第8章 智能儀器典型處理功能

1、第第8 8章章 智能儀器典型處理功能智能儀器典型處理功能 智能儀器的主要特征是以微處理器為核心進(jìn)行工作。智能儀器的主要特征是以微處理器為核心進(jìn)行工作。 智能儀器通過(guò)執(zhí)行某種專門(mén)程序所規(guī)定的測(cè)量算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。智能儀器通過(guò)執(zhí)行某種專門(mén)程序所規(guī)定的測(cè)量算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。8.1 硬件故障的自檢硬件故障的自檢 8.2 自動(dòng)測(cè)量功能自動(dòng)測(cè)量功能 8.3 儀器測(cè)量精度的提高儀器測(cè)量精度的提高 8.4 干擾與數(shù)字濾波干擾與數(shù)字濾波8.5 測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換8.1 硬件故障的自檢硬件故障的自檢 8.1.1 自檢方式自檢方式 8.1.2 自檢算法自檢算法 8.1.3 自檢軟件自檢軟件 所謂自檢就是利

2、用事先編制好的檢測(cè)程序?qū)x器的所謂自檢就是利用事先編制好的檢測(cè)程序?qū)x器的主要部件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并對(duì)故障進(jìn)行定位。主要部件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并對(duì)故障進(jìn)行定位。8.1.1 自檢方式自檢方式（1） 開(kāi)機(jī)自檢開(kāi)機(jī)自檢（2） 周期性自檢周期性自檢（3） 鍵控自檢鍵控自檢8.1.2 自檢算法自檢算法 由于由于ROM中存在著儀器的控制軟件，因而對(duì)中存在著儀器的控制軟件，因而對(duì)ROM的檢測(cè)是的檢測(cè)是至關(guān)重要的。至關(guān)重要的。 ROM故障的測(cè)量算法常采用故障的測(cè)量算法常采用“校驗(yàn)和校驗(yàn)和”方法，具體作法是：方法，具體作法是：在將程序機(jī)器碼寫(xiě)入在將程序機(jī)器碼寫(xiě)入ROM的時(shí)候，保留一個(gè)單元（一般是最后的時(shí)候，保留一個(gè)單

3、元（一般是最后一個(gè)單元），此單元不寫(xiě)程序機(jī)器碼而是寫(xiě)一個(gè)單元），此單元不寫(xiě)程序機(jī)器碼而是寫(xiě)“校驗(yàn)字校驗(yàn)字”，“校校驗(yàn)字驗(yàn)字”應(yīng)能滿足應(yīng)能滿足ROM中所有單元的每一列都具有奇數(shù)個(gè)。自中所有單元的每一列都具有奇數(shù)個(gè)。自檢程序的內(nèi)容是：對(duì)每一列數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算，如果檢程序的內(nèi)容是：對(duì)每一列數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算，如果ROM無(wú)故障，無(wú)故障，各列的運(yùn)算結(jié)果應(yīng)都為各列的運(yùn)算結(jié)果應(yīng)都為“”，即校驗(yàn)和等于，即校驗(yàn)和等于FFH。 一、一、 ROM或或EPROM的檢測(cè)的檢測(cè) 校驗(yàn)和算法：校驗(yàn)和算法：ROM 地址 ROM 中的內(nèi)容 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 1 1 1

4、 1 0 0 3 1 1 1 1 0 0 1 1 4 1 0 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 1 1 1 0 6 1 0 1 0 1 0 1 0 7 0 1 0 0 1 1 1 0 (校驗(yàn)字) 1 1 1 1 1 1 1 1 (校驗(yàn)和) 理論上，這種方法不能發(fā)現(xiàn)同一位上的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，但是這理論上，這種方法不能發(fā)現(xiàn)同一位上的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，但是這種錯(cuò)誤的概率很小，一般可以不予考慮。若要考慮，須采用更復(fù)種錯(cuò)誤的概率很小，一般可以不予考慮。若要考慮，須采用更復(fù)雜的校驗(yàn)方法。雜的校驗(yàn)方法。 二、二、 RAM的檢測(cè)的檢測(cè) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM是否正常的測(cè)是否正常的測(cè)量算法是通過(guò)檢驗(yàn)其量算法

