智能仪器复习提纲1

1.测量相位的原理及编程；软件分析法假如被测信号是不含直流分量的标准的正弦波X1和X2，用同步采样的方法将两路信号量化，对其进行分析，求得X1的两个同类过零点、求得X2的一个同类过零点（这里同类过零点是指都是由正到负或都是由负到正的过零点），由采样频率和采样点数通过X1的两个同类过零点求得信号的周期T，通过X1的过零点与X2的过零点之间的时间差ΔT。

这种方法是借助数据采集来完成的，其精度受采样点数和采样频率的限制，但在需要同步采样的场合可以兼而求得，如图3. 5b为一种对相位信号进行检测的采集电路，图中SHA 为采样保持放大器，AD为A/D转换器，μP为微处理器。

过零比较器法设X1、X2为不含直流分量得正弦波或三角波，将X1、X2分别经过两个过零比较器变为方波，利用两个方波的上升沿或下降沿的时间差和其中一个方波的周期可求得相位，算法如上。

用中断法通过过零比较器输出的下降沿求相位的电路，所采用运算放大器无特殊要求.这里要求单片机内部定时器的计数频率与被测信号频率相比足够高，例如相位测试分辨率为0.1º，定时器的时钟频率应为被测信号频率的3600倍。

2.多通道数据采集系统的不同结构形式及其应用场合；当被测信号有多路时采用多通道结构 ； 分为并行结构和共享结构；多通道并行结构常用于模拟信号频率很高且各路必须同步采样的高转换速率系统； 多通道共享结构分为共享S/H 和A/D 和共享AD ，当各路模拟输入信号不需要同时获取时可共享S/H 和A/D ，当各路模拟输入信号需要同时采样时，可共享A/D3.单片机向串行打印机传送数据的编程方法；事先确定所打字符的标准机内码，机内码由打印机接收后，自动寻找机内的字模并打印出来。

具体来讲首先要初始化包括建立机内码表，串口初始化，波特率设置等，程序开始后循环检查打印机状态，当打印机空闲时，单片机发送数据，打印机接收数据并打印4.标度变换的方法、计算公式及编程；分为线性标度变换和非线性变换；线性变换公式为A X =(A m -A 0)NoNm No Nx --+A 0其中A 0为仪表的下限，A m 为上限，A X 为实际测量值，N 0为A 0对应的数字量，N m 为A m 对应的数字量。

课本例题：在某压力测量系统中，压力测量仪表的量程为400~1200Pa采用8位A/D 转换器，经计算机采样及数字滤波后的数字量为ABH ，求此时的压力值。

（P 163）解：A X=（1200-400）×174/255+400=936（PA）其他例题：温度控制系统中温度控制范围为30~42，采用四位数码管显示，显示精度0.05。

温度传感器在30~42范围内线性良好，经放大调理后进行八位A/D转换，温度y 与转换结果x之间的关系为y=0.05x+30。

即温度为30时转换结果为0（00H），温度为31时转换结果为20（x=14H）。

写标度变换的定点算法子程序。

解：ADC DATA 30H ；温度采样值WDH DATA 31H ；温度显示值整数（BCD码）WDL DATA 32H ；温度显示值小数（BCD码）BDBH：MOV A，ADC ；取温度采样值MOV B，#20 ；每度采样值为20DIV AB ；求整数部分MOV WDL，B ；暂存余数ADD A，#30 ；整数部分加基数30LCALL HBCD ；转换为BCD码MOV WDH，A ；保存整数部分MOV A，WDL ；取余数部分MOV B，#5 ；每个采样值相当于0.05MUL AB ；计算小数部分LCALL HBCD ；转换为BCD码MOV WDL，A ；保存小数部分RET5.零点误差和增益误差自动校正的原理、电路及计算公式的推导；零点误差：将校准源零输出接到多用表的输入端，进入零点校准模式，此时多用表将选定功能的某一量程上的零点漂移测出并存入校准存储器，正常测量时，只要从存储器中提取此参数，并从读数中减去就得到了修正。

电路还暂时未找到增益误差：微处理器通过输出口控制使仪器输入端接地，启动一次测量得到测量值N0，此值便是仪器衰减器、放大器、A／D转换器等模拟部件所产生的零位输出值N0。

微处理器通过输出口又控制输入接基准电压VR，测得输出数据为NR，将N0、NR存入RAM的确定单元中；使仪器输入端接被测信号Vx，此时的测量值为Nx，则测量结果为：此为电路图6.提高A/D转换器分辨率的方法；如果理想ADC输入为直流电压，那么多次采样得到的数字输出值总是相同的，而且分辨率受量化误差的限制。

如果在这个直流输入信号上叠加一个交流信号（如果模拟输入电压本身是交流信号，则不必另叠加交流信号），并用比该交流信号频率高得多的采样频率进行采样，此时得到的数字输出值将是变化的，用这些采样结果的平均值表示ADC 的转换结果能得到高得多的采样分辨率，这种采样频率远高于输入信号频率的技术称为过采样技术，过采样技术可提高ADC的分辨率。

利用过采样技术，噪声整形技术，数字滤波技术以很低的采样分辨率和很高的采样速率将模拟信号数字化，将高分辨率的转换问题简化为低分辨率的转化问题，可以提高有效分辨率7.冒泡法数据排序的基本原理；在有N个数据的数列中依次比较两个相邻的一对数据，如果不符合规定的递增(或递减)顺序，则交换两个数据的位置，接着比较第二对(第二个和第三个数据)，直到数列所有的数据依次比较完毕后，第一轮比较结束，这时最大(或最小)的数据降到数列中最后的位置。

