智能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)一PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1智能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)一智能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)一 前言： 測(cè)試方法的變化：從單一參數(shù)的測(cè)試發(fā)展為多參數(shù)的綜合測(cè)試；從接觸式測(cè)試到非接觸式測(cè)試；從近距離測(cè)試到遠(yuǎn)距離測(cè)試等；從需要人工參與過(guò)渡到自動(dòng)完成測(cè)試任務(wù)。 通常把由計(jì)算機(jī)參與、能自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)顯示測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)稱(chēng)為智能測(cè)試系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，整個(gè)測(cè)試工作是在預(yù)先編制好的測(cè)試程序統(tǒng)一控制下自動(dòng)完成的。 智能測(cè)試系統(tǒng)有三種基本組成形式：小型測(cè)試系統(tǒng)常以單片機(jī)系統(tǒng)為主機(jī)；中、大型測(cè)試系統(tǒng)以PC機(jī)或工控機(jī)為主機(jī)；而復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)多以單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理核心，以PC機(jī)或工控機(jī)為主機(jī)組成多機(jī)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 智能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括硬件電路設(shè)

2、計(jì)、接口選型設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。第1頁(yè)/共49頁(yè)4.1 被測(cè)信號(hào)種類(lèi)第2頁(yè)/共49頁(yè)4.2 智能測(cè)試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能4.2.1 系統(tǒng)硬件組成 智能測(cè)試系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖4-2所示(1) 微機(jī)子系統(tǒng) 微機(jī)子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用。 例如進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處取、控制決策、產(chǎn)生特殊的測(cè)試信號(hào)、控制整個(gè)測(cè)試過(guò)程等。此外利用微機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和高速運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)命令識(shí)別、邏輯判斷、非線(xiàn)性誤差修正、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的自校正、系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自診斷、自組織等功能。(2) 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)及接口 和傳感器、測(cè)試元件、變送器聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)參數(shù)采集、選路控制、零點(diǎn)校正、量程自動(dòng)切換等功能

3、。第3頁(yè)/共49頁(yè)第4頁(yè)/共49頁(yè)(3) 基本I/O子系統(tǒng)及接口 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互接口(HMI)功能，完成人機(jī)交互作用。 用于輸入或修改系統(tǒng)參數(shù)、改變系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸出測(cè)試結(jié)果、動(dòng)態(tài)顯示測(cè)控過(guò)程、實(shí)現(xiàn)以多種形式輸出、顯示、記錄、報(bào)警等功能。(4) 通信子系統(tǒng)及接口 用于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與其他儀器儀表、系統(tǒng)的通信與互聯(lián)功能。 (5)控制子系統(tǒng)及接口 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象、被測(cè)試組件、測(cè)試信號(hào)發(fā)生器、甚至于系統(tǒng)本身和測(cè)試操作過(guò)程的自動(dòng)控制。按口的作用是完成它所聯(lián)接的設(shè)備之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換交換、信號(hào)傳輸、信號(hào)拾取等功能。 第5頁(yè)/共49頁(yè)4.2.2 系統(tǒng)軟件組成u設(shè)計(jì)過(guò)程：軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件編制、軟件調(diào)試等u設(shè)計(jì)方

4、法：模塊化和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)；面向過(guò)程和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)u軟件組成：監(jiān)控程序、中斷服務(wù)程序、測(cè)試算法、通信與控制程序等第6頁(yè)/共49頁(yè)(1) 初始化模塊 軟件初始化包括中斷安排、堆棧初始化、狀態(tài)變量初始化、各軟件標(biāo)志初始化、系統(tǒng)時(shí)鐘初始化、各變量存儲(chǔ)單元初始化、系統(tǒng)參數(shù)初始化等。(2) 數(shù)據(jù)采集模塊 完成對(duì)數(shù)據(jù)采集電路的控制、測(cè)試數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)等。(3) 測(cè)試算法模塊 非線(xiàn)性校正、標(biāo)度變換、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、軟件抗干擾等。(4) 人-機(jī)接口 測(cè)試結(jié)果顯示方法：模擬顯示、數(shù)字顯示、混合顯示等； 控制輸入方式：鍵盤(pán)輸入、鼠標(biāo)操作、按鍵操作、數(shù)據(jù)手套輸入等。(5) 通信與控制 實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)或其他儀器儀表