5、是通過(guò)檢驗(yàn)其“讀讀/寫(xiě)功能寫(xiě)功能”的有效性來(lái)體現(xiàn)的。的有效性來(lái)體現(xiàn)的。 常選特征字常選特征字55H和和AAH，分別，分別對(duì)對(duì)RAM 中的每一個(gè)單元進(jìn)行先寫(xiě)中的每一個(gè)單元進(jìn)行先寫(xiě)后讀的操作。判別讀后讀的操作。判別讀/寫(xiě)內(nèi)容是否相寫(xiě)內(nèi)容是否相符的常用方法是，把該單元的內(nèi)容符的常用方法是，把該單元的內(nèi)容求反并與原碼進(jìn)行求反并與原碼進(jìn)行“異或異或”運(yùn)算，運(yùn)算，若結(jié)果為若結(jié)果為FFH，表明正常。，表明正常。三、三、 總線的自檢總線的自檢 所謂總線的自檢是指對(duì)經(jīng)過(guò)緩沖器的總線進(jìn)行檢測(cè)。 由于總線沒(méi)有記憶能力，需要設(shè)置了兩組鎖存觸發(fā)器，分別記憶地址總線和數(shù)據(jù)總線上的信息。只要執(zhí)行一條對(duì)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的寫(xiě)

6、操作指令，地址線和數(shù)據(jù)線上的信息便能分別鎖存到這兩組觸發(fā)器中，通過(guò)對(duì)這兩組鎖存觸發(fā)器分別進(jìn)行讀操作，便可判知總線是否存在故障。 具體做法是：使被檢測(cè)的每根總線依次為1態(tài)， 其余總線為0態(tài)。如果某總線停留在0態(tài)或1態(tài)，說(shuō)明有故障存在。 三、三、 總線的自檢總線的自檢 四、四、 顯示與鍵盤(pán)的檢測(cè)顯示與鍵盤(pán)的檢測(cè) 鍵盤(pán)檢測(cè)的方法是：鍵盤(pán)檢測(cè)的方法是： CPU每取得一個(gè)按鍵閉合的信號(hào)，就反饋一個(gè)信息。如每取得一個(gè)按鍵閉合的信號(hào)，就反饋一個(gè)信息。如果按下某單個(gè)按鍵后無(wú)反饋信息，往往是該鍵接觸不良，如果按下某單個(gè)按鍵后無(wú)反饋信息，往往是該鍵接觸不良，如果按某一排鍵均無(wú)反饋信號(hào)，則一定與對(duì)應(yīng)的電路或掃描信果

7、按某一排鍵均無(wú)反饋信號(hào)，則一定與對(duì)應(yīng)的電路或掃描信號(hào)有關(guān)。號(hào)有關(guān)。 8.1.2 自檢算法自檢算法四、四、 顯示與鍵盤(pán)的檢測(cè)顯示與鍵盤(pán)的檢測(cè) 顯示器的檢測(cè)一般有兩種方式：顯示器的檢測(cè)一般有兩種方式： 第一種方式是：讓顯示器全部發(fā)亮，即顯示出第一種方式是：讓顯示器全部發(fā)亮，即顯示出888 ，當(dāng)顯示表明顯示器各發(fā)光段均能正常發(fā)光，當(dāng)顯示表明顯示器各發(fā)光段均能正常發(fā)光時(shí)，操作人員只要按任意鍵，顯示器應(yīng)全部熄滅片刻，時(shí)，操作人員只要按任意鍵，顯示器應(yīng)全部熄滅片刻，然后脫離自檢方式進(jìn)入其他操作。然后脫離自檢方式進(jìn)入其他操作。 第二種方式是：讓顯示器顯示某些特征字，幾秒第二種方式是：讓顯示器顯示某些特征字，

