【文章內(nèi)容簡介】 行過程如下： ⑴ 用實驗法測出被測量與傳感器之間的關(guān)系曲線 ()y f x? 。要反復(fù)測量多次，以便求出一條比較精確的關(guān)系曲線。 ⑵ 將上述曲線進行分段，選取各個插值點。為了使樣點的選取更合理，可根據(jù)曲線的形狀采用不同的方法進行分段。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，對曲線等距離選取插值樣點。這種方法的優(yōu)點是使公式中的 1iixx? ??常數(shù)，從而使計算變得簡單，并節(jié) 省內(nèi)存。但是該方法的缺點是當關(guān)系曲線的曲率和斜率變化較大時，將會產(chǎn)生較大的誤差。要減少這種誤差就必須選取更多的樣點，這樣勢必占用更多的內(nèi)存。并使計算時間加長。 ② 非等距離分段法 這種方法的特點是插值樣點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修正樣點的選取距離。曲率變化大時，樣點距離取小一點；反之，可將樣點距離增大。這種方法的優(yōu)點是可以提高精度和速度，但非等距離選取樣點比較復(fù)雜。 ⑶ 確定并計算相鄰樣點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 ）和對應(yīng)各段的斜率 ik 以表格形式存放在存儲器中。 ⑷ 每接收帶一個數(shù)據(jù) x 時，就查一次表，找出 x 所在區(qū)間（ ix ， 1ix? ），并取出對應(yīng)該區(qū)間的斜率 ik 。 ⑸ 計算 ? ?i i iy y k x x? ? ?，得出 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)字量的標度變換值 y 。 應(yīng)用舉例：見“軟件設(shè)計”“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)實驗現(xiàn)場的環(huán)境比 較惡劣，干擾源較多，為了減少對采樣數(shù)據(jù)的干擾，提高系統(tǒng)的性能，一般在進行數(shù)據(jù)處理之前，先要對采樣數(shù)據(jù)進內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 行數(shù)字濾波。 所謂“數(shù)字濾波”，就是通過特定的計算程序處理，減少干擾信號在有用信號中所占的比例，故實質(zhì)上就是一種程序濾波。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優(yōu)點： (1) 不需要增加硬件設(shè)備，可以多個輸入通道“共用”一個濾波程序。 (2) 可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問題。 (3) 克服了模擬濾波器的缺陷，而且通過改寫數(shù)字濾波程序，可以實現(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”，就是對某一個被測量連續(xù)采樣 n 次（一般 n 取奇數(shù)），然后把 n 個采樣值從小到大（或從大到?。┡抨牐偃≈兄底鳛楸敬尾蓸又?。 中值濾波法，對于去掉脈動性質(zhì)的干擾比較有效，但是，對快速變化過程的參數(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 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 均值法適用于對壓力、流量一類信號的平滑處理，這類信號的特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動，在這種情況下，僅取一個采樣值作為依據(jù)顯然是不準確的。算術(shù)平均法對信號的平滑程度完全取決于 N 。當 N 較大時，平滑度高，但靈敏度低；當 N 較小時，平滑度低，但靈敏度高。應(yīng)視具體情況選取 N ，以便既少用時間，又 達到最好的效果。對于流量，通常取 N =12；對于壓力，則取 N =4；溫度如無噪聲可以不平均。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 加權(quán)平均濾波法 算術(shù)平均值法對每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即 1/ N ，實際上有些場合需要用加權(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)純滯后時間常數(shù) ζ較大、采樣周期較短的過程，它對于不同采樣時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)當前所受干擾的嚴重程度。但采用加權(quán)平均法需要測試不同過程的純滯后時間ζ并輸入計算機，同時要不斷計算各系數(shù)，故會導(dǎo)致過多地調(diào)用乘、除、加子程序，增加了計算量，降低了處理速度，因而它的實際應(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 濾波器來削弱干擾。但不宜用這種模擬算法對低頻干擾進行濾波，原因在于大時間常數(shù)及高精度的 RC網(wǎng)絡(luò)不易制作，因為時間常數(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)字形式實現(xiàn)低通濾波的動態(tài)濾波方法，它能很好地克服上述缺點，在濾波常數(shù)的要求大的場合，這種方法尤為實用。 慣性濾波的表達式為 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)的時間常數(shù)； ST —— 采樣周期 。 通常采樣周期 ST 遠小于濾波環(huán)節(jié)的時間常數(shù) ? ，也就是輸入信號的頻率高，而濾波器的時間常數(shù)相對地大。 ? ， 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)計說明書（畢業(yè)論文） 8 波的信號不產(chǎn)生明顯的波紋即可。 另外可以采用雙字節(jié)計算，以提高運算精度。 慣性濾波法適用于波動頻繁的被測量的濾波，它能很好地消除周期性干擾，但也帶來了相位滯后，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。它既可以去掉脈沖干擾，又可對采樣值進行平滑處理。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。