1 1、開機(jī)自檢、開機(jī)自檢 v周期性自檢是指在儀器運(yùn)行過(guò)程中，間斷插入的 自檢操作，這種操作可以保證儀器在使用過(guò)程中 一直處于正常狀態(tài)。 v周期性自檢不影響儀器的正常工作，因而只有當(dāng) 出現(xiàn)故障給予報(bào)警時(shí)，用戶才會(huì)覺(jué)察。 v具有鍵盤自檢功能的儀器面板上應(yīng)設(shè)有“自檢” 按鍵，當(dāng)用戶對(duì)儀器的可信度發(fā)出懷疑時(shí)，便通 過(guò)該鍵來(lái)啟動(dòng)一次自檢過(guò)程。 2 2、周期性自檢、周期性自檢 3 3、鍵盤自檢、鍵盤自檢 v自檢過(guò)程中，如果檢

14、測(cè)儀器出現(xiàn)某些故障，應(yīng)該以適當(dāng) 的形式發(fā)出指示。 v數(shù)字化儀器一般都借用本身的顯示器，以文字或數(shù)字的 形式顯示“出錯(cuò)代碼”，出錯(cuò)代碼通常以“Error X”字 樣表示，其中“X”為故障代號(hào)，操作人員根據(jù)“出錯(cuò)代 碼”，查閱儀器手冊(cè)便可確定故障內(nèi)容。 v儀器除了給出故障代號(hào)之外，往往還給出指示燈的閃爍 或者音響報(bào)警信號(hào)，以提醒操作人員注意。 數(shù)字化儀器的自檢項(xiàng)目與儀器的功能、特性等因素有關(guān)。數(shù)字化儀器的自檢項(xiàng)目與儀器的功能、特性等因素有關(guān)。 儀器能夠進(jìn)行自檢的項(xiàng)目越多，使用和維修就越方便，但相應(yīng)的硬 件和軟件也越復(fù)雜。 自檢指示自檢指示 8.2.2 自檢算法 一、ROM或EPROM的檢測(cè) ROM

15、故障的檢測(cè)常用“校驗(yàn)和校驗(yàn)和”方法。 具體作法具體作法是：在將程序機(jī)器碼寫入ROM的時(shí)侯，保留一個(gè)單 元(一般是最后一個(gè)單元)，此單元不寫程序機(jī)器碼而是寫寫 “校驗(yàn)字校驗(yàn)字”?！靶ｒ?yàn)字”應(yīng)能滿足ROM中所有單元的每一列 都具有奇數(shù)個(gè)1。 自檢程序的內(nèi)容內(nèi)容是：對(duì)每一列數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算，如 果ROM無(wú)故障，各列的運(yùn)算結(jié)果應(yīng)都為“1”，即校驗(yàn) 和等于FFH。這種算法見(jiàn)表8-1所示。 表8-1 檢驗(yàn)和算法 二、RAM的檢測(cè) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM是否正常是否正常 選用特征字55H(01010101B)和 AAH(10101010B)，分別對(duì) RAM每一個(gè)單元進(jìn)行“先寫后讀先寫后讀” 的操作， 其自

16、檢流程圖見(jiàn)圖8-5所示。 方法方法1 1方法方法2 2 “異或法”：即把RAM單元 的內(nèi)容求反并與原碼進(jìn)行“異 或”運(yùn)算 。 結(jié)果為FFH，則RAM讀寫功能 正常，否則，該單元有故障。 最后再恢復(fù)原單元內(nèi)容 。 對(duì)已存有數(shù)據(jù)的對(duì)已存有數(shù)據(jù)的RAMRAM， 可不破壞其原有內(nèi)容可不破壞其原有內(nèi)容 屬于破壞性檢驗(yàn)，只能用于開機(jī)自檢屬于破壞性檢驗(yàn)，只能用于開機(jī)自檢 RAM自檢 建立地址指針 寫入55H并讀出 寫入AAH地址并讀出 地址指針1 pass標(biāo)志 讀寫相符？ 最后一單元？ 結(jié)束 讀寫相符？ Error標(biāo)志 Y Y Y N N N 圖圖8 85 RAM5 RAM自檢流程圖自檢流程圖 三、總線的自