8、幾秒鐘后自動(dòng)進(jìn)入其他操作。鐘后自動(dòng)進(jìn)入其他操作。 8.1.2 自檢算法自檢算法 上述各自檢項(xiàng)目一般應(yīng)分別編成子程序，以便需要時(shí)調(diào)用。上述各自檢項(xiàng)目一般應(yīng)分別編成子程序，以便需要時(shí)調(diào)用。 設(shè)各段子程序的入口地址為設(shè)各段子程序的入口地址為T(mén)ST i（I = 0，1，2），）， 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的故障代號(hào)為的故障代號(hào)為T(mén)NUM（0，1，2）。）。 8.1.3 自檢軟件自檢軟件 測(cè)試指針表測(cè)試指針表測(cè)試指針測(cè)試指針 入口地址入口地址 故障代號(hào)故障代號(hào) 偏移量偏移量 TST0 0 TST1 1 TSTPT TST2 2 偏移偏移=TNUM TST3 3 一個(gè)典型的含有自檢在內(nèi)的一個(gè)典型的含有自檢在內(nèi)的智能儀器程

9、序流程圖智能儀器程序流程圖 8.2.1 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換 8.2.2 自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié) 8.2.3 自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整 8.2.4 自動(dòng)校準(zhǔn)自動(dòng)校準(zhǔn) 8.2 自動(dòng)測(cè)量功能自動(dòng)測(cè)量功能 智能儀器通常含有：自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整、智能儀器通常含有：自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整、自動(dòng)校準(zhǔn)功能，自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)。自動(dòng)校準(zhǔn)功能，自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)。 8.2.1 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換可以使儀器在很短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)選定在最合理的量程下，從而使儀器獲得高精度的測(cè)量。 例如：某數(shù)字電壓表共有 0.4V，4V，40V，400V 四個(gè)量程，量程設(shè)定是由CPU通過(guò)特定的輸

10、出端口送出量程控制代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 自動(dòng)判別由最大量程開(kāi)始，逐級(jí)比較，直至選出最合適量程。自動(dòng)判別由最大量程開(kāi)始，逐級(jí)比較，直至選出最合適量程。 本例各量程可使用同一個(gè)判斷依據(jù)，即本例各量程可使用同一個(gè)判斷依據(jù)，即A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)應(yīng)落在轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)應(yīng)落在3 999N399之間。之間。 8.2.2 自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié)自動(dòng)觸發(fā)電平調(diào)節(jié) 一般情況下，觸發(fā)電平應(yīng)設(shè)定在波形的中點(diǎn)。有時(shí)為了滿足其他測(cè)量的要求，例如測(cè)定波形上升時(shí)間或下降時(shí)間時(shí)，又需要將觸發(fā)點(diǎn)設(shè)定在波形的10或90處。8.2.3 自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整自動(dòng)零點(diǎn)調(diào)整 儀器零點(diǎn)漂移的大小以及零點(diǎn)是否穩(wěn)定是造成零點(diǎn)誤差的主要來(lái)源之一。儀器零點(diǎn)漂移的大小以及零點(diǎn)是

11、否穩(wěn)定是造成零點(diǎn)誤差的主要來(lái)源之一。測(cè)量結(jié)果：Ux=Uox-Uos 8.2.4 自動(dòng)校準(zhǔn)自動(dòng)校準(zhǔn) 1：通過(guò)與更高精度的同類(lèi)儀器（稱標(biāo)準(zhǔn)儀器，其精度一般：通過(guò)與更高精度的同類(lèi)儀器（稱標(biāo)準(zhǔn)儀器，其精度一般應(yīng)比被校準(zhǔn)儀器的精度高一個(gè)量級(jí)）進(jìn)行比較測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)比被校準(zhǔn)儀器的精度高一個(gè)量級(jí)）進(jìn)行比較測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2：采用輸出值可步進(jìn)調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。：采用輸出值可步進(jìn)調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。 為保證儀器精度，儀器必須定期進(jìn)行校準(zhǔn)。傳統(tǒng)儀器的為保證儀器精度，儀器必須定期進(jìn)行校準(zhǔn)。傳統(tǒng)儀器的校準(zhǔn)一般采用兩種方式：校準(zhǔn)一般采用兩種方式： 自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，儀器提示輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓，按下確認(rèn)，儀器就會(huì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行一次測(cè)量并

