【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行過(guò)程如下： ⑴ 用實(shí)驗(yàn)法測(cè)出被測(cè)量與傳感器之間的關(guān)系曲線 ()y f x? 。要反復(fù)測(cè)量多次，以便求出一條比較精確的關(guān)系曲線。 ⑵ 將上述曲線進(jìn)行分段，選取各個(gè)插值點(diǎn)。為了使樣點(diǎn)的選取更合理，可根據(jù)曲線的形狀采用不同的方法進(jìn)行分段。主要有兩種方法： ① 等距離分段法 等距離分段法就是沿著關(guān)系曲線的自變量 x 軸，對(duì)曲線等距離選取插值樣點(diǎn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是使公式中的 1iixx? ??常數(shù)，從而使計(jì)算變得簡(jiǎn)單，并節(jié) 省內(nèi)存。但是該方法的缺點(diǎn)是當(dāng)關(guān)系曲線的曲率和斜率變化較大時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。要減少這種誤差就必須選取更多的樣點(diǎn)，這樣勢(shì)必占用更多的內(nèi)存。并使計(jì)算時(shí)間加長(zhǎng)。 ② 非等距離分段法 這種方法的特點(diǎn)是插值樣點(diǎn)的選取不是等距離的，而是根據(jù)關(guān)系曲線的形狀及其曲率變化的大小隨時(shí)修正樣點(diǎn)的選取距離。曲率變化大時(shí)，樣點(diǎn)距離取小一點(diǎn)；反之，可將樣點(diǎn)距離增大。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以提高精度和速度，但非等距離選取樣點(diǎn)比較復(fù)雜。 ⑶ 確定并計(jì)算相鄰樣點(diǎn)之間擬合直線的斜率 ik ，并將分段 后 n 組數(shù)據(jù) ix ， iy（ i =0， 1， 2， ? ， n ）和對(duì)應(yīng)各段的斜率 ik 以表格形式存放在存儲(chǔ)器中。 ⑷ 每接收帶一個(gè)數(shù)據(jù) x 時(shí)，就查一次表，找出 x 所在區(qū)間（ ix ， 1ix? ），并取出對(duì)應(yīng)該區(qū)間的斜率 ik 。 ⑸ 計(jì)算 ? ?i i iy y k x x? ? ?，得出 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)字量的標(biāo)度變換值 y 。 應(yīng)用舉例：見(jiàn)“軟件設(shè)計(jì)”“線性化子程序”部分。 采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波 由于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比 較惡劣，干擾源較多，為了減少對(duì)采樣數(shù)據(jù)的干擾，提高系統(tǒng)的性能，一般在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前，先要對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 6 行數(shù)字濾波。 所謂“數(shù)字濾波”，就是通過(guò)特定的計(jì)算程序處理，減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中所占的比例，故實(shí)質(zhì)上就是一種程序?yàn)V波。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1) 不需要增加硬件設(shè)備，可以多個(gè)輸入通道“共用”一個(gè)濾波程序。 (2) 可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問(wèn)題。 (3) 克服了模擬濾波器的缺陷，而且通過(guò)改寫數(shù)字濾波程序，可以實(shí)現(xiàn)不同的濾波方法或改變?yōu)V 波參數(shù)，這比改變模擬濾波器的硬件要靈活方便。 中值濾波法 所謂“中值濾波”，就是對(duì)某一個(gè)被測(cè)量連續(xù)采樣 n 次（一般 n 取奇數(shù)），然后把 n 個(gè)采樣值從小到大（或從大到?。┡抨?duì)，再取中值作為本次采樣值。 中值濾波法，對(duì)于去掉脈動(dòng)性質(zhì)的干擾比較有效，但是，對(duì)快速變化過(guò)程的參數(shù)（如流量等）則不宜采用。 算術(shù)平均值濾波 算術(shù)平均值法是尋找這樣一個(gè) Y 作為本次采樣的平均值，使該值與本次各采樣值間誤差的平方和最小，即 E? min 21Nii e????????=min ? ?21Nii YX????????? 由一元函數(shù)求極限原理得 11 N iiYXN ?? ? 式中 Y —— N 次采樣的算術(shù)平均值； iX —— 第 i 次采樣值； N —— 采樣次數(shù)。 算術(shù)平 均值法適用于對(duì)壓力、流量一類信號(hào)的平滑處理，這類信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)，在這種情況下，僅取一個(gè)采樣值作為依據(jù)顯然是不準(zhǔn)確的。算術(shù)平均法對(duì)信號(hào)的平滑程度完全取決于 N 。當(dāng) N 較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度低；當(dāng) N 較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高。應(yīng)視具體情況選取 N ，以便既少用時(shí)間，又 達(dá)到最好的效果。對(duì)于流量，通常取 N =12；對(duì)于壓力，則取 N =4；溫度如無(wú)噪聲可以不平均。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 7 加權(quán)平均濾波法 算術(shù)平均值法對(duì)每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即 1/ N ，實(shí)際上有些場(chǎng)合需要用加權(quán)遞推平均法，即用下式求平均值 0 0 1 1 2 2 ... NNY a x a x a x a x? ? ? ? ? 式中 01, ,..., Na a a 均為常數(shù)且應(yīng)滿足 下式 010 ... Na a a? ? ? ?和 0 1 2 ... 1Na a a? ? ? ? ? 加權(quán)遞推平均值法適用于系統(tǒng)純滯后時(shí)間常數(shù) ζ較大、采樣周期較短的過(guò)程，它對(duì)于不同采樣時(shí)間得到的采樣值分別給予不同的加權(quán)系數(shù)，以便能迅速反映系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度。