氣象儀器PPT第2章 氣象儀器精品課程.

1、v氣象儀器主講人：LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器第二章第二章 智能儀器基礎(chǔ)智能儀器基礎(chǔ)2022-5-26 概述概述 2.1 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)調(diào)理 2.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 2.3 微控制器微控制器 2.4 人機(jī)接口人機(jī)接口 2.5 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì) 2.6 數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 2.1LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2022-5-262.1 2.1 概述概述隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及單片機(jī)的問世，以單片機(jī)為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，又組成了所謂的“智能化測量控制系統(tǒng)”，也就是智能儀器。 操作自動(dòng)化操作自動(dòng)化 具有自測功能具有自測功能 具有數(shù)據(jù)

2、處理功能具有數(shù)據(jù)處理功能 具有友好的人機(jī)對(duì)話能力具有友好的人機(jī)對(duì)話能力 具有可程控操作能力具有可程控操作能力 智能儀器的功能特點(diǎn)智能儀器的功能特點(diǎn) LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器智能儀器發(fā)展趨勢智能儀器發(fā)展趨勢v1 微型化 v2 多功能 v3 人工智能化 v4 融合ISP和EMIT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)的Internet接入（網(wǎng)絡(luò)化） v5 智能儀器發(fā)展的新階段 -虛擬儀器LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器第二章第二章 智能儀器基礎(chǔ)智能儀器基礎(chǔ)2022-5-26 概述概述 2.1 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)調(diào)理 2.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 2.3 微控制器微控制器 2.4 人機(jī)接口人

3、機(jī)接口 2.5 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì) 2.6 數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 2.1LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.2 2.2 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)調(diào)理2022-5-26信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理是將實(shí)際存在的電壓、電流、聲音、圖像、溫度、壓力等連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、隔離等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 。 傳感器與傳感器與 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理傳感器傳感器是指能把物理化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用和輸出的電信號(hào)，用于獲取被測信息，完成信號(hào)的檢測和轉(zhuǎn)換的器件。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器Text 4結(jié)構(gòu)型物理型能量轉(zhuǎn)化型能量控制型傳感器的分類傳感器的分類按被測物理量按傳感器與被測量間能量

4、轉(zhuǎn)換關(guān)系2.2.1 2.2.1 傳感器傳感器 2022-5-26Text 3按傳感器工作或信號(hào)轉(zhuǎn)換原理力、速度、溫度傳感器等LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器傳感器的選擇傳感器的選擇 2022-5-261)測量對(duì)象與測量環(huán)境2)靈敏度3)頻率響應(yīng)特性 4)線性范圍 5)穩(wěn)定性 6)精度 合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.2.2 2.2.2 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理2022-5-26信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理濾波 放大 去

5、噪 主要針對(duì)前置放大器部分加以闡述主要針對(duì)前置放大器部分加以闡述 傳感器輸出的信號(hào)不可避免的包含雜波信號(hào)，幅度也不一定適合直接進(jìn)行數(shù)模（A/D）轉(zhuǎn)換，需要將傳感器的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。完成濾波、幅度變換等調(diào)理功能的電路稱為信號(hào)調(diào)理電路。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器儀用放大器儀用放大器 2022-5-26儀用放大器是一種具有精密差動(dòng)電壓增益的器件。由于其具有高共模抑制比、高穩(wěn)定增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低溫漂、低失調(diào)電壓等優(yōu)點(diǎn)，因此，非常適合于微弱信號(hào)的放大，以及有較大共模干擾的場合。為了提高電路的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，電路采用上、下對(duì)稱結(jié)構(gòu) ,儀用放大器的閉環(huán)增益為LOGO儀器科學(xué)

6、與技術(shù)系氣象儀器集成儀用放大器集成儀用放大器2022-5-26美國AD公司提供的AD521/522、AD612/605等測量放大器；BB公司的INA114/118；Maxim公司的MAX4195/4196/4197等。GRRsUinUoutA管腳OFF SET(4,6腳)腳用來調(diào)節(jié)放大器的零點(diǎn)，調(diào)整方法是將這兩個(gè)端子接到一個(gè)10 電位器的固定端，電位器的滑動(dòng)端接到負(fù)電源上，如圖2-2（b）所示，放大器的放大倍數(shù)A：LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器程控增益放大器程控增益放大器2022-5-261）程控同相放大器信號(hào)從同相端輸入，電阻網(wǎng)路接在運(yùn)放反相端與輸出端之間，當(dāng)CD4051的端接通時(shí)，電路是