12、將標(biāo)準(zhǔn)量（或標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)）存入到“校準(zhǔn)存儲(chǔ)器”中。校正測(cè)量完成后，校準(zhǔn)程序還能自動(dòng)計(jì)算每?jī)蓚€(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)之間的插值公式的系數(shù)，得到一張校準(zhǔn)表和一張內(nèi)插公式系數(shù)表。 正式測(cè)量時(shí)，這些參數(shù)值將與測(cè)量值一起形成經(jīng)過(guò)修正后形成準(zhǔn)確的測(cè)量值。8.3 儀器測(cè)量精度的提高儀器測(cè)量精度的提高8.3.1 隨機(jī)誤差的處理方法隨機(jī)誤差的處理方法8.3.2 系統(tǒng)誤差的處理方法系統(tǒng)誤差的處理方法8.3.3 粗大誤差的處理方法粗大誤差的處理方法智能儀器的主要優(yōu)點(diǎn)之一是利用微處理器的數(shù)據(jù)智能儀器的主要優(yōu)點(diǎn)之一是利用微處理器的數(shù)據(jù)處理能力可以減小測(cè)量誤差，提高儀器測(cè)量的精確度。處理能力可以減小測(cè)量誤差，提高儀器測(cè)量的精確度。原因：測(cè)量

13、過(guò)程隨機(jī)因素，大多數(shù)按正態(tài)分布。 消除：取多次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值： 8.3.1 隨機(jī)誤差的處理方法隨機(jī)誤差的處理方法N1iixx某數(shù)字電壓表設(shè)置了由小到某數(shù)字電壓表設(shè)置了由小到大的六擋量程，其編號(hào)分別為大的六擋量程，其編號(hào)分別為1，2，6。當(dāng)工作于最低擋即第擋量當(dāng)工作于最低擋即第擋量程時(shí)，程時(shí)， 被測(cè)信號(hào)很弱，隨機(jī)誤差被測(cè)信號(hào)很弱，隨機(jī)誤差的影響相對(duì)較大，取的影響相對(duì)較大，取N=10，第，第擋，隨機(jī)誤差影響相對(duì)小，因而擋，隨機(jī)誤差影響相對(duì)小，因而取取N=6。同理，第擋取。同理，第擋取N=4；第；第擋取擋取N=2；第；第5擋和第擋只作擋和第擋只作單次測(cè)量處理，取單次測(cè)量處理，取N=1。8.3.

14、1 隨機(jī)誤差的處理方法隨機(jī)誤差的處理方法8.3.2 系統(tǒng)誤差的處理方法系統(tǒng)誤差的處理方法系統(tǒng)誤差是指在相同條件下多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差系統(tǒng)誤差是指在相同條件下多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)保持恒定或在條件改變時(shí)按某種確定的規(guī)的絕對(duì)值和符號(hào)保持恒定或在條件改變時(shí)按某種確定的規(guī)律而變化的誤差。律而變化的誤差。一、一、 利用誤差模型修正系統(tǒng)誤差利用誤差模型修正系統(tǒng)誤差 二、二、 利用校正數(shù)據(jù)表修正系統(tǒng)誤差利用校正數(shù)據(jù)表修正系統(tǒng)誤差 三、三、 通過(guò)曲線擬合來(lái)修正系統(tǒng)誤差通過(guò)曲線擬合來(lái)修正系統(tǒng)誤差 一、一、 利用誤差模型修正系統(tǒng)誤差利用誤差模型修正系統(tǒng)誤差先通過(guò)分析建立系統(tǒng)的誤差模型，再由誤差模型