17、檢 總線 緩沖器 I/O及其他插件 鎖 存 觸 發(fā) 器 對(duì)鎖存觸發(fā)器進(jìn)行讀操作，便 可判知總線是否存在故障。 實(shí)現(xiàn)原理見(jiàn)圖8-6所示。 圖圖8-6 8-6 總線檢測(cè)電路總線檢測(cè)電路 v總線自檢程序應(yīng)該對(duì)每一根總線分別 進(jìn)行檢測(cè)。 v具體作法具體作法：使被檢測(cè)的每根總線依 次為1態(tài)，其余總線為O態(tài)。如果某總 線停留在O態(tài)或1態(tài)，說(shuō)明有故障存在。 v總線故障總線故障一般是由于印刷線路板工 藝不佳使兩線相碰等原因而引起的。 v需要指出的是需要指出的是：存有自檢程序的 ROM芯片與CPU的連線應(yīng)不通過(guò)緩沖器， 否則，若總線出現(xiàn)故障便不能進(jìn)行自 檢 四、顯示與鍵盤的檢測(cè) 數(shù)字化儀器顯示器、鍵盤等IO設(shè)備

18、的檢 測(cè)往往采用與操作者合作的方式進(jìn)行。 檢測(cè)程序的內(nèi)容為檢測(cè)程序的內(nèi)容為： a a a、先進(jìn)行一系列預(yù)定的IO操作； b b b、然后操作者對(duì)這些IO操作的結(jié)果進(jìn) 行驗(yàn)收； 如果結(jié)果與預(yù)先的設(shè)定一致，就認(rèn)為功能 正常，否則，應(yīng)對(duì)有關(guān)的I/O通道進(jìn)行檢修。 鍵盤檢測(cè)的方法是：CPU每取得一個(gè)按鍵閉合的信號(hào)， 就反饋一個(gè)信息。如果按下某單個(gè)按鍵無(wú)反饋信息， 往往是該鍵接觸不良，如果按某一排鍵均無(wú)反饋信號(hào) ，則一定與對(duì)應(yīng)的電路或掃描信號(hào)有關(guān)。 鍵盤檢測(cè)的方法鍵盤檢測(cè)的方法 Text 有兩種方式:一種是讓各顯示器全部發(fā)亮，即顯示 出888，當(dāng)顯示表明顯示器各發(fā)光段均能正常發(fā) 光時(shí)，操作人員只要按任意

19、鍵，顯示器應(yīng)全部熄滅片 刻，然后脫離自檢方式進(jìn)入其他操作;第二種方式是讓 顯示器顯示某些特征字，幾秒鐘后自動(dòng)進(jìn)入其他操作 顯示器的檢測(cè)的檢測(cè)方法顯示器的檢測(cè)的檢測(cè)方法 8.2.3 自檢軟件 上面介紹的各自檢項(xiàng)目一般應(yīng)該分別編成子程序，以便 需要時(shí)調(diào)用。 設(shè)各段子程序的入口地址為TSTi(i-O，1，2)，序號(hào) (即故障代號(hào))為TNUM(O，1，2)。 編程時(shí)，由序號(hào)通過(guò)表表8-28-2所示的測(cè)試指針表(TSTPT)來(lái) 尋找某一項(xiàng)自檢子程序入口，若檢測(cè)有故障發(fā)生，便顯 示其故障代號(hào)TNUM。 測(cè)試指針測(cè)試指針入口地址入口地址故障代號(hào)故障代號(hào)偏移量偏移量 TSTPT TST0 偏移量TNUM TS