當采樣數(shù)為 3時，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，可根據(jù) 具體的被測物理量選用。在考慮濾波效果的前提下，盡量采用計算時間短的方法。如果時間允許，則可采用復(fù)合濾波法。 值得說明的是，數(shù)字濾波固然是 消除干擾的好方法，但并不是任何一個系統(tǒng)都需要進行數(shù)字濾波。有時采用不恰當數(shù)字濾波反而會適得其反，造成不良影響。如在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用數(shù)字濾波會把偏差濾掉，使系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)作用。因此，在設(shè)計數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)時，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)實驗來確定，不要憑想象行事。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 凌陽 16 位單片機 凌陽 16位單片機 的 CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的 181。’nSP ?（ Microcontroller and Signal Processor） 16位微處理器芯片（以下簡稱 181?！痭SP ?）。圍繞 181?！痭SP?所形成的 16位 181。’nSP ?系列單片機（以下簡稱 181。’nSP ?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?！痭SP ?家族的模塊式結(jié)構(gòu) 181?！痭SP ?內(nèi)核是一個通用的核結(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。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)用場合。這樣做無疑會使每一種派生產(chǎn)品具有更強的功能和更低的成本。 181?！痭SP ?家族有以下特點 : ? 、集成度高、可靠性好且易于擴展 181。’nSP ?家族把各功能部件模塊化地集成在一個芯片里，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個中斷向量及 10余個中斷源，適合實時應(yīng)用內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（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?！痭SP ?的指令系統(tǒng)提供具有較高運算速度的 16位 16位的乘法運算指令和內(nèi)積運算指令，為其應(yīng)用增添了 DSP功能，使得 181?！痭SP ?家族運用在復(fù)雜的數(shù)字信號處理方面既很便利，又比專用的 DSP芯片廉價。 ? 、效率高的指令系統(tǒng) 181。’nSP ?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)提供了對高級語言的支持 ,這可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。 ? 、低電壓 181?！痭SP ?家族采用 CMOS制造工藝，同時增加了軟件激發(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，能在低電壓供電時正常工作，且能用電池供電。這對于其在野外作業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用具有特殊的意義。 SPCE061A 簡介 [1] 總述 SPCE061A 是繼 181。’nSP ?系列產(chǎn)品 SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款 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。因此，與 SPCE500A相比，以 181。’nSP ?為核心的 SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟的選擇。 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)計說明書（畢業(yè)論文） 11 ? 晶體振蕩器 。 ? 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下 (時鐘處于停止狀態(tài) )，耗電僅為 2181。A/； ? 2個 16位可編程定時器 /計數(shù)器 (可自動預(yù)置初始計數(shù)值 )； ? 2個 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個中斷源可來自定時器 A / B，時基， 2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； ? 具備觸鍵喚醒的功能； ? 使用凌陽音頻編碼 SACM_S240方式 ( /秒 )，能容納 210秒的語音數(shù)據(jù)； ? 鎖相環(huán) PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； ? 32768Hz實時時鐘； ? 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)置麥克風放大器和自動增益控制 (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 (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)計說明書（畢業(yè)論文） 12 芯片的引腳排列和說明 SPCE061A有兩種封裝片，一種為 84個引腳， PLCC84封裝形式；它的排列如 所示；另一種為 80個引腳， 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)計說明書（畢業(yè)論文） 13 圖 SPCE061APLCC84封裝排列 圖 SPCE061A PLCC84實物圖 在 PLCC84封裝中，有 15個空余腳，用戶使用時這 15個空余腳懸浮。在 LQFP80封裝中有 9個空余腳，用戶使用時這 9個空余腳接地。 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 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