如何用单片机实现对传感器信号的非线性补偿

aa317wk272010-03-17 13:44:03

（一）设计思路

1．测量方法：

多周期同步测量法( 倒数计数器法)从根本上消除了±1误差,实现了等精度测量

2．实现技术的选择：

硬件实现法（可选的器件有通用的SSI/MSI/LSI集成电路、专用集成电路、可编程逻辑器件——如isPLD器件等）；

软件实现法（可选的平台有PC机、单片机、DSP器件等）

将这两种结合来实现设计要求。

3．信号发生器的选择（频率范围900—1300.0（KHz））

SG-4162AD高频信号发生器/计频器：频率范围：100KHZ-150MHZ◆分6档三次谐波到4 50MHZ±5%◆输出电压：100MVRMS◆低频输出：1KHZ2VRMS3．大概的系统设计原理框图：（二）子系统设计

1．输入通道的设计。输入通道是由前置放大器和整形器组成的，所以要对前置放大器的增益和带宽指标进行估计。为了能准确测量信号，将输入信号经过一个放大整形电路。其具体实施方案为：将输入信号经过LM358运放放大，再通过74LS132整形，此时的信号还不能直接送入单片机，这是因为在硬件上CPU对INT0和INT1引脚的信号不能控制，解决这个问题要通过硬件，再配合软件来解决。

2．预置闸门时间发生电路设计。闸门时间的确定，可以先由一个555定时器产生一个脉冲信号，将555产生的脉冲信号送入到74LS90十进制计数器当中，由于74LS90具有二-五进制混合计数的功能，所以可以用它来实现五进制计数，将74LS90的输出接到3—8线译码器74LS138的输入端，再将译码器的输出端接上五个发光二极管，这样就可以实现硬件上的闸门时间控制。但是考虑到硬件实现上的复杂性，可以通过软件上来实现，就是将五个发光二极管直接接到单片机的P1口由软件上来实现，通过按键来改变它的闸门时间。

3．数码显示电路的设计。该部分电路是由单向八位移位寄存器74LS164和数码管组成的。同时还要显示频率和周期的单位，所以还需再级联一块74LS164，在74LS164的输出端接六个单位指示灯，分别表示周期频率的三个不同的单位数量级，即周期单位s，ms，μs和频率单位Hz，KHz及MHz。移位寄存器的时钟信号是由单片机的串行输出口TXD脚控

1．单片机系统的选择：

单片机子系统(根据下列要求选用AT89C51)

①由+5V电源供电，I/O口与TTL电平兼容，并有足够数目的I/O口；②要有丰富的四则算术运算和逻辑运算指令，指令执行速度要快；③片内除RAM外还要有EPROM；④至少有两个16位的定时器/计数器；⑤有外部中断输入引脚；⑥具有串行通信口；⑦价格要低廉其中输入通道组成框图如下：被测信号边沿选择电路：被测信号边沿选择电路的工作波形图：三、软件设计

（一）软件主程序流程图(见图）

（二）子程序的设计

1．键盘中断服务子程序。因该频率计的测量项目较多，所以在系统初始化时，将默认测量项目设置为测频，且预置闸门时间设置为1ms。具体做法就是在主程序的系统初始化部分，将测频选择键的键值以及预置闸门时间设置代码写入单片机RAM单元中去。这样开机后即使用户没有选择任何测量项目键，也能进行频率测量。

2．软件计数器子程序。该频率计所需要的不同闸门预置时间信号是由单片机产生的。由于预置闸门时间的范围很宽，最大值为10s，最小值为1ms，仅用单片机中的定时器硬件是不能实现的，需采用软硬件相结合的方法来实现。其具体实现方案为将C/T0定时器/计数器设置为由引脚高电平启动的方式1定时器T0，初始化将其初值设为0.该计数器的启动过程如下：主程序首先将单片机P1.6脚置为高电平（逻辑1）发出预置闸门信号，该信号经同步电路而产生高电平的同步门信号，从而使单片机引脚变为高电平，C/T0定时器中的计数器就被启动开始计数。

3．数据处理子程序。当事件计数器和时间计数器的计数值NA，NB被读到单片机中后，通过调用数据处理子程序，根据过去读入并保存在单片机RAM单元中的测量项目的键值，预置闸门值代码，判断出所要测量的参数项目，对计数值NA，NB进行相应的处理，求出所测参数的值和单位，最后应将参数值转换为十进制数，再转换为驱动LED数码显示器的段码（每位包含5个数字段码和1个小数点）以及驱动三个单位符号指示灯之一的位码，作为显示子程序的输入数据，存放在9个RAM单元组成的显示缓冲区中。对计数值NA，NB的处理运算要用到除法和乘法，为了提高运算精度，应当采用浮点运算。显然，采用C 语言来编写这些运算程序可大大提高编程效率。计数式测频的原理方框图：四、结论

本系统采用大规模集成电路设计，用C51语言编程，实现了对不同波形、不同频率信号的测量。