智能儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告自動量程切換程序

一、設(shè)計(jì)原理自動量程轉(zhuǎn)換是大多數(shù)通用智能測試儀器的基本功能。自動量程轉(zhuǎn)換能根據(jù)被測量的大小自動選擇合適量程，以保證測量值有足夠的分辨率和準(zhǔn)確度。除此之外，自動量程轉(zhuǎn)換還應(yīng)滿足以下要求：（1）盡可能高的測量速度度是指根據(jù)被量程量的大小自動選擇合適量程并完成一次測量的速度。一般來說，當(dāng)讀數(shù)的十進(jìn)制位數(shù)大于等于量程擋數(shù)時(shí)，應(yīng)該只需經(jīng)過一次中間測量，就可以找到正確的量程，例如，當(dāng)用某一量程測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)被測量已超過該量程的滿度值（升量程閾值），則立刻回到最高量程進(jìn)行一次測量，將測量結(jié)果與各量程的降量程閾值相比較，尋找合適的量程。因而，在發(fā)生超量程時(shí)，只需經(jīng)過一次最高量程的測量，即可找到正確的量程。而在降量程（讀數(shù)小于正在測量的量程的降量程閾值）時(shí)，只需將讀數(shù)直接同較小量程的降量程閾值進(jìn)行比較，就可找到正確的量程，而無需逐個(gè)量程進(jìn)行測量。此外，在大多數(shù)情況下，被測量并不一定會經(jīng)常發(fā)生大幅度變化。所以，一旦選定合適的量程，應(yīng)該在該量程繼續(xù)測量下去，知道發(fā)現(xiàn)過載或被測量低于降量程閾值。（2）確定性程轉(zhuǎn)換的確定性是指在升、降量程時(shí)，不應(yīng)該發(fā)生在二個(gè)相鄰量程間反復(fù)選擇的現(xiàn)象。這種情況的出現(xiàn)是由于分擋差的存在所造成。例如，某一電壓表20V量程擋存在著負(fù)的測量誤差，而2V擋又存在著正的測量誤差。那么，在升量程轉(zhuǎn)換點(diǎn)附近就有可能出現(xiàn)反復(fù)選擇量程的現(xiàn)象。假設(shè)被測電壓為2V，在20V擋讀數(shù)可能為1.999V，低于滿度值的十分之一，理應(yīng)降量程到2V擋進(jìn)行測量。但是，2V擋讀數(shù)為2.002V，超過滿度值，應(yīng)該在升至20V擋進(jìn)行測量。于是就產(chǎn)生了二個(gè)相鄰量程間的反復(fù)選擇，造成被選量程的不確定性。量程選擇的不確定性可以通過給定升降閾值回差的方法來解決。通常可采用減小降量程閾值的方法。例如，降量程閾值選取滿度值的9.5%而不是10%，升量程閾值為100%。這樣，只要兩個(gè)相鄰量程的測量誤差絕對值之和不超過0.5%，就不會造成被選量程的不確定性。由于本次程序的設(shè)計(jì)是在PC機(jī)上完成的，擁有更快的運(yùn)算速度和運(yùn)算精度，故而可以不用考慮不確定性。（3）安全性測量并不都從最高量程開始，而是在選定量程上進(jìn)行，因此不可避免地會發(fā)生被測量超過選定量程的最大測量范圍，甚至達(dá)到儀器的最大允許值。這種過載現(xiàn)象需要經(jīng)過一次測量后才能發(fā)覺。因此，量程輸入電路必須具有過載保護(hù)能力。當(dāng)過載發(fā)生時(shí)，至少在一次測量過程中仍能正常工作，并且不會損壞。儀器的量程切換可以通過計(jì)算機(jī)按已編程序自動進(jìn)行，儀器的記憶力功能能把測量過程中對應(yīng)程序、數(shù)據(jù)或中間值寄存在內(nèi)存單元中，儀器的計(jì)算功能可以把直接測量變成間接測量編制程序?qū)⒈粶y模擬量分成若干量程，在測量過程中自動尋找合適的測量量程，使儀器工作在最佳狀態(tài)，如被測電壓是220V，應(yīng)選用測量量程1000V，然后進(jìn)行必要的變換，就可方便地得到實(shí)際的被測電壓。智能儀器中把模擬量變成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字量須經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），由于A/D的輸入電壓范圍有一定的要求，因此不管被測電壓多大都得經(jīng)輸入網(wǎng)絡(luò)變換，變換中對于大于A/D輸入電壓要求的模擬量能衰減到所需的輸入電壓，對小于A/D輸入電壓要求的模擬量必須放大，所以測量精度決定于選用A/D的位數(shù)，顯然，當(dāng)測量最小模擬電壓的精度得到保證后，其他量程的精度也得到了保證，當(dāng)只測得A/D輸出對應(yīng)值，還不能知道被測量實(shí)際值，必須和輸入網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)（寄存在內(nèi)存中）組合，并經(jīng)運(yùn)算才能得到實(shí)際值。為確保ADC的輸入電壓范圍在0?2V之間，，對于0?0.2V的測量電壓，放大10倍，0.2?2V的測量電壓，維持不變，2?20V的測量電壓，衰減10倍，20?200V的測量電壓，衰減100倍，200V到1000V的電壓，衰減1000倍。至此，實(shí)現(xiàn)了電壓表的5個(gè)量程檔。微機(jī)通過循環(huán)讀取測量電壓并判斷，從而實(shí)現(xiàn)量程的自動切換。二、程序設(shè)計(jì)方法量程自動切換程序的編寫方法可分為兩種方法，第一種，是從最高量程開始，直接進(jìn)行放大衰減，輸出Vo存在內(nèi)存中，然后再將vi與量程自動轉(zhuǎn)換閾值再進(jìn)行比較，若偏低，則降一檔量程，改變放大衰減倍數(shù)，循環(huán)，若偏高，則輸出越限。如圖1所示，為方法一示意圖。第二種，則直接將vi與量程自動轉(zhuǎn)換閾值進(jìn)行比較，直接明確所處檔位，切換至相應(yīng)檔位。如圖2所示，為方法二示意圖。因?yàn)楸境绦虿捎肞C機(jī)對量程轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于PC機(jī)性能較單片機(jī)更為出色，精確度更高，運(yùn)算速度更快，故選用第二種方法進(jìn)行程序編寫。如圖3所示，為本程序的模塊劃分，由主程序，顯示子程序，超限報(bào)警子程序組成。如表1所示，為設(shè)定的量程自動切換閾值表，其中，現(xiàn)行量程激勵(lì)碼為用單片機(jī)驅(qū)動繼電器時(shí)，單片機(jī)輸出口的狀態(tài)碼。ViVi圖1方法一示意圖ViVoViVo圖2方法二示意圖

