一种量程自动转换技术

收稿日期:2003207228

作者简介:胡继胜(1970-),男,安徽全椒人,讲师,东南大学无线电工程系信号与信息处理专业在读研究生.

第2卷第3期安徽纺织职业技术学院学报

V o l .2N o .32003年9月 JOU RNAL O F AN HU I TEXT I L E VOCA T I O NAL TECHN I CAL I N ST ITU TE

Sep .2003

一种量程自动转换技术

胡继胜

(安徽职业技术学院,安徽合肥　230051)

摘　要:本文以M CS -51系列单片机控制系统为例,介绍了一种量程自动转换技术的设计方法给出了硬件电路的组成、工作原理及软件设计方案,从而提高了输入通道的数据采集的精度。

关键词:单片机;数据采集;量程;自动转换

中图分类号:F 407.63 文献标识码:A 文章编号:167127279(2003)0320015202

Abstract :T he p ap er in troduces a m ethod abou t au tom atic s w itch fo r m easu ring range based on M CS -51ch i p m icrop rocesso r con tro l system ,and p rovides the fo r m of hardw are circu it ,w o rk ing p rinci p le ,softw are design schem e ,w h ich can increase p recisi on of data co llecti on in the inpu t path 2w ay .

Key words :ch i p m icrop rocesso r ;data co llecti on ;m easu ring range ;au tom atic s w itch

在计算机控制系统中,经常会遇到各种数据采

集,为了简化电路结构,提高系统性能价格比,常常是多个通道共用一个放大器,这样就会带来一些问题:由于各个输入量信号电平各不相同,放大器增益也应该不同。而对于单通道的输入来说,尽管放大器的放大倍数相同也同样存在问题:若输入信号变化范围大,则小信号将得不到有效放大。上述两种情况都将因为放大器的增益不能随输入信号自动改变而降低A D 转换精度,以致影响了控制质量。为了解决上述问题,本文通过软硬件结合仅对单通道数据采集的量程转换展开讨论。

1　设计方法

一般情况下,在模拟输入量送到A D 转换系统时,为了减少转换误差,总希望传送来的模拟信号尽可能的大,即应使被转换量落在A D 转换线性特性之内,并尽可能在1 2满度～接近满度的区域中转换。解决的对策是:对小信号输入采用高放大倍数,对大信号输入采用低放大倍数。实现的方法是:根据未知输入参数量的范围,自动地选择合适的放大倍数,以切换到合适的量程,即在采集通道中设置可变增益放大器,借助多路模拟开关,由软件控制其通断,获取所需的量程。

2　量程自动转换的硬件电路

量程自动设定如图1所示,主要由测量放大器、多路模拟开关、A D 转换器及单片微处理器组成。图中测量运放采用的是美国A nalog D e 2vices 公司的产品AD 521,该运放具有高输入阻

抗、低失调电流、高共模抑制比、内部匹配性好等

特点,增益调试改变电阻而不影响共模抑制比,在量程切换时,基本上不影响电路的对称性,其放大倍数无需外接精密电阻就可在0.1～1000之间调整,放大倍数A =R S R G ,其中R S 接10脚和13脚,一般为100K 8±15%,1和3脚为信号输入端,2和14脚是R G 输入端,R G 有四个阻值。多路模拟开关CD 4052为2入4出,用来选择R G 的值,当单片机P 1口的P 1.1P 1.0=00时,放大器的放大倍数A 0=R S R G0=100K 8

100K 8=1,当P 1.1P 1.0=01时,A 1=100K 8 10K 8=10,

R G 与放大倍数的关系如表1所列。

表1放大倍数与量程输入电阻R G 关系。

表1

放大倍数

R G P 1.1P 1.0开关地址码

1100K 8001010K 8011001K 8101000

1008

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图1　量程自动转换硬件原理图

3　量程自动转换的软件设计

在图1中,系统的量程设置有4挡,即×1、×10、×100、×1000,分别由P 1.1P 1.0给出开关地址码来控制的,现假设A D 转换器工作在单极性方式,其最高输入电压为10V ,则有表2所列:

软件控制量程的方法是:首先设置最大量程挡(×1挡)进行数据采集,将采样值进行必要的计算后与下挡(×10挡)量程的满度值进行比较

判别,若采集值大于下挡量程,则在大量程挡进行采集,否则,继续与更小量程挡(×100挡)的满度值进行比较,直到采集值大于下一挡的满度值,最终使采集值在满意的量程挡内被放大。下面给出量程自动转换流程图。

表2　量程、输入电压范围及开关地址码关系量 程输入电压范围

开关地址码

×1挡1～10V 00×10挡0.1～1V

01×100挡100mV ～0.1V 10×1000挡

10mV ～100mV

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图2　量程转换程序流程图

(下转第38页)

讨论,促使学生课外学习的自觉性,通过自学培养学生独立思考的能力,但是,目前学生的自学能力普遍较差,其主要原因是学生从小养成依赖教师讲解的习惯,习惯于听教师的系统讲解,自学起来感到困难,教师应正确的引导,讲明自学能力获得的意义与重要性,教师出好讨论题,是搞好课堂讨论的关键,讨论题的内容应定金工课重点内容,讨论题应带有一定的启发性,能够引起同学们的争论、分析、比较,能够运用学过的工艺知识,加深对问题的理解,在讲解各种零件结构工艺性时,教师留给学生的课堂讨论题,可给一些结构合理的与结构不合理的工艺图,讲明合理与不合理的理由是什么?最后教师加以概括总结,提高了学生的学习自觉性,增强了分析问题的能力。

(4)合理布置课外作业和习题内容。课外作业是督促学生自学、消化和运用所学工艺知识的重要形式和方法,目前我国新出版的各类工艺学教材,大多都已配备了一定数量的习题和作业题,这对教学效果无疑是起到良好作用,关键在于习题要出的好,分量要恰当,要给学生充分的休息时间,题的数量按时间每次不要超过2小时为宜。习题不应是对号的题,对号题学生照书抄一下就行了,不能培养学生的独立思考、运用所学知识解决问题的能力。应选教材上或习题集上一些好的习题使用,或按课堂讲课重点留一些思考题、作业题,让同学们来做。整个金属工艺学全部授完,应考虑一个大型作业题,大型作业题可出铸造、锻压、焊接、机加工等典型零件的全加工工艺过程,让学生从材料的选择,划工艺图,制定工艺路线,及保证质量的一些措施等等来锻炼学生运用所学的工艺知识,提高学生的综合能力。

以上所讲的,探讨提高金工课教学质量,希望能引起同行们共同商榷,探索出一条改革金工课教学的路子,为提高教学质量而努力。

(责任编辑:李　雪)

(上接第16页)

4　结束语

就量程切换而言,也可用硬件窗口比较法来实现切换,所需电路结构复杂,且增加了系统成本,而本文讨论的软件切换方法,灵活性强、通用性强且比较经济,尤其在实时性要求不高的场合具有广泛的应用。

参考文献:

[1]　陈汝全,林水生,夏　利.实用微机与单片机控制技

术[M].成都:电子科技大学出版社,1998.

[2]　李　华.M CS-51系列单片机接口技术[M].北京:

北京航空航天大学出版社,1993.

[3]　张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术

[M].北京:国防工业出版社,2001.

[4]　杨振江.新型集成电路使用指南与典型应用[M].西

安:西安电子科技大学出版社,1998.

(责任编辑:张　栩)