15、求出誤差修正公式。誤差修正公式一般含有若干誤差因子，修正時(shí)，先通過(guò)校正技術(shù)把這些誤差因子求出來(lái)，然后利用修正公式來(lái)修正測(cè)量結(jié)果， 從而削弱了系統(tǒng)誤差的影響。在無(wú)誤差的理想情況下，有=0，i=0，K=1，于是存在關(guān)系 在有誤差的情況下，可以推出 可改寫(xiě)成簡(jiǎn)明形式 ：xb1yb0 上式即為誤差修正公式，其中，b0，b1即誤差因子。如果能求出b0，b1 的數(shù)值，即可由誤差修正公式獲得無(wú)誤差的x值，從而修正了系統(tǒng)誤差。xRRRy22121111RRiKyx校正步驟如下： (1) 零點(diǎn)校正：先令輸入端短路，即S1閉合，此時(shí)有x=0，得到輸出為y0，于是可得方程：0b1y0b0 (2) 增益校正 令輸入端

16、接上標(biāo)準(zhǔn)電壓，即S2閉合，此時(shí)有x=E，于是得到輸出為y1，同樣可得方程： Eb1y1b0 聯(lián)立求解上述二方程，可得誤差因子b1E y1y0b0E1y1 y0 (3) 實(shí)際測(cè)量 令S3閉合，此時(shí)得到輸出為y（結(jié)果），于是被測(cè)量的真值為0100)(yyyyEbybx1 通過(guò)建立校正數(shù)據(jù)表的方法來(lái)修正系統(tǒng)誤差，步驟如下： （1 1）獲取校正數(shù)據(jù)：）獲取校正數(shù)據(jù)： 在儀器的輸入端逐次加入一個(gè)個(gè)已知的標(biāo)準(zhǔn)電壓x1，x2，xn，并實(shí)測(cè)出對(duì)應(yīng)的測(cè)量結(jié)果y1，y2，yn。則即為測(cè)量值yi（i=1,2,，n）對(duì)應(yīng)的校正數(shù)據(jù)。 （2 2）查表：）查表： 將xi（i=1,2,，n）依次存入一段存儲(chǔ)器中，處理時(shí)，根

17、據(jù)實(shí)測(cè)的y(i=1,2,，n)值查表，即可直接從表中讀出經(jīng)過(guò)修正的測(cè)量值。 （3 3）插值處理：）插值處理：若實(shí)際測(cè)量的y值介于某兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)yi和yi+1之間，為了減少誤差，還要在查表的基礎(chǔ)上作內(nèi)插計(jì)算來(lái)進(jìn)行修正。二、二、 利用校正數(shù)據(jù)表修正系統(tǒng)誤差利用校正數(shù)據(jù)表修正系統(tǒng)誤差采用內(nèi)插技術(shù)可以減少校準(zhǔn)點(diǎn)從而減少內(nèi)存空間。最簡(jiǎn)單的內(nèi)插是線性內(nèi)插， 當(dāng)yiyyi+1 時(shí)?。?i1i1iiyyyyxxxx三、三、 通過(guò)曲線擬合來(lái)修正系統(tǒng)誤差通過(guò)曲線擬合來(lái)修正系統(tǒng)誤差 曲線擬合是指從n對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)（xi，yi） 中，求得一個(gè)函數(shù)f（x）來(lái)作為實(shí)際函數(shù)的近似表達(dá)式。方法是：首先定f（x） 的具體形式，然后再

18、通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行選定函數(shù)的數(shù)值計(jì)算，求出精確的測(cè)量結(jié)果。 連續(xù)函數(shù)擬合法連續(xù)函數(shù)擬合法 分段曲線擬合法分段曲線擬合法 連續(xù)函數(shù)擬合法連續(xù)函數(shù)擬合法 連續(xù)函數(shù)擬合法一般采用多項(xiàng)式擬合（當(dāng)然也不排除采用解析函數(shù)，如ex、lnx和三角函數(shù)等），多項(xiàng)式的階數(shù)應(yīng)根據(jù)儀器所允許的誤差來(lái)確定，一般情況下，擬合多項(xiàng)式的階數(shù)愈高，逼近的精度也就愈高。擬合多項(xiàng)式的階數(shù)一般采用二三階。 現(xiàn)以熱電偶的電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式為例，討論連續(xù)函數(shù)擬合的方法。 連續(xù)函數(shù)擬合法連續(xù)函數(shù)擬合法 熱電偶的溫度與輸出熱電勢(shì)之間的關(guān)系一般用下列三階多項(xiàng)式來(lái)逼近R=abxPcxP2dxP3 變換成嵌套形式得 R(dxPc)xPbxPa