20、T1 TST2 TST3 表表8-2 8-2 測(cè)試指針表測(cè)試指針表 圖圖87 含自檢的儀器操作流程圖含自檢的儀器操作流程圖 一個(gè)典型的一個(gè)典型的含有自檢在含有自檢在 內(nèi)的數(shù)字化儀器的操作內(nèi)的數(shù)字化儀器的操作 流程圖。流程圖。 開機(jī)自檢被安排在儀器初始 化之前進(jìn)行，檢測(cè)項(xiàng)目盡量 多選。周期性自檢STEST被 安排在兩次測(cè)量循環(huán)之間進(jìn) 行，由于兩次測(cè)量循環(huán)之間 的時(shí)間間隙有限，所以一般 每次只插入一項(xiàng)自檢內(nèi)容， 多次測(cè)量之后才能完成儀器 的全部自檢項(xiàng)目。 圖8-8示出了能完成上述任務(wù)的周期性自檢子程序的操作流程圖。 具體流程具體流程： BEGINBEGIN：根據(jù)指針TNUM進(jìn)入TSTPT表取得子程

21、序TSTi并執(zhí)行之。 如果發(fā)現(xiàn)有故障，就令系統(tǒng)故障標(biāo)志MALF為1，以便進(jìn)入故障 顯示操作。 故障顯示操作一般首先熄滅全部顯示器，爾后顯示故障代號(hào) TNUM，提醒操作人員儀器已有故障。 當(dāng)操作人員按下任一鍵后，儀器就退出故障顯示(有些儀器設(shè) 計(jì)在故障顯示一定時(shí)間之后自動(dòng)退出)。 說(shuō)明：說(shuō)明：無(wú)論故障發(fā)生與否，每進(jìn)行一項(xiàng)自檢，就使TNUM加1，以便在下一次 測(cè)量間隙中進(jìn)行另一項(xiàng)自檢。 周期性自檢程序流程說(shuō)明周期性自檢程序流程說(shuō)明 圖圖88 周期性自檢子程序的操作流程圖周期性自檢子程序的操作流程圖 對(duì)于周期性自檢，由對(duì)于周期性自檢，由 于它是在測(cè)量間隙進(jìn)行，于它是在測(cè)量間隙進(jìn)行， 為不影響儀器的正

22、常工為不影響儀器的正常工 作，有些周期性自檢項(xiàng)作，有些周期性自檢項(xiàng) 目不宜安排，例如顯示目不宜安排，例如顯示 器周期性自檢、鍵盤周器周期性自檢、鍵盤周 期性自檢、破壞性期性自檢、破壞性RAMRAM周周 期性自檢等。而對(duì)開機(jī)期性自檢等。而對(duì)開機(jī) 自檢和鍵盤自檢則不存自檢和鍵盤自檢則不存 在這個(gè)問(wèn)題在這個(gè)問(wèn)題。 8.3 數(shù)字化醫(yī)療儀器數(shù)字化醫(yī)療儀器 的系統(tǒng)調(diào)試的系統(tǒng)調(diào)試 8.3.1 模塊電路板的調(diào)試 v模塊的概念模塊的概念 模塊是以一片或多片大規(guī)模集成電路為核心，再配上 一些中、小規(guī)模集成電路構(gòu)成一種或多種功能的電路 板單元。 在自行設(shè)計(jì)的儀器系統(tǒng)中，為了構(gòu)成系統(tǒng)方便，功能 易于擴(kuò)展，也常采用模塊