5、、系統(tǒng)的互聯(lián)與通信控制。軟件模塊設(shè)計(jì)與系統(tǒng)采用的通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議、通信接口電路等因素有關(guān)。第7頁(yè)/共49頁(yè)(6) 時(shí)鐘管理 定時(shí)功能主要有：數(shù)據(jù)采樣周期定時(shí)；控制周期定時(shí)；參數(shù)顯示周期定時(shí)；故障監(jiān)視電路的定時(shí)信號(hào)等。 定時(shí)實(shí)現(xiàn)方法有硬件、軟件和軟硬件結(jié)合等方法。(7) 故障自診斷與處理 是提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性的重要手段。 主要內(nèi)容包括：開(kāi)機(jī)自檢、周期性自診斷、鍵控自診斷等。(8) 中斷管理(9) 監(jiān)控程序 主要作用是及時(shí)響應(yīng)來(lái)自系統(tǒng)或外部的各種服務(wù)請(qǐng)求，有效管理系統(tǒng)軟硬件資源。 監(jiān)控程序是系統(tǒng)軟件的核心，它調(diào)用各種功能模塊，形成一有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的全面管理。 第8頁(yè)/共49頁(yè)

6、4.3 智能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則4.3.1 組建測(cè)試系統(tǒng)的基本原則 組建測(cè)試系統(tǒng)的基本原則：使測(cè)試系統(tǒng)的基本參數(shù)、靜態(tài)性能及動(dòng)態(tài)性能均達(dá)到預(yù)先規(guī)定的要求。其中預(yù)估是非常重要的工作。 預(yù)估工作就是根據(jù)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)規(guī)定的參數(shù)指標(biāo)要求，選擇和確定系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)（傳感器、調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）。 正確的預(yù)估表現(xiàn)在：根據(jù)預(yù)估確定的環(huán)節(jié)組成測(cè)試系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行性能評(píng)定能達(dá)到規(guī)定的要求，同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的總成本最低。 預(yù)估過(guò)程是一個(gè)反復(fù)設(shè)定、權(quán)衡調(diào)整的過(guò)程，屬于誤差分配問(wèn)題。第9頁(yè)/共49頁(yè)4.3.2 組建測(cè)試系統(tǒng)的基本方法 圖中，S1代表傳感器；S2代表放大器；S3代表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（A/D環(huán)節(jié)）；H1(

7、j)和H2(j)分別代表相應(yīng)環(huán)節(jié)的頻率特性。 1. 基本參數(shù)的預(yù)估 2動(dòng)態(tài)性能的預(yù)估 3靜態(tài)性能的預(yù)估第10頁(yè)/共49頁(yè)1. 基本參數(shù)的預(yù)估 主要項(xiàng)目：分辨力和量程 系統(tǒng)總的靈敏度為： 其中，S1為傳感器靈敏度；S2為放大器的放大倍數(shù)；S3為A/D轉(zhuǎn)換的分度值。 預(yù)估過(guò)程：通常按系統(tǒng)的精度與量程以及工作環(huán)境等要求，先確定傳感器類(lèi)型及其靈敏度值S1，然后再根據(jù)系統(tǒng)要求的分辨率（由量程及精度指標(biāo)得到）確定A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率；最后，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的量程與傳感器的輸出范圍確定放大器的增益。 預(yù)估原則：一般要求A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率應(yīng)稍高于系統(tǒng)要求的分辨率。若系統(tǒng)要求的A/D分辨率很高（14位以上），

8、可考慮采用可編程增益放大器進(jìn)行自動(dòng)量程切換以達(dá)到所需分辨率。 3212121SSSuyuuxuxyS第11頁(yè)/共49頁(yè)4.4 單片機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)u特點(diǎn): 作為小型測(cè)試系統(tǒng)，以單片機(jī)作為系統(tǒng)主機(jī)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、測(cè)量參數(shù)少、功能相對(duì)簡(jiǎn)單。u定義: 對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分時(shí)的數(shù)字化測(cè)量，從而獲得大量數(shù)據(jù)，用單片機(jī)對(duì)這些采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的系統(tǒng)稱(chēng)為單片機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。u設(shè)計(jì)內(nèi)容: 包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面4.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)u多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：多通道共享采樣器和AD轉(zhuǎn)換器、多通道共享AD轉(zhuǎn)換器、多通道A/D轉(zhuǎn)換電路和差動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四種。最常用的形式是多通道

