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正文內(nèi)容

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

2025-01-06 22:34 本頁面
 

【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
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