19、式中，R是讀數(shù)（溫度值）， xP由下式導(dǎo)出xP=xabT0cT02 上式中，x是被校正量，即熱電偶輸出的電壓值。T0是使用者預(yù)置的熱電偶環(huán)境(冷端)溫度。熱電偶冷端一般放在一個(gè)恒溫槽中，保持在0。系數(shù)a，b，c，d，a，b，c是與熱電偶材料有關(guān)的校正參數(shù)。 R(dxPc)xPbxPa 式中，xP=xabT0cT02 一個(gè)階多項(xiàng)式一般需要進(jìn)行1/2n（n+1）次乘法，如果采用嵌套形式，只需進(jìn)行n次乘法，從而使運(yùn)算速度加快。首先求出各校正參數(shù)a，b，c，d，a，b，c，并順序地存放在首址為COEF的緩沖區(qū)內(nèi)，然后根據(jù)測(cè)得的x值通過(guò)運(yùn)算求出R（溫度值）。2. 2. 分段曲線擬合法分段曲線擬合法 分段

20、曲線擬合法，即是把非線性曲線的整個(gè)區(qū)間劃分成若干段，將每一段用直線或拋物線去逼近。從而回避了高階運(yùn)算，使問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)。(1) 分段直線擬合分段直線擬合分段直線擬合法是用一條折線來(lái)代替原來(lái)實(shí)際的曲線，這是一種最簡(jiǎn)單的分段擬合方法。 設(shè)某傳感器的輸入/輸出特性如圖所示，圖中分三段直線來(lái)逼近該傳感器的非線性曲線。 由于曲線低端比高端陡峭，所以采用不等距分段法。 x為測(cè)量數(shù)據(jù)，y 為實(shí)際被測(cè)變量，端的線性差值公式為y3 ；xx3y2K3(xx2) ；x2xx3 y1K2(xx1) ；x1xx2 K1x ；0 xx1時(shí)y =設(shè)某傳感器的輸入/輸出特性如圖所示，圖中分三段直線來(lái)逼近該傳感器的非線性曲線。

21、由于曲線低端比高端陡峭，所以采用不等距分段法。 x為測(cè)量數(shù)據(jù)，y 為實(shí)際被測(cè)變量，各端的線性差值公式為y3 ；xx3y2K3(xx2) ；x2xx3 y1K2(xx1) ；x1xx2 K1x ；0 xx1時(shí)y =(2) 分段拋物線擬合分段拋物線擬合 若輸入/輸出特性很彎曲，而測(cè)量精度又要求比較高，可考慮采用多段拋物線來(lái)分段擬合 。 如圖示的曲線可以分成 四段，每段分別用一個(gè)二階拋物線方程 yaix2bixci (i=1，2，3，4)描繪。每一段找出三點(diǎn)xi1，xi1，xi（含兩分段點(diǎn)）。然后解下列聯(lián)立方程以求出系數(shù)ai，bi，ci 。 yi1 aixi12 bixi1ci yi1 aixi12

22、 bixi1ci yi aix2i bixici 如圖示的曲線可以分成 四段，每段分別用一個(gè)二階拋物線方程 yaix2bixci (i=1，2，3，4)描繪。每一段找出三點(diǎn)xi1，xi1，xi（含兩分段點(diǎn)）。然后解下列聯(lián)立方程以求出系數(shù)ai，bi，ci 。 yi1 aixi12 bixi1ci yi1 aixi12 bixi1ci yi aix2i bixici 8.3.3 粗大誤差的處理方法粗大誤差的處理方法粗大誤差是指在一定的測(cè)量條件下，測(cè)量值明顯地偏離實(shí)際值所形成的誤差。粗大誤差明顯地歪曲了測(cè)量結(jié)果，應(yīng)予以剔除。當(dāng)對(duì)儀器的系統(tǒng)誤差采取了有效技術(shù)措施后，對(duì)于測(cè)量過(guò)程中所引起的隨機(jī)誤差和粗大