9、共享采樣器與AD轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。第12頁(yè)/共49頁(yè)u多路直流信號(hào)和時(shí)域信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（圖4-5） 為避免小信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)造成較大的附加誤差，在傳感器輸出小信號(hào)時(shí)，每個(gè)通道應(yīng)在多路開(kāi)關(guān)前設(shè)置放大器；在多路開(kāi)關(guān)后設(shè)置一個(gè)可編程放大器，利用單片機(jī)編程控制放大器的增益，以滿(mǎn)足各通道信號(hào)的不同增益要求。u頻率信號(hào)和開(kāi)關(guān)量采集系統(tǒng)（圖4-6）： 只要將頻率量和開(kāi)關(guān)量調(diào)節(jié)到能滿(mǎn)足單片機(jī)輸入要求的TTL電平即可。 第13頁(yè)/共49頁(yè)第14頁(yè)/共49頁(yè)1. 多路開(kāi)關(guān)u作用：輪流切換各被測(cè)回路A/D轉(zhuǎn)換電路間通路，以達(dá)到分時(shí)的目的。u模擬開(kāi)關(guān)的理想情況：開(kāi)關(guān)接通時(shí)導(dǎo)通電阻等于零，無(wú)附加殘余電動(dòng)勢(shì)，能不失真地傳輸模

10、擬信號(hào)；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電阻無(wú)窮大，無(wú)泄露電流。但由于多通道間相互影響，實(shí)際上并不能達(dá)到理想情況。u選擇和設(shè)計(jì)模擬多路開(kāi)關(guān)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題（1）通道數(shù)目一般為四路、八路或十六路。通道數(shù)目增加，開(kāi)關(guān)的寄生電容及泄露電流的影響也增大，降低了傳輸精度和切換速度。對(duì)于輸入通道多的情況，可用多個(gè)多路開(kāi)關(guān)并聯(lián)。（2）開(kāi)關(guān)接通電阻要盡量小，關(guān)斷電阻盡量大。（3）開(kāi)關(guān)切換時(shí)間要盡量短。（4）開(kāi)關(guān)的極間電容和寄生電容要小。（5）采集信號(hào)的輸入方式考慮：有些采集信號(hào)的信號(hào)源本身具有較大的共模電壓，要考慮對(duì)共模信號(hào)的抑制和使用差分輸入方式。第15頁(yè)/共49頁(yè)u常用的多路開(kāi)關(guān) 四選一、雙四選一、八選一、雙八選一、十六選一5種

11、類(lèi)型 八選一多路開(kāi)關(guān)：4051（5G4051、CD4051、CC4051、AD7501） 雙四選一：CD4052、AD7502 十六選一：CD4067、AD7506 特點(diǎn)：采用標(biāo)準(zhǔn)雙列直插式結(jié)構(gòu)；控制信號(hào)直接與TTL電平兼容；轉(zhuǎn)換速度快，導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)間小于1us，導(dǎo)通電阻一般小于100歐，斷開(kāi)電阻很高。AD7501的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳（圖4-7c） 8路輸入，1路選擇輸出。 選址信號(hào)：A0、A1、A2；芯片的允許輸入端：EN；芯片電源正、負(fù)端及公共地端：VDD、VSS、GND；8路模擬量輸入：S1S8；模擬量輸出：OUT第16頁(yè)/共49頁(yè)第17頁(yè)/共49頁(yè)第18頁(yè)/共49頁(yè)第19頁(yè)/共49頁(yè)AD7

12、502的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳（圖4-8c）雙路輸入，雙路輸出，是一種雙四通道的模擬開(kāi)關(guān)。第20頁(yè)/共49頁(yè)2.采樣/保持電路u定義：采樣/保持電路是根據(jù)狀態(tài)控制指令截取輸入模擬電壓瞬時(shí)值（采樣過(guò)程），并把這一瞬時(shí)值保留一段時(shí)間（保持時(shí)間）的功能單元。u作用：A/D轉(zhuǎn)換需要時(shí)間，在轉(zhuǎn)換期間，信號(hào)要保持不變才能保證一定的轉(zhuǎn)換精度。為保證轉(zhuǎn)換精度，必須在A/D轉(zhuǎn)換之前加采樣保持電路，使得在AD轉(zhuǎn)換期間輸入的模擬信號(hào)保持不變。u結(jié)構(gòu)組成：采樣保持電路（圖4-）由輸入輸出緩沖放大器、模擬開(kāi)關(guān)及控制電路、保持電容（用戶(hù)外接）組成。u工作原理：采樣保持電路有兩種工作狀態(tài)：一是采樣狀態(tài)（電容充電），控制信號(hào)由低變高