23、方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。 說(shuō)明：說(shuō)明： 它雖然仍屬于器件，但卻是具有獨(dú)立功能的半成品。 而且，如果是廠家生產(chǎn)的模塊，還都是經(jīng)過(guò)廠家調(diào)整 過(guò)的，用戶只要了解其外特性和配接的總線標(biāo)準(zhǔn)，會(huì) 正確使用就可以了。 v自行設(shè)計(jì)的儀器系統(tǒng)中，模板設(shè)計(jì)也應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)的總線連 接要求，對(duì)各板信號(hào)引腳的安排、電的性能和時(shí)序關(guān)系， 都要有統(tǒng)一的規(guī)定。 step1 step2 step3 按總線標(biāo)準(zhǔn)要求，接入 模板，在線調(diào)試。描繪 出信號(hào)流，并與已知的 標(biāo)準(zhǔn)邏輯圖和定時(shí)圖進(jìn) 行比較。反復(fù)修改設(shè)計(jì) 和布線上的錯(cuò)誤，以使 模塊的功能正常 將被測(cè)模塊裝配在試驗(yàn)電路板 上進(jìn)行空板的開路、短路測(cè)試， 必要時(shí)，再外接專用電路產(chǎn)生 調(diào)試所需的多

24、種信號(hào)和數(shù)據(jù)， 以便調(diào)試和修改。 按模塊特有的功能， 繪出詳細(xì)的邏輯圖， 以及它的重要控制信 號(hào)的定時(shí)圖。 v在測(cè)試的過(guò)程中，模塊的功能如果較多，電路較 復(fù)雜，為便于排錯(cuò)，常常需要進(jìn)一步分區(qū)、分段， 需要采用隔離保護(hù)技術(shù)(例如等電位法)等，以便 既能在線連續(xù)測(cè)試，又能較快地找出故障。另外， 還要注意系統(tǒng)總線的負(fù)載能力，以免因測(cè)試一塊 模板而使系統(tǒng)中其他模塊工作不正常。 v近年來(lái)，采用功能電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)測(cè)試模 塊，在國(guó)外發(fā)展很快。例如，美國(guó)Memb-rain公 司和美國(guó)HP公司都有水平較高的功能電路板自動(dòng) 測(cè)試系統(tǒng)。它們同時(shí)具備“混合在線測(cè)試和混合 功能測(cè)試的能力，稱為多能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 8

25、.3.2 儀器的系統(tǒng)調(diào)試 v在儀器的調(diào)試中，除了芯片及電路板正常完好之外， 還不能說(shuō)儀器系統(tǒng)就能正常工作了。 v這是因?yàn)樵诟髂K之間、與各種外設(shè)之聞的數(shù)據(jù)傳 送、控制信號(hào)的應(yīng)答，并不一定能協(xié)調(diào)一致或有效。 有待從系統(tǒng)級(jí)的硬件與軟件、主機(jī)與外設(shè)的整體聯(lián) 調(diào)上進(jìn)一步調(diào)試。 v這一些在儀器的調(diào)試中往往是最困難的一步，而又 是最重要的一步。必須認(rèn)真而又耐心地對(duì)待。 Step1Step1：系統(tǒng)連線；系統(tǒng)連線； Step2Step2：用用連續(xù)性測(cè)試儀連續(xù)性測(cè)試儀檢查連線，用檢查連線，用萬(wàn)用表萬(wàn)用表測(cè)試引腳、插頭和接測(cè)試引腳、插頭和接 地電位；地電位； Step3Step3：用示波器用示波器檢查噪聲電平和時(shí)

26、鐘頻率檢查噪聲電平和時(shí)鐘頻率，并檢測(cè)電路中的尖脈，并檢測(cè)電路中的尖脈 沖，用邏輯測(cè)試筆找出粘于沖，用邏輯測(cè)試筆找出粘于0 0或或1 1的線和浮空的線，使用電流跟蹤的線和浮空的線，使用電流跟蹤 探頭探頭尋找短路故障尋找短路故障， Step4Step4：顯示器接入地址、數(shù)據(jù)和控制線等監(jiān)視微處理機(jī)的工作；顯示器接入地址、數(shù)據(jù)和控制線等監(jiān)視微處理機(jī)的工作； Step5Step5：排除故障后，使用邏輯分析儀、微機(jī)開發(fā)系統(tǒng)來(lái)對(duì)儀器系排除故障后，使用邏輯分析儀、微機(jī)開發(fā)系統(tǒng)來(lái)對(duì)儀器系 統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。 AttentionAttention：聯(lián)調(diào)時(shí)，由于需要嚴(yán)格滿足一定時(shí)序關(guān)系的聯(lián)調(diào)時(shí)，由于需