但采用加權(quán)平均法需要測(cè)試不同過(guò)程的純滯后時(shí)間ζ并輸入計(jì)算機(jī)，同時(shí)要不斷計(jì)算各系數(shù)，故會(huì)導(dǎo)致過(guò)多地調(diào)用乘、除、加子程序，增加了計(jì)算量，降低了處理速度，因而它的實(shí)際應(yīng)用不如算術(shù)平均值法廣泛。 一階滯后濾波法（慣性濾波法） 在模擬輸入通道中，常用一階低通 RC 濾波器來(lái)削弱干擾。但不宜用這種模擬算法對(duì)低頻干擾進(jìn)行濾波，原因在于大時(shí)間常數(shù)及高精度的 RC網(wǎng)絡(luò)不易制作，因?yàn)闀r(shí)間常數(shù)ζ越大，必然要求 R的值越大，且漏電流也隨之增大。而慣性濾波法是一種以數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)低通濾波的動(dòng)態(tài)濾波方法，它能很好地克服上述缺點(diǎn)，在濾波常數(shù)的要求大的場(chǎng)合，這種方法尤為實(shí)用。 慣性濾波的表達(dá)式為 1(1 )n n nY X Y?? ?? ? ? 式中 X —— 第 n 次采樣值； 1nY? —— 上次濾波結(jié)果輸出值； nY —— 第 n 次采樣后濾波結(jié)果輸出值； ? —— 濾波平滑系數(shù)， /( )ST? ? ??? ? —— 濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)； ST —— 采樣周期 。 通常采樣周期 ST 遠(yuǎn)小于濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù) ? ，也就是輸入信號(hào)的頻率高，而濾波器的時(shí)間常數(shù)相對(duì)地大。 ? ， ST 的選擇可根據(jù)具體情況確定，只要使被濾內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 8 波的信號(hào)不產(chǎn)生明顯的波紋即可。 另外可以采用雙字節(jié)計(jì)算，以提高運(yùn)算精度。 慣性濾波法適用于波動(dòng)頻繁的被測(cè)量的濾波，它能很好地消除周期性干擾，但也帶來(lái)了相位滯后，滯后 角的大小與 ? 的選擇有關(guān)。 防脈沖干擾復(fù)合濾波法 這種方法兼容了算術(shù)平均值法和中值濾波法的優(yōu)點(diǎn)。它既可以去掉脈沖干擾，又可對(duì)采樣值進(jìn)行平滑處理。在高、低數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，它都能削弱干擾，提高數(shù)據(jù)處理質(zhì)量。當(dāng)采樣數(shù)為 3時(shí)，它便是中值濾波法。 以上介紹了幾種常用的數(shù)字濾波方法，每種方法都有其各自的特點(diǎn)，可根據(jù) 具體的被測(cè)物理量選用。在考慮濾波效果的前提下，盡量采用計(jì)算時(shí)間短的方法。如果時(shí)間允許，則可采用復(fù)合濾波法。 值得說(shuō)明的是，數(shù)字濾波固然是 消除干擾的好方法，但并不是任何一個(gè)系統(tǒng)都需要進(jìn)行數(shù)字濾波。有時(shí)采用不恰當(dāng)數(shù)字濾波反而會(huì)適得其反，造成不良影響。如在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用數(shù)字濾波會(huì)把偏差濾掉，使系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)作用。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)時(shí)，采用哪一種濾波方法，或者要不要數(shù)字濾波，一定要根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，不要憑想象行事。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 凌陽(yáng) 16 位單片機(jī) 凌陽(yáng) 16位單片機(jī) 的 CPU內(nèi)核采用凌陽(yáng)最新推出的 181?！痭SP ?（ Microcontroller and Signal Processor） 16位微處理器芯片（以下簡(jiǎn)稱 181。’nSP ?）。圍繞 181。’nSP?所形成的 16位 181?！痭SP ?系列單片機(jī)（以下簡(jiǎn)稱 181?！痭SP ?家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以 181?！痭SP ?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的 ROM、 RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件，如圖 。 圖 181。’nSP ?家族的模塊式結(jié)構(gòu) 181?！痭SP ?內(nèi)核是一個(gè)通用的核結(jié)構(gòu)。除此之外的其它功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，亦即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無(wú)。借助這種通用結(jié)構(gòu)附加可選結(jié)構(gòu)的積木式的構(gòu)成，便可形成各種不同系列派生產(chǎn)品，以適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合。這樣做無(wú)疑會(huì)使每一種派生產(chǎn)品具有更強(qiáng)的功能和更低的成本。 181?！痭SP ?家族有以下特點(diǎn) : ? 、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展 181?！痭SP ?家族把各功能部件模塊化地集成在一個(gè)芯片里，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，因而減少了各功能部件之間的連線，提高了其可靠性和抗干擾能力。另外，模塊化的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)擴(kuò)展，以適應(yīng)不同用戶的需求。 ? 181?！痭SP ?家族的中斷系統(tǒng)支持 10個(gè)中斷向量及 10余個(gè)中斷源，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 10 領(lǐng)域。 ? 181。’