13、，控制開(kāi)關(guān)合上，電路處于采樣狀態(tài)，輸出隨輸入而變化；二是保持狀態(tài)，控制信號(hào)由高到低開(kāi)關(guān)打開(kāi)，輸出保持充電時(shí)的最終電壓值。采樣保持示意如圖4-10所示。 第21頁(yè)/共49頁(yè)第22頁(yè)/共49頁(yè)u采樣保持電路的主要參數(shù)孔徑時(shí)間：采樣保持電路接到保持命令后開(kāi)關(guān)S由導(dǎo)通變成斷開(kāi)所需的時(shí)間。 采樣時(shí)間（捕捉時(shí)間）：采樣保持電路接到采樣命令到采樣保持器輸出達(dá)到當(dāng)前輸入信號(hào)值(規(guī)定的采樣精度)所需的時(shí)間。 保持電壓下降速率：由于電容漏電，導(dǎo)致保持電壓下降。饋送、瞬變效應(yīng)u常用的采樣保持器件：LF398（圖4-11）、AD582等。uLF398內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳（圖4-11）電源端（1、4）：可在正負(fù)5 18V之間

14、選擇兩個(gè)控制端（7、8）：采樣保持的控制指令，7接地時(shí)，8接控制信號(hào)（大于1.4V），處于采樣狀態(tài)；8接地時(shí)，處于保持狀態(tài)。模擬輸入、輸出（3、5） 第23頁(yè)/共49頁(yè)第24頁(yè)/共49頁(yè)3.放大器u放大器的作用：傳感器的輸出信號(hào)電平低、內(nèi)阻高，且常伴隨著較高的共模電壓，因此傳感器的輸出信號(hào)需要經(jīng)過(guò)高輸入阻抗(遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻)、抗共模電壓干擾能力強(qiáng)的放大器的放大才能送到A/D轉(zhuǎn)換器。u常用的放大器：測(cè)量放大器又稱(chēng)儀器放大器)與可編程增益放大器。(1)測(cè)量放大器u集成測(cè)量放大器AD627：是美國(guó)模擬器件（AD）公司生產(chǎn)的測(cè)量放大器，具有體積小、功耗低、精度高、可單電源或雙電源供電的特點(diǎn)。u引腳定

15、義及使用（圖4-12）引腳：電源端、信號(hào)輸入、輸出端、反饋端、增益調(diào)整端。放大增益由引腳1、8間阻抗Rg決定： )/200(5gRKG第25頁(yè)/共49頁(yè)第26頁(yè)/共49頁(yè)(2) 可編程增益放大器u可編程增益的要求 一方面同一被測(cè)量所處的環(huán)境和時(shí)間不同，變化范圍可能不同；另一方面被測(cè)量不同、變化范圍也可能不同。因此測(cè)試系統(tǒng)中，要求能自動(dòng)改變放大器的增益，從而使信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后、具有合適的動(dòng)態(tài)范圍?？删幊淘鲆娣糯笃髂軐?shí)現(xiàn)這個(gè)功能。uAD526 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（圖413） 增益可調(diào)的原理：運(yùn)算放大器的反饋電阻的比例調(diào)節(jié)由程序控制的多路開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。增益設(shè)定控制邏輯輸入端為A0、A1、A2。 第27頁(yè)/共49頁(yè)

16、第28頁(yè)/共49頁(yè)4. A/D轉(zhuǎn)換器u常用的A/D轉(zhuǎn)換器：8位ADC0801、ADC0809和12位的AD574A等。uA/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口設(shè)計(jì)目的：將兩部分信息可靠、簡(jiǎn)潔地聯(lián)系起來(lái)。u數(shù)據(jù)線(xiàn)連接u啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換u判斷A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束第29頁(yè)/共49頁(yè)u判斷A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)，通知單片機(jī)可以讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)在判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束時(shí)，有3種方式。(1) 中斷方式：將A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)接至單片機(jī)的中斷信號(hào)輸入端，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。該方法判斷效率高，實(shí)時(shí)性好，且不影響單片機(jī)的其他工作。