第一轮排序需要进行(N一1)次比较同理，第二轮比较需要进行(N一2)次比较，第二轮结束后，次最大(或最小)的数据排在底部往上第二位置上。

重复上述过程，直至全部排完，从而实现这组数据由大到小（或由小到大）的顺序排列。

8.各种平均值滤波方法的原理及编程；算术平均值滤波：算术平均值滤波就是连续取N个采样值进行算术平均。

其数学表达式为：式中，N为采样次数，yi为第i次采样值。

显然N越大，结果越准确，但计算时间也越长。

这种滤波方法适用于对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑加工，但对脉冲性干扰的平滑作用不理想，不宜用于脉冲性干扰较严重的场合。

程序举例：设N值存放于R0中，Xi为三字节浮点数，它由数据读入子程序RDXI读入到单片机80c51的当前工作寄存区是我R7（阶）R4R5中，RDXI可按照Xi的实际输入方法编制。

程序如下：FA VG：MOV R6，#40H ；设置初值MOV R2，#0MOV R3，#0MOV A，R0 ；N值保存到堆栈PUSH ACCFLOP: LCALL RDXI ；读入XiCLR 3AH ；执行加法LCALL FABP ；R6R2R3+R7R4R5->R4R2R3MOV A，R4MOV R6，ADJNZ R0，FLOPLCALL FSTR ;存放累加和POP ACC ；恢复NMOV R2，#0MOV R3，AINC SP ；调整栈指针MOV A，SPXCH A，R1MOV R0，AINC SPINC SPCLR 3CHLCALL INTF ；N转换成浮点数LCALL FDIV ；计算Y值MOV A，R0MOV R1，ALCALL FSTR ；存放平均值DEC SP ；恢复栈指针DEC SPRET递推平均值滤波：把N个测量数据y1、y2．．．、yN看成一个队列，队列的长度固定为N，每进行一次新的测量，把测量结果作为队尾的yN，而扔掉队首的y1，这样在队列中始终有N个―最新‖数据。

计算滤波值时，只要把队列中的N个数据进行算术平均，就可以得到新的滤波值，这样，每进行一次测量，就可以计算得到一个新的平均滤波值，其数学表达式：程序：#include<reg51.h>#include<abacc.h>uchar data sample; /*定义采样值*/uchar data aver;uchar filtering(void) /*递推平均滤波子函数，由主函数调用*/{uchar idata *addr_x;int I;uchar data count=0x0c; /*设值采样值个数*/uchar data sum=0;addr_x=0x30; /*定义采样值存储单元首地址*/for(i=1;I<=count-1;i++){*(addr_x+i-1)=*(addr_x+i);sum=sum+(*(addr_x+i-1));}*(addr_x+count-1)=sample; /*将新采样值送到采样值存储单元末地址*/aver=(sum+sample)/count; /*求平均值*/}加权递推平均值滤波：为了提高滤波效果，可将各次采样值取不同的比例系数后再相加，这种方法被称为加权平均滤波法。

其运算关系式为ci为加权系数，对它的选取应满足：9.单片机对A/D和D/A通道进行自检的方法及电路；输入通道：变送器部分的自检：若变送器内部或接线盒端子短路，V in为24V，此时ADC 转换的数字量为满量程(即数字量最大)；若变送器内部或接线盒端子开路，V in 为0 V，此时ADC转换的数字量为最小(通常为零)。

ADC部分的自检：将参考电源接至A/D转换器的输入端，启动测量，将此次采样结果再同ROM中的预定值加以比较，若误差在许可范围内，则AD转换器正常，否则可以判定AD转换器出现故障。

变送器与ADC连接图输出通道：采用间接参数判断法：指根据模拟量输入通道的采样值的变化情况来判断模拟量输出通道或开关量输出通道是否正常。

10.测量信号占空比的编程要点；参考P76_79页的程序设测试的时间为变量test_time，时间单位为MS，单片机选用89C52，使用C 语言测得时间的程序如下：头文件定义：#include <AT89X52.h>sbit bit_v = P3^2;unsigned int T1_flow_counter;float test_time;bit data test_begin = 0;该程序用Timer1作为定时计数器，为了防止溢出设置一个软件计数器T1_flow_counter，Timer1每中断一次T1_flow_counter就自动加1，在Timer1中断程序中完成。

主程序部分：void main(void){//------------------通用初始化--------------------TH1 = 0x64; //主频12MHz 时，T1方式2 作0.1ms秒定时TL1 = 0x64; //TC=12000000/12/100(64h)=10000HZ, 自动装载TMOD = 0x20; //T1方式2EA = 1;while(1){//-----------------------主循环---------------------if(!bit_v && !test_begin){TR1 = 1; //开始Timer1test_begin = 1; }if(test_begin && bit_v){TR1 = 1; //停止Timer1test_time = (T1_flow_counter*65536 + TH1*256 +TH1)/10.0;test_begin = 0;}}//-----------------------主循环结束-----------------------}//Timer1中断程序void T1_int(void) interrupt 3{T1_flow_counter++;}11.直流电压表的测量原理及扩展电路；12.直流电流表的扩展原理及测量电路；13.测量电容的基本原理及测量电路；积分法测电容：积分法求电容的思路和积分法求电阻的思路相同，图3.20为积分器的部分电路相位法测电容：相位法测电容如图3.21，先由微处理器控制D/A变换器产生正弦波Ao，Ao一路通过纯电阻分压电路产生电压信号A1，一路通过被测电容Cx与标准电阻Ro的分压电路产生电压A2, A2与A1之间必产生相位差，设A1的相位为0，A2与A1的相位差为：由此式通过计算反函数可以求得Cx。