27、要嚴(yán)格滿足一定時(shí)序關(guān)系的信號(hào)和信號(hào)和 數(shù)據(jù)很多數(shù)據(jù)很多，因此，因此需要另接更多的專用電路來(lái)產(chǎn)生這些信號(hào)需要另接更多的專用電路來(lái)產(chǎn)生這些信號(hào)。 即：在儀器系統(tǒng)中，增加一些開發(fā)的措施，形成暫時(shí)的研制系統(tǒng)，即：在儀器系統(tǒng)中，增加一些開發(fā)的措施，形成暫時(shí)的研制系統(tǒng)， 當(dāng)當(dāng)調(diào)試完成之后再把這些電路的措施去掉調(diào)試完成之后再把這些電路的措施去掉，這個(gè)在個(gè)別儀器系統(tǒng)，這個(gè)在個(gè)別儀器系統(tǒng) 中還是可以的。中還是可以的。 8.4 簡(jiǎn)易開發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)易開發(fā)系統(tǒng) 提供一個(gè)穩(wěn)定的、 可重復(fù)使用的排錯(cuò) 調(diào)試條件。 能替代用示波器等設(shè)備觀察的手工方法， 采用微機(jī)系統(tǒng)所具有的邏輯功能來(lái)觀察硬 件、軟件及硬件和軟件結(jié)合的工作情況。

28、用開發(fā)系統(tǒng)可以做到硬件和 軟件相結(jié)合的仿真調(diào)試(更接 近于真實(shí)情況)。在提供的這 種接近真實(shí)情況的硬件基礎(chǔ) 上，再用軟件手段調(diào)試醫(yī)用 儀器系統(tǒng)，對(duì)孤立故障的迅 速排除，特別有效。 Addition：開發(fā)系統(tǒng)不僅可以調(diào)試新儀器，而且可以幫助設(shè)計(jì)，因此還是開發(fā)系統(tǒng)不僅可以調(diào)試新儀器，而且可以幫助設(shè)計(jì)，因此還是 一個(gè)一個(gè)輔助設(shè)計(jì)工具輔助設(shè)計(jì)工具。這種設(shè)計(jì)，。這種設(shè)計(jì)，一方面一方面可以可以借用開發(fā)系統(tǒng)的資源及程序借用開發(fā)系統(tǒng)的資源及程序，一一 方面可論證設(shè)計(jì)初期的系統(tǒng)的合理性。方面可論證設(shè)計(jì)初期的系統(tǒng)的合理性。 微機(jī)開發(fā)微機(jī)開發(fā) 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn) 簡(jiǎn)易式開發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)易式開發(fā)系統(tǒng) “8位微型機(jī)為中心位微型

29、機(jī)為中心” 適當(dāng)?shù)耐庠O(shè)適當(dāng)?shù)耐庠O(shè)(如外部存儲(chǔ)器，儀用打印機(jī)、帶鍵盤的終端顯示器等如外部存儲(chǔ)器，儀用打印機(jī)、帶鍵盤的終端顯示器等) 接線及多芯插頭接線及多芯插頭（連接微機(jī)與儀器系統(tǒng)）（連接微機(jī)與儀器系統(tǒng)） 8.4.1 簡(jiǎn)易開發(fā)系統(tǒng)的組成 其框圖如圖8-9所示。 圖解說(shuō)明：圖解說(shuō)明：圖示開發(fā)設(shè)圖示開發(fā)設(shè) 備中，除有與儀器系統(tǒng)備中，除有與儀器系統(tǒng) 同類型的同類型的CPU以外，還以外，還 有有ROM、RAM、簡(jiǎn)易、簡(jiǎn)易 鍵盤、鍵盤、LED顯示器、并顯示器、并 行或串行行或串行IO通道，以通道，以 及及EPROM編程器編程器等。等。 連接插頭連接插頭由接線板及插由接線板及插 頭組成，它并行引出不頭組成，