23、誤差一般可按下列步驟處理。（1） 求測(cè)量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值（2） 求各項(xiàng)的剩余誤差（3） 求標(biāo)準(zhǔn)偏差（4） 判斷粗大誤差（壞值）（8） 如果判斷存在粗大誤差，給予剔除，然后重復(fù)上述步驟(1)(4)（每次只允許剔除其中最大的一個(gè)）。最后，如果判斷不再存在粗大誤差，則可計(jì)算當(dāng)前算術(shù)平均值、各項(xiàng)剩最后，如果判斷不再存在粗大誤差，則可計(jì)算當(dāng)前算術(shù)平均值、各項(xiàng)剩余誤差及標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值，作為有效的測(cè)量結(jié)果余誤差及標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值，作為有效的測(cè)量結(jié)果。8.4 干擾與數(shù)字濾波干擾與數(shù)字濾波 8.4.1 中值濾波中值濾波 8.4.2 平均濾波程序平均濾波程序 8.4.3 低通數(shù)字濾波低通數(shù)字濾波在傳統(tǒng)儀器中，濾波通

24、過(guò)選用不同種類(lèi)的硬件濾波器予以實(shí)現(xiàn)。在智能儀器中，由于微處理器的引入，可以通過(guò)程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行某種處理，消除或減弱干擾和噪聲的影響，即數(shù)字濾波得方法。數(shù)字濾波具有硬件濾波器的功效，卻不需要硬件開(kāi)銷(xiāo)，從而降低了成本。由于軟件算法的靈活性，還能產(chǎn)生硬件濾波器所達(dá)不到的功效。它的不足之處是需要占用機(jī)時(shí)。8.4 干擾與數(shù)字濾波干擾與數(shù)字濾波 8.4.1 中值濾波中值濾波 所謂中值濾波是對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣N次（N一般選為奇數(shù)），然后將這些采樣值進(jìn)行排序并選中間值。中值濾波對(duì)去掉脈沖性質(zhì)的干擾比較有效，并且采樣次數(shù)N愈大，濾波效果愈強(qiáng)，但采樣次數(shù)N太大會(huì)影響速度，所以N一般取3或5。對(duì)于變化很慢的參數(shù)

25、，有時(shí)也可增加次數(shù)，例如15次。對(duì)于變化較為劇烈的參數(shù)，此法不宜采用。FLT10：MOV A，R2 ；R2R3否? CLR C SUBB A，R3 JC FLT11 ；R2R3，交換 XCH A， R3 MOV R2，AFLT11：MOV A， R3；R3R4否? CLR C SUBB A，R4 JCFLT12 ；R3R4，交換 XCH A， R3 XCH A，R4 ；R3R2否? CLRC SUBB A， R2 JNC FLT12 ；R3R2，結(jié)束 MOV A，R2 ；否則R2為中值 MOV R3， A ；中值送入R3FLT12：RET中值濾波程序主要中值濾波程序主要由數(shù)據(jù)排序和取中間值由數(shù)

26、據(jù)排序和取中間值兩部分組成。數(shù)據(jù)排序兩部分組成。數(shù)據(jù)排序可采用幾種常規(guī)的排序可采用幾種常規(guī)的排序方法，如冒泡法、沉底方法，如冒泡法、沉底法等。法等。該中值濾波程序采該中值濾波程序采樣次數(shù)樣次數(shù)N選為選為3，三次采，三次采樣后的數(shù)據(jù)分別存放在樣后的數(shù)據(jù)分別存放在R2，R3，R4中，執(zhí)行之中，執(zhí)行之后，中值放在后，中值放在R3。 8.4.2 平均濾波程序平均濾波程序最基本的平均濾波程序是算術(shù)平均濾波程序。算術(shù)平均濾波對(duì)濾除混雜在被測(cè)信號(hào)上的隨機(jī)干擾非常有效。一般說(shuō)來(lái)，采樣次數(shù)N愈大，濾除效果愈好，但系統(tǒng)的靈敏度要下降。為了提高運(yùn)算速度，程序中常用移位來(lái)代替除法，因此 N一般取4，5，16 等。一、