7、一個(gè)跟隨器，當(dāng)其他端如第j端接通時(shí)，電路增益為2）程控反相放大器結(jié)構(gòu)簡單，電阻網(wǎng)絡(luò)接在運(yùn)放的反相輸入端與輸出端之間，輸入電阻不隨增益的變化而變化。缺點(diǎn)是模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻及其漂移會(huì)影響增益的精度。 （a）同相程控增益放大器(b)程控反相增益放大器 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器隔離放大器隔離放大器 2022-5-26隔離放大器將輸入、輸出及電源在電流和電阻上進(jìn)行隔離，使之沒有直接耦合的測量放大器。主要用于要求共模抑制比高的、模擬信號(hào)的傳輸放大中， 可在模擬信號(hào)進(jìn)入采集系統(tǒng)之前，用隔離放大器進(jìn)行隔離放大。特點(diǎn)(1)能保護(hù)系統(tǒng)元器件不受高共模電壓的損害，防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞。(2)泄漏電

8、流低，對(duì)于測量放大器的輸入端，無需提供偏流返回通路。(3)共模抑制比高，能對(duì)直流和低頻信號(hào)（電壓或電流）進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測量。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器第二章第二章 智能儀器基礎(chǔ)智能儀器基礎(chǔ)2022-5-26 概述概述 2.1 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)調(diào)理 2.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 2.3 微控制器微控制器 2.4 人機(jī)接口人機(jī)接口 2.5 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì) 2.6 數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 2.1LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.3 2.3 模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)由于實(shí)際測量對(duì)象往往都是一些模擬量由于實(shí)際測量對(duì)象往往都是一些模擬量(如溫度、壓力、位移、等如溫

9、度、壓力、位移、等)，要，要讓微處理器識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字讓微處理器識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，也就是模信號(hào)，也就是模/數(shù)（數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。）轉(zhuǎn)換。通常通常A/D轉(zhuǎn)換的過程包括采樣、保持和量化、編碼兩大步驟。轉(zhuǎn)換的過程包括采樣、保持和量化、編碼兩大步驟。 采樣：采樣：是指周期地獲取模擬信號(hào)的瞬時(shí)值，從而得到一系列時(shí)間上離散的脈沖采樣值。保持：保持：是指在兩次采樣之間將前一次采樣值保存下來，使其在量化編碼期間不發(fā)生變化。量化：量化：將采樣保持電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)化為最小數(shù)字量單位整數(shù)倍的轉(zhuǎn)化過程。編碼：編碼：把量化的結(jié)果用代碼(如二

10、進(jìn)制數(shù)碼、BCD碼等)表示出來的過程。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.3.1 A/D2.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)2022-5-26線性度線性度轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 分辨率分辨率 是指輸出數(shù)字量變化一個(gè)最小單位(最低位的變化)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量需要變化的量。 通常以輸出二進(jìn)制碼的位數(shù)表示分辨率。 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 通常以輸出誤差的最大值形式給出。它表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 是指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。 輸入電壓范圍、功

11、率損耗等輸入電壓范圍、功率損耗等 分辨率分辨率LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.3.2 2.3.2 幾種常見的幾種常見的A/DA/D轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理2022-5-26常見常見A/D轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理并行比較型并行比較型逐次比較型逐次比較型雙積分型雙積分型型型LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器并行比較型并行比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2022-5-26由電阻分壓器、電壓比較器、數(shù)碼寄存器及編碼器4個(gè)部分組成。優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，其轉(zhuǎn)換時(shí)間只受電路傳輸延遲時(shí)間的限制，最快能達(dá)到低于20ns。缺點(diǎn)是隨著輸出二進(jìn)制位數(shù)的增加，器件數(shù)目按幾何級(jí)數(shù)增加。一個(gè)n位的轉(zhuǎn)換器，需要2n-1個(gè)比較器。一個(gè)n

12、位的轉(zhuǎn)換器，需要2n-1個(gè)比較器。例如，n=8時(shí)，需要28-1=255個(gè)比較器。 適用于要求轉(zhuǎn)換速度高、但分辨率較低的場合。 3位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2022-5-26由控制邏輯電路、時(shí)序產(chǎn)生器、移位寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器及電壓比較器組成。原理：將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。 特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換精度比較適中，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在級(jí)，轉(zhuǎn)換精度一般在0.1%以下，是目前集成A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品中使用較為普遍的一種。 4位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖LOGO儀器科學(xué)與

13、技術(shù)系氣象儀器雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2022-5-26雙積分型AD轉(zhuǎn)換器屬于間接型AD轉(zhuǎn)換器，它把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為一個(gè)中間變量，例如，時(shí)間T或頻率F。然后再對(duì)中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。與逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器相比,雙積分型AD轉(zhuǎn)換器工作性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、電路結(jié)構(gòu)簡單。但轉(zhuǎn)換速度較慢，一般一次轉(zhuǎn)換時(shí)間在1-2ms，而逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器可達(dá)到1s。雙積分式A/D基本原理LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2022-5-26型A/D轉(zhuǎn)換器以很低的采樣分辨率（1位）和很高的采樣速率將模擬信號(hào)數(shù)字化。原理：通過使用過采樣、噪聲整形和數(shù)