nSP ?家族片內(nèi)帶有高尋址能力的 ROM、靜態(tài) RAM和多功能的 I/O口。另外，181。’nSP ?的指令系統(tǒng)提供具有較高運(yùn)算速度的 16位 16位的乘法運(yùn)算指令和內(nèi)積運(yùn)算指令，為其應(yīng)用增添了 DSP功能，使得 181?！痭SP ?家族運(yùn)用在復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理方面既很便利，又比專用的 DSP芯片廉價(jià)。 ? 、效率高的指令系統(tǒng) 181?！痭SP ?指令系統(tǒng)的指令格式緊湊，執(zhí)行迅速 ,并且其指令結(jié)構(gòu)提供了對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的支持 ,這可以大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間。 ? 、低電壓 181。’nSP ?家族采用 CMOS制造工藝，同時(shí)增加了軟件激發(fā)的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了其功耗。另外， 181?！痭SP ?家族的工作電壓范圍大，能在低電壓供電時(shí)正常工作，且能用電池供電。這對(duì)于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。 SPCE061A 簡(jiǎn)介 [1] 總述 SPCE061A 是繼 181?！痭SP ?系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款 16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與 SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能， SPCE061A里只內(nèi)嵌 32K字的閃存（ FLASH）。較高的處理速度使 181。’nSP ?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與 SPCE500A相比，以 181?！痭SP ?為核心的 SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。 性能 ? 16位 181?！?nSP?微處理器； ? 工作電壓 (CPU) VDD為 (I/O) VDDH為 ? CPU時(shí)鐘： ； ? 內(nèi)置 2K字 SRAM， 32K FLASH； ? 可編程音頻處理； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 11 ? 晶體振蕩器 。 ? 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài) )，耗電僅為 2181。A/； ? 2個(gè) 16位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值 )； ? 2個(gè) 10位 DAC(數(shù) 模轉(zhuǎn)換 )輸出通道； ? 32位通用可編程輸入 /輸出端口； ? 14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器 A / B，時(shí)基， 2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； ? 具備觸鍵喚醒的功能； ? 使用凌陽(yáng)音頻編碼 SACM_S240方式 ( /秒 )，能容納 210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)； ? 鎖相環(huán) PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； ? 32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘； ? 7通道 10位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和單通道聲音模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器； ? 聲音模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制 (AGC)功能； ? 具備串行設(shè)備接口； ? 具有低電壓復(fù)位 (LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè) (LVD)功能； ? 內(nèi)置在線仿真電路 ICE（ In Circuit Emulator）接口； ? 具有保密能力； ? 具有 Watch Dog功能。 結(jié)構(gòu)概覽 圖 SPCE061A的結(jié)構(gòu) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 12 芯片的引腳排列和說(shuō)明 SPCE061A有兩種封裝片，一種為 84個(gè)引腳， PLCC84封裝形式；它的排列如 所示；另一種為 80個(gè)引腳， LQFP80封裝。它的排列如 圖 。 圖 SPCE061A LQFP80封裝引腳排列圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文） 13 圖 SPCE061APLCC84封裝排列 圖 SPCE061A PLCC84實(shí)物圖 在 PLCC84封裝中，有 15個(gè)空余腳，用戶使用時(shí)這 15個(gè)空余腳懸浮。在 LQFP80封裝中有 9個(gè)空余腳，用戶使用時(shí)這 9個(gè)空余腳接地。 此處以 LQFP80封裝管腳功能介紹。 表 管腳描述表 管腳名稱 管腳編號(hào) 類型 描述 IOA[15:8] 46~39 輸入輸出 IOA[15:8]：雙向 IO 端口 IOA[7:0] 34~27 輸入輸出 IOA[7:0]：通過(guò)編程，可設(shè)置成喚醒管腳 IOA[6:0]：與 ADC Line_In 輸入共用 輸入輸出 IOB[15:11] 50~54 輸入輸出 IOB[15:11] ：雙向 IO 端口。 IOB10 57 輸入輸出 IOB10：通用異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送管腳 T IOB9 58 輸入輸出 IOB9： TimerB 脈寬調(diào)制輸出管腳 BPWMO IOB8 59 輸入輸出 IOB8： TimerA 脈寬調(diào)制輸出管腳 APWMO IOB7 60 輸入輸出 IOB7：通用異步串行數(shù)據(jù)接收管腳 Rx IOB6 61 輸入輸出 IOB6：雙向 IO 端口 IOB5 62 輸入輸出 IOB5：外部中斷源 EXT2 的反饋管腳 IOB4 63 輸