17、(2) 程序查詢(xún)方式：計(jì)算機(jī)執(zhí)行查詢(xún)程序，監(jiān)視并響應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)。該方式判斷方法簡(jiǎn)單、直觀(guān)，且可靠性好，但實(shí)時(shí)性差。(3) 軟件延時(shí)方式：計(jì)算機(jī)程序按照略大于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間的原則進(jìn)行延時(shí)后，直接讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。該方式不需連接轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)線(xiàn)，硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換效率低，實(shí)時(shí)性差。 第30頁(yè)/共49頁(yè)5. 驅(qū)動(dòng)電路 設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，必須考慮接口的驅(qū)動(dòng)能力。u接口負(fù)載的影響 負(fù)載過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)工作不正常；負(fù)載過(guò)多，會(huì)增大驅(qū)動(dòng)電路的等效電容，產(chǎn)生信號(hào)延遲和失真。u驅(qū)動(dòng)電路的分類(lèi)（按信號(hào)傳輸距離）： 板內(nèi)（近距離）驅(qū)動(dòng)，主要考慮器件的輸入負(fù)載大小；長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，不僅要考慮負(fù)載能力，還要考慮信號(hào)反

18、射、抗干擾能力等。第31頁(yè)/共49頁(yè)6. 單片機(jī)的選擇原則u常見(jiàn)產(chǎn)品 Intel公司的MCS-51系列8位單片機(jī)、MCS96系列16位單片機(jī)；Motorola公司的MC68系列單片機(jī)；Zilog公司的Z8系列單片機(jī)等u帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)：如PHLIPS公司的83C552，有一8路輸入的10位ADC，可用于多路模擬量測(cè)量。u低功耗設(shè)計(jì)選擇：Microchip公司的MAX16Cxx系列單片機(jī)，是低功耗、低成本便攜式職能儀器較為適意的微控制器。u大數(shù)據(jù)量處理選擇：Intel公司的80196系列單片機(jī)，以及專(zhuān)用的DSP芯片等。第32頁(yè)/共49頁(yè)u總結(jié) 單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)是一個(gè)實(shí)踐性、經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作

19、。新的單片機(jī)不斷推廣應(yīng)用，選用單片機(jī)的空間也越來(lái)越大。在實(shí)際工作中，選擇單片機(jī)時(shí)要充分考慮測(cè)試系統(tǒng)的功能要求和用戶(hù)環(huán)境，同時(shí)兼顧設(shè)計(jì)者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，盡量選用既符合系統(tǒng)功能要求，又是設(shè)計(jì)者較為熟悉或短時(shí)間內(nèi)能很快掌握的單片機(jī)機(jī)型。 第33頁(yè)/共49頁(yè)4.4.2 單片機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 單片機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)典型的軟件結(jié)構(gòu)主要包括準(zhǔn)備程序、鍵功能程序等，如圖4-14。1. 準(zhǔn)備程序(1) 初始化：將系統(tǒng)中所有命令、狀態(tài)以及有關(guān)存儲(chǔ)單元置位成初試狀態(tài)。(2) 自檢程序：檢查程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及硬件功能是否正常（如系統(tǒng)間的通信應(yīng)答）。(3) 提示符顯示：顯示正常標(biāo)記，等待鍵掃描（人機(jī)交互）。(4

20、) 鍵掃描等待：對(duì)所有按鍵進(jìn)行查詢(xún)，當(dāng)有鍵按下時(shí)，便進(jìn)入鍵功能軟件控制。2. 鍵功能程序 是一組由散轉(zhuǎn)指令控制選擇的鍵功能程序模塊，每個(gè)模塊完成按鍵所指定的功能，完成信號(hào)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、顯示、打印等功能。第34頁(yè)/共49頁(yè)第35頁(yè)/共49頁(yè)4.4.3 標(biāo)度變換 被測(cè)試的各種參數(shù)都有不同的數(shù)值和量綱，這些參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，統(tǒng)一變?yōu)?-M個(gè)數(shù)碼，這些數(shù)碼雖然代表參數(shù)值的大小，但并不表示帶有量綱的參數(shù)值，必須轉(zhuǎn)換成有量綱的數(shù)值才能進(jìn)行顯示和打印。這種轉(zhuǎn)換稱(chēng)為標(biāo)度變換或工程量轉(zhuǎn)換。1. 線(xiàn)性參數(shù)標(biāo)度變換 是最常用的標(biāo)度變換方法，其前提是參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果（采樣值）之間呈線(xiàn)性關(guān)系，如下式所示： 式

