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正文內(nèi)容

題t目:基于凌陽(yáng)61板的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(編輯修改稿)

2025-01-06 22:34 本頁(yè)面
 

【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
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