27、一、 去極值平均濾波去極值平均濾波二、二、 移動(dòng)平滑濾波移動(dòng)平滑濾波三、三、 加權(quán)平均濾波加權(quán)平均濾波去極值平均濾波的算法是：連續(xù)采樣N次，去掉一個(gè)最大值，去掉一個(gè)最小值，再求余下N2個(gè)采樣值的平均值。一、一、 去極值平均濾波去極值平均濾波移動(dòng)平均濾波：先在RAM 中建立一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，依順序存放N次采樣數(shù)據(jù)；然后每采一個(gè)新數(shù)據(jù)，就將最早采集的數(shù)據(jù)去掉；再求出當(dāng)前RAM緩沖區(qū)中N個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值。這樣，每進(jìn)行一次采樣，就計(jì)算出一個(gè)新的平均值，大大加快了數(shù)據(jù)處理的能力。這種數(shù)據(jù)存放方式可以采用環(huán)形隊(duì)列結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)環(huán)形隊(duì)列地址為 40H4FH共16個(gè)單元，R0作為隊(duì)尾指示，其程序流

28、程圖如圖示。 二、二、 移動(dòng)平滑濾波移動(dòng)平滑濾波三、三、 加權(quán)平均濾波加權(quán)平均濾波 所謂加權(quán)平均的含義是指參加平均運(yùn)算的各采樣值按不同的比例進(jìn)行相加求均。加權(quán)系數(shù)一般先小后大，以突出后若干次采樣的作用，加強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化趨勢(shì)的辨識(shí)。N項(xiàng)加權(quán)平均濾波的算法為： 式中 C0，C1，CN1為常數(shù)，它們的選取有多種方法，但應(yīng)滿足 C0 C1 CN1 1 1N0iiNinYCYWEIGHT: MOV R0， #DATA ；清CLRA MOVR2， 03HLOOP: MOV R0， A INC R0 DJNZ R2， LOOP MOV R5， #SAMP ；采樣值首址送R5 MOV R6， #COEFF

29、；系數(shù)首址送R6 MOV R1， #PRODT ；乘積首址送R1 MOV R2， #N ；濾波數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)送R2LOOP1: ACLL MULT21 ；計(jì)算CkYk，最低字節(jié)為小數(shù)部分設(shè)采樣值已存于內(nèi)部設(shè)采樣值已存于內(nèi)部RAM中中SAMP開(kāi)始的單元中，采樣值為雙開(kāi)始的單元中，采樣值為雙字節(jié)，加權(quán)系數(shù)字節(jié)，加權(quán)系數(shù)Ck為二位小數(shù)，擴(kuò)大為二位小數(shù)，擴(kuò)大256倍變成整數(shù)后，以二進(jìn)制倍變成整數(shù)后，以二進(jìn)制形式存于形式存于COEFF開(kāi)始的單元中。開(kāi)始的單元中。 程序中調(diào)用雙字節(jié)乘以單字節(jié)的程序中調(diào)用雙字節(jié)乘以單字節(jié)的乘法子程序乘法子程序MULT21，R5指出被乘數(shù)低位地址，指出被乘數(shù)低位地址，R6指出乘數(shù)地址，指出乘數(shù)地址，乘積放在乘積放在PRODT開(kāi)始的三個(gè)單元中，由開(kāi)始的三個(gè)單元中，由R1指出。運(yùn)算結(jié)果去掉最指出。運(yùn)算結(jié)果去掉最低字節(jié)后即為濾波值，存于低字節(jié)后即為濾波值，存于DATA開(kāi)始的單元中。開(kāi)始的單元中。 MOV R0，#DATA ；累加 MOV R7，#03HCLR C LOOP2: MOV A， R0 ADDC A， R1 MOV R0， A INC R0 INC R1 DJNZ R7， LOOP2 INC R5 ；修正 INC R5 INC R6 DJNZ R2， LOOP1 RET8.3 測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)度變換 智能儀器在檢測(cè)參數(shù)時(shí)，儀器直接采集的