第5章测量算法与系统优化设计概要.docx

第5章 测量算法与系统优化设计 测量算法 测量精确度的提高 智能仪器的低功耗设计 智能仪器的抗干扰设计 习题与思考题 课时安排：8学时 知识点：测量算法，随机误差及其常用的处理方法，数字滤波，系统误差及常用的处理 办法，系统的低功耗设计和抗干扰设计 重 点：常用的测量算法，系统的低功耗设计，系统的软件抗干扰设计。 难 点：根据实际情况有针对性的提出系统的低功耗设计、抗干扰设计方案。 教学方法：以课堂讲授方式进行教学， 因为本章内容较多， 课时有限，所以在内容安排上应 做适当的取舍，做到详略得当，轻重有别，甚至有些内容留给学生自学，这样既 可以节省一些时间， 也可以培养学生的自学能力。 在授课方法上，同样要采用启 发式、互动式、讨论式进行。 本章对学生的要求： 本章主要介绍智能仪器中的常用算法和性能优化设计， 包括操作自动化，高精度、低功 耗、高抗干扰的设计等， 是实现仪器智能化的重要手段和主要内容， 在本课程中占有重要的 地位。因为内容较多，进度较快，所以要求学生上课认真听讲、积极思维，跟上老师讲课的 进度。课后及时复习，并查阅相关资料、进行自学。一方面可培养自学能力，另一方面对于 相应的问题（内容）做些了解，以扩大知识面。 5.1测量算法 测量算法：为仪器实现测量功能所编制的各种程序。 5.1.1量程选择 1、 手动选择量程：通过键盘输入量程命令，CPU据此输出相应的开关量设置仪器的量程。 2、 自动选择量程：CPU根据被测量的大小自动选择适当量程。流程如下图。 ■ am 125* ；4 「 CT 3、由系统控制器选择量程： 系统控制器通过GP-IB总线向仪器发布量程命令，仪器内部的 CPU据此命令送出开 关量选择相应的量程。 5.1.2极限判断与越限报警 智能仪器自动检测参数，并判断被测参数是否超出某个界限。极限判断与越限报警 就是将每个被测参数与事先规定的上、 下限进行比较，根据比较结果，做出相应的判断, 并给出分类操作和报警。 下图是极限判断与越限报警流程图。 5.1.3自检算法 智能仪器可进行自测试和自诊断，即自检操作。 自检操作是仪器自动检测电路中一些测试点， 这些测试点在电路正常时的测试值设计 时存在ROM中。 自检过程中 CPU把当时测试值与正常值比较，若相等或误差在允许范围内，则显示 PASS （通过），否则显示错误（用代码表示故障部位） 。 自检分三类：开机自检、周期性自检、键控自检。 1、开机自检 电源接通（或仪器复位）就进行一次，在以后的测量过程中不再进行。主要检查显 示器、接插件、RAM、ROM等。如果正常，面板显示器全亮，即 888……或显示仪 器的某些特征字符； 如不正常，则显示故障代号提醒用户。 2、周期性自检 为使仪器一直处于最佳的工作状态，大部分自检操作需在测量过程中周期性地重复进行。通常是在每次测量间歇插入一项自检操作，多次测量之后便可完成仪器的全部自 检项目，周而复始。 将自检例程TSTi（自检操作子程序入口）按自检序号 TNUM顺序列成自检项目表, 如图所示： 自检项目表 自检时根据自检序号和自检项目表的首址 TPT找到自检例程，控制便转向该项自检 操作。程序中设置故障标志 TFi，检测有故障则置1，否则清0。 图5-3进行一项自检操作流程图 图5-4包括自检的系统操作流程图 3、键控自检 即在仪器面板上设置自检按键，用来启动自检程序，微处理器根据按键译码后转到 相应的自检程序，执行自检操作。 5.1.4标度变换 非电量检测一般均通过传感器转换为电量，再经过 A/D转换得到相应的数字量。在 人机界面中必须以有单位的十进制数显示或打印出来。 标度变换：完成从数字量到有单位的十进制数据转换过程。标度变换有线性变换和 非线性变换两种。 1.线性变换 若传感器的输出与被测量具有较好的线性关系可采用线性标度变换算法。 若被测量的变换范围为 A0?Am，物理量的实际测量值为 Ax , A0对应的数字量 为NO, Am对应的数字量为 Nm , Ax对应的数字量为 Nx，则标度变换公式为： Ax=(Am — AO )(Nx — N0)/(Nm — NO )+A0 通过一定的处理可以使被测参量的起点 A0对应A/D转换值NO为0,这样上式就变 为： Ax= (Am — AO) (Nx/Nm) + AO 2.非线性变换 若传感器的输出与被测量不成线性关系宜采用非线性标度变换。 如果这种非线性关系可以用数学表达式描述，则可用数学运算来完成非线性标度变 换。 为了保证运算精度，非线性标度变换算法多采用浮点运算。 如果传感器的非线性不能用数学表达式描述，则只好用表格来处理。表格中的数据 通过定标来获得，这时非线性标度变换可通过查表和插值运算来完成。 5.1.5智能仪器的软件主流程实例 某数字多用表可测交/直