顯示子程序越限報(bào)警子程序量程升量程閾值/V降量程閾值/V現(xiàn)行量程激勵(lì)碼1000V1000顯示子程序越限報(bào)警子程序量程升量程閾值/V降量程閾值/V現(xiàn)行量程激勵(lì)碼1000V1000200XXXXX000200V20020XXXXX00120V202XXXXX1002V20.2XXXXX101200mV0.20XXXXX111表1量程自動切換閾值表三、模塊設(shè)計(jì)圖4主程序流程圖如圖4所示，為主程序流程圖。程序開始運(yùn)行，等待用戶輸入測量電壓Vi，對測量電壓進(jìn)行取絕對值操作，隨后判斷Vi是否在0~1000V之間，不是，進(jìn)行超限報(bào)警操作，是，判斷Vi是否在0~0.2之間，是，放大倍數(shù)為10倍，輸出Vo,不是，判斷Vi是否在0.2?2之間，是，放大倍數(shù)1倍，輸出Vo,不是，判斷Vi是否在2~20之間，是，衰減倍數(shù)10倍，輸出Vo,不是，判斷Vi是否在20~200之間，是，衰減倍數(shù)100倍，輸出Vo,不是，衰減倍數(shù)1000倍，輸出圖4主程序流程圖四、整體調(diào)試圖5程序調(diào)試圖如圖5所示，為程序調(diào)試圖。程序開始運(yùn)行，等待輸入Vi,并顯示“請輸入Vi”字樣，用戶輸入Vi后，執(zhí)行程序，顯示適當(dāng)量程檔位的放大或衰減倍數(shù)，并顯示最后經(jīng)過放大或衰減后的Vo。本次在程序調(diào)試中主要遇到以下幾個(gè)問題：.各個(gè)變量的定義的類型出現(xiàn)問題，導(dǎo)致程序出來結(jié)果與理想情況有所誤差。.0V電壓時(shí)的判斷，按照邏輯編寫程序下0V電壓放大倍數(shù)選擇了10倍，和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)判斷有誤，現(xiàn)實(shí)中，0V電壓應(yīng)該放大倍數(shù)為1，即不做任何的操作。五、總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)C語言的知識，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查最后找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動手使我們掌握的知識不再是紙上談兵。課程設(shè)計(jì)一開始，老師讓我們把書本的硬件圖作為參考，我們就曲解了老師的意思，以為是要設(shè)計(jì)一個(gè)完成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中需要包含量程的自動切換，為此，我特地用proteus繪制了硬件電路接線圖，準(zhǔn)備通過編寫軟件，控制繼電器，從而實(shí)現(xiàn)Vi的放大衰減，從而流進(jìn)A/D轉(zhuǎn)換器，保證在A/D轉(zhuǎn)換器的精度范圍之內(nèi)，再反饋回CPU中。但是，在和老師經(jīng)過討論之后，我們發(fā)現(xiàn)我們找錯(cuò)了方向，老師只要求我們用VS2017或者VC6.0等變成軟件編寫一個(gè)軟件程序，來做一個(gè)量程切換的程序，Vi只需要我們用PC機(jī)進(jìn)行輸入即可，不用繁瑣的軟硬件結(jié)合。老師的手法真是高明，用最簡單的方式讓我們短時(shí)間內(nèi)就了解了量程切換程序的原理。其實(shí)量程自動切換在智能儀器期末考試中作為大題考過，但是當(dāng)時(shí)由于我課上有所分心，課后也沒有及時(shí)的鞏固，因而不知所云，考試中也沒有做出這道題目。但是，經(jīng)過這次短短一周的課程設(shè)計(jì)，再讓我上考場上去做這道題目，我相信我一定能夠做出這道題目。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取最終的調(diào)試過程，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計(jì)最后順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，都解決了。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，必須要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，必須要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上披荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間，同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，能夠說得是苦多于甜，但是能夠?qū)W到很多很多的東西，同時(shí)不僅僅能夠鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我得到了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)