30、它并行引出不 超過(guò)超過(guò)50cm的并行導(dǎo)線，的并行導(dǎo)線， 將微機(jī)的將微機(jī)的CPU和儀器和儀器 CPU的并行引線一一對(duì)的并行引線一一對(duì) 應(yīng)地應(yīng)地(或做個(gè)別交叉或做個(gè)別交叉)連接連接 起來(lái)，使儀器的存儲(chǔ)器起來(lái)，使儀器的存儲(chǔ)器 和輸入輸出設(shè)備作為和輸入輸出設(shè)備作為 微機(jī)的擴(kuò)展部分接入開微機(jī)的擴(kuò)展部分接入開 發(fā)系統(tǒng)。發(fā)系統(tǒng)。 8.4.2 簡(jiǎn)易開發(fā)系統(tǒng)的功能 大容量存儲(chǔ)器大容量存儲(chǔ)器 人機(jī)對(duì)話人機(jī)對(duì)話 豐富的軟件功能豐富的軟件功能 多個(gè)接口多個(gè)接口 強(qiáng)總線驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)總線驅(qū)動(dòng)能力 五大功能五大功能 簡(jiǎn)易開發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)易開發(fā)系統(tǒng) 在微機(jī)的監(jiān)控程序中，除有管理程序外， 還有用于開發(fā)的調(diào)試程序，如修改寄存器 和存儲(chǔ)器

31、內(nèi)容、鍵入及顯示的子程序；可 單步逐條執(zhí)行存于EPROM和RAM中程序 的操作；可在RAM中用戶程序內(nèi)設(shè)置多 個(gè)斷點(diǎn)，以便進(jìn)行分段調(diào)試。 在CRT BUG監(jiān)控程序中，還有進(jìn)行自匯 編、反匯編和跟蹤調(diào)試用的調(diào)試程序，以 便能將源程序直接鍵入微機(jī)，比手工匯編 要快、要準(zhǔn)確得多地翻譯成目標(biāo)程序，或 者反匯編成源程序并打印出清單。 可外接多種外部設(shè)備和連接可外接多種外部設(shè)備和連接CRT終端設(shè)備終端設(shè)備 對(duì)樣機(jī)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行動(dòng)態(tài)聯(lián)機(jī)調(diào)試, 步驟: 1 1、調(diào)試的準(zhǔn)備工作、調(diào)試的準(zhǔn)備工作 2 2、動(dòng)態(tài)調(diào)試、動(dòng)態(tài)調(diào)試 3 3、可靠性調(diào)試、可靠性調(diào)試 4 4、寫入、寫入EPROMEPROM 8.4.3 調(diào)試步

32、驟 1拔去樣機(jī)系統(tǒng)的CPU芯片，插入多芯插頭。 2將開發(fā)設(shè)備的地線和樣機(jī)系統(tǒng)的地線連接起來(lái)。 3兩部分共用一個(gè)時(shí)鐘和復(fù)位電路。 1接通兩部分電源，系統(tǒng)復(fù)位。 2調(diào)用開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，使用單步和斷點(diǎn)操作，進(jìn)行單拍和分段仿真調(diào)試。 3進(jìn)一步使用系統(tǒng)的有關(guān)測(cè)試手段，對(duì)樣機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全速仿真測(cè)試。 分幾個(gè)子系統(tǒng)，如基本的微處理機(jī)子系統(tǒng)、存儲(chǔ)器子系統(tǒng)、控制部分和IO接口等，執(zhí)行 更復(fù)雜的診斷程序，以驗(yàn)證樣機(jī)系統(tǒng)硬件的可靠性。 應(yīng)用系統(tǒng)高度完善后，將程序?qū)懭隕PROM，插入樣機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行再測(cè)試，直到滿意 8.4.4 調(diào)試過(guò)程中的幾個(gè)問(wèn)題 1、防止雙重尋址、防止雙重尋址 2、運(yùn)用條件匯編的方法來(lái)編寫和調(diào)試儀器