21、中：A0、Am為參數(shù)量程的下限和上限，Ax為參數(shù)測(cè)量值（工程值），N0、Nm、Nx分別為A0、Am、Ax所對(duì)應(yīng)的A/D值（采樣值） 。 0000)(NNNNAAAAmxmx第36頁(yè)/共49頁(yè)0000)(NNNNAAAAmxmx 式中：A0、Am為參數(shù)量程的下限和上限，Ax為參數(shù)測(cè)量值（工程值），N0、Nm、Nx分別為A0、Am、Ax所對(duì)應(yīng)的A/D值（采樣值）。 特殊情況的簡(jiǎn)化算式：在參數(shù)量程起點(diǎn)，A/D值為零（N0=0）；參數(shù)量程起點(diǎn)為零（A0=0），對(duì)應(yīng)的A/D值也為零（N0=0）。 工程值 A0 Ax Am 數(shù)字量 N0 Nx Nm第37頁(yè)/共49頁(yè)2. 非線(xiàn)性參數(shù)標(biāo)度變換 如果傳感器的輸

22、出特性是非線(xiàn)性的，如熱敏電阻值溫度特性的指數(shù)變化規(guī)律、熱電偶的電壓值溫度特性的非線(xiàn)性規(guī)律等，需要重新建立標(biāo)度變換公式。 變換方法：一般而言，許多傳感器的非線(xiàn)性輸出特性變量關(guān)系寫(xiě)不出一個(gè)簡(jiǎn)單公式，或能寫(xiě)出，但計(jì)算困難，這時(shí)可用查表法進(jìn)行標(biāo)度變換。 實(shí)例：熱敏電阻電橋測(cè)溫（圖4-16）第38頁(yè)/共49頁(yè)u建立標(biāo)度變換參量對(duì)應(yīng)表 整個(gè)參量變換過(guò)程為： 溫度熱敏電阻值電橋輸出電壓A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量（1）測(cè)量出溫度測(cè)試回路的電阻-電壓特性曲線(xiàn)（2）根據(jù)熱敏電阻值溫度特性（圖4-17），得出溫度-電壓特性。（3） 按照A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)及相應(yīng)的電壓值范圍，從溫度-電壓特性得出相應(yīng)的電壓數(shù)值量-溫度特性表。

23、如測(cè)溫范圍為35-450C，選8位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行單極性轉(zhuǎn)換，則測(cè)溫電路中熱敏電阻應(yīng)選擇350C時(shí)使電橋平衡的阻值，通過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)的溫度-電壓-數(shù)字量對(duì)應(yīng)特性（表4-7）。 數(shù)字量數(shù)字量23H24H25H 26H27H. . .電壓電壓/ V1.41.441.481.521.56. . .溫度溫度/ 0C45.0044.0043.0042.0041.00. . .第39頁(yè)/共49頁(yè)u使用參量對(duì)應(yīng)表：將參量對(duì)應(yīng)表編程固化在單片機(jī)的EPROM中，當(dāng)采集到數(shù)字量后，通過(guò)查表就能準(zhǔn)確得出環(huán)境溫度值。實(shí)例：PC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)標(biāo)度變換（壓縮機(jī)性能綜合測(cè)試系統(tǒng)）溫度1（0 100度）溫度2（0 200度）壓力1（0 1MPa）壓力2 （-100 900KPa）差壓（0 30KPa）420mA15V DC數(shù)字量工程值測(cè)量值250歐姆電阻傳感器A/D第40頁(yè)/共49頁(yè)第41頁(yè)/共49頁(yè)4.4.4 單片機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1. 溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：對(duì)某冷庫(kù)8個(gè)冷凍室進(jìn)行溫度巡回測(cè)試，被測(cè)量溫度范圍-30+5度，溫度測(cè)試精度小于1度，要求基于單片機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)。(1) 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路如圖4-18（同圖3-9）所示。采用8031作為主芯片，擴(kuò)展4KB的外部程序存儲(chǔ)器，設(shè)計(jì)4位數(shù)據(jù)顯示電路，8路溫度采集信號(hào)分別接到ADC的8個(gè)輸入端。u溫度/電壓轉(zhuǎn)