33、的程序、運(yùn)用條件匯編的方法來(lái)編寫和調(diào)試儀器的程序 3、使用交叉匯編程序研制軟件、使用交叉匯編程序研制軟件 v開發(fā)系統(tǒng)由微機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)兩部分連接而成，存在著內(nèi)存開發(fā)系統(tǒng)由微機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)兩部分連接而成，存在著內(nèi)存 空間和空間和I IO O通道口地址兩方面重疊的情況。通道口地址兩方面重疊的情況。 v防止雙重尋址最簡(jiǎn)單的做法防止雙重尋址最簡(jiǎn)單的做法 方法一：方法一：拔掉微機(jī)系統(tǒng)中重疊部分的存儲(chǔ)空間芯片，就可以對(duì) 儀器系統(tǒng)的全部?jī)?nèi)存進(jìn)行有效操作，如圖如圖8-108-10所示。所示。 方法二：方法二：在儀器的系統(tǒng)中設(shè)置“調(diào)試運(yùn)行開關(guān)”，和圖和圖 8-118-11。 v這種方法在兩者內(nèi)存空間之和不超

34、過(guò)這種方法在兩者內(nèi)存空間之和不超過(guò)64K64K字節(jié)時(shí)是可行的，這字節(jié)時(shí)是可行的，這 在許多情況下又是滿足的。在許多情況下又是滿足的。 一、防止雙重尋址一、防止雙重尋址 微機(jī)監(jiān)控程序的首地址和儀器應(yīng)用程序的首地址，大多數(shù)都是安排在 0000H單元開始。這樣就出現(xiàn)了內(nèi)存空間重疊而使系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行的現(xiàn)象。 如圖如圖8-10。防止雙重尋址最簡(jiǎn)單的做法是拔掉微機(jī)系統(tǒng)中重疊部分的 存儲(chǔ)空間芯片，就可以對(duì)儀器系統(tǒng)的全部?jī)?nèi)存進(jìn)行有效操作。 IO通道口地址重疊時(shí)，如圖8-11中下面部分所示，在低位地址I O譯碼器的某個(gè)輸入端(如A5)加入一個(gè)“調(diào)試運(yùn)行開關(guān)”。調(diào) 試時(shí)，A7A2=101000，A1A0可變，則IO

35、的的口地址由運(yùn)行 時(shí)的8083H改變?yōu)锳0A3H。 說(shuō)明 采用方法二采用方法二調(diào)試時(shí)，將儀器系統(tǒng)的物理存儲(chǔ)空間(如0000H) 安排到微機(jī)存儲(chǔ)的某段空間區(qū)域里去(如8000H)，在電路上， 只要將高位地址譯碼器能錯(cuò)開地址段的某個(gè)輸入端，如圖8- 11中所示的A15線上加入一個(gè)加入一個(gè)“調(diào)試運(yùn)行開關(guān)調(diào)試運(yùn)行開關(guān)”即可。調(diào) 試時(shí)，A15A11=10000，A10A0可變，存儲(chǔ)器的地址空間 則由運(yùn)行時(shí)的000007FFH改變?yōu)?00087FFH。別的硬件別的硬件 不需任何改動(dòng)不需任何改動(dòng)，從而大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)備大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)備。 這種方法這種方法是將編制好的源程序，運(yùn)用宏指令中的條件匯編條件匯編，按程序 運(yùn)行中應(yīng)滿足的條件和內(nèi)容的規(guī)定，在程序的宏定義體里插入插入IFIF語(yǔ)句語(yǔ)句。 Case1Case1：宏調(diào)用時(shí)本語(yǔ)句前的運(yùn)行如果正常如果正常，則匯編程序不理睬IF和 ENDIF之間的代碼塊，繼續(xù)匯編后面的程序繼續(xù)匯編后面的程序。 Case