14、字濾波等方法增加有效分辨率，然后對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行采樣抽取處理以降低有效采樣速率，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。近年來, 型A/D轉(zhuǎn)換器以其分辨率高、線性度好、成本低等特點(diǎn)，得到越來越廣泛的應(yīng)用，特別在既有模擬又有數(shù)字信號(hào)處理場合。 型轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)圖 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器第二章第二章 智能儀器基礎(chǔ)智能儀器基礎(chǔ)2022-5-26 概述概述 2.1 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)調(diào)理 2.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 2.3 微控制器微控制器 2.4 人機(jī)接口人機(jī)接口 2.5 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì) 2.6 數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 2.1LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.4 2.4 微控制器微控

15、制器(MCU)(MCU)2022-5-26習(xí)慣上稱智能儀器中的微處理器為微控制器或單片機(jī)。習(xí)慣上稱智能儀器中的微處理器為微控制器或單片機(jī)。它將它將CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器、定時(shí)計(jì)數(shù)器、I/O接口、甚至接口、甚至A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器、換器、D/A轉(zhuǎn)換器、監(jiān)視定時(shí)器電路等集成在一塊集成電路轉(zhuǎn)換器、監(jiān)視定時(shí)器電路等集成在一塊集成電路上，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。上，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。 在硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先

16、考慮選擇單片機(jī)，然后確定與之配套在硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮選擇單片機(jī)，然后確定與之配套的外圍芯片。在選擇單片機(jī)時(shí)，要考慮的因素有字長、尋址的外圍芯片。在選擇單片機(jī)時(shí)，要考慮的因素有字長、尋址能力、指令功能、執(zhí)行速度、中斷能力以及市場對(duì)這種單片能力、指令功能、執(zhí)行速度、中斷能力以及市場對(duì)這種單片機(jī)的軟、硬件支持狀態(tài)等。機(jī)的軟、硬件支持狀態(tài)等。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2022-5-26單片機(jī)體系單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 常見的單片機(jī)有兩種體系結(jié)構(gòu)，即復(fù)雜指令集（CISC）結(jié)構(gòu)和精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)。1.1.2.4.1 2.4.1 單片機(jī)概述單片機(jī)概述CISCCISC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 即馮諾伊曼結(jié)構(gòu)這種

17、結(jié)構(gòu)的單片機(jī)指令豐富功能較強(qiáng)，可應(yīng)用于控制關(guān)系復(fù)雜的場合，但其數(shù)據(jù)線和指令線分時(shí)復(fù)用，取指令和取數(shù)據(jù)不能同時(shí)進(jìn)行，速度受限，價(jià)格亦高。Intel的8051系列、Motorola的M68HC系列、Atmel的AT89系列、華邦Winbond的W78系列和Philips的P80C51系列等 RISCRISC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 即哈佛結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分離，取指令和取數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行，執(zhí)行效率更高速度更快，程序存儲(chǔ)器的空間利用率大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)超小型化設(shè)計(jì)。 TI的MSP430、各公司的ARM單片機(jī)、Microchip的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、三星

18、KS57C系列4位單片機(jī)和義隆的EM78系列等LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.4.2 MCS-512.4.2 MCS-51系列單片機(jī)系列單片機(jī) MCS-51系列單片機(jī)最初由Intel公司在研制成功，現(xiàn)在以8051技術(shù)核心為主導(dǎo)的微控制器技術(shù)已被、Philips 、Atmel等公司繼承，并在原有基礎(chǔ)上又進(jìn)行了新的開發(fā)，形成功能更加強(qiáng)勁的、兼容51的多系列化單片機(jī)。 MCS-51單片機(jī)分51和52子系列，并以芯片型號(hào)的末位數(shù)字加以標(biāo)識(shí)。51子系列是基本型，52子系列是增強(qiáng)型。MCS-51系列單片機(jī)的主要硬件特性表 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.4.3 PIC2.4.3 PIC系列單片機(jī)系

19、列單片機(jī) PIC系列單片機(jī)由美國Microchip半導(dǎo)體公司為要求高性能而低價(jià)格的用戶設(shè)計(jì)的。率先采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)單周期指令，功耗低，這一系列單片機(jī)最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比。目前已有初檔8位單片機(jī)、中檔8位單片機(jī) 、高檔8位單片機(jī)等。此外，PIC單片機(jī)還有高性能PIC18CXXX系列單片機(jī)，是集高性能、CMOS、全靜態(tài)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器于一體的16位單片機(jī)，內(nèi)含靈活的OTP存儲(chǔ)器帶有先進(jìn)的模擬和數(shù)字接口，可用做片上系統(tǒng)，具有嵌入控制分層控制能力，為用戶提供了完善的片上系統(tǒng)解決方案。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.4.4 MSP

20、-4302.4.4 MSP-430系列單片機(jī)系列單片機(jī) MSP-430系列單片機(jī)是TI公司推出的超低功耗、功能集成度高的16位單片機(jī)，其電源電壓采用的是1.83.6V 電壓。由于具有超低的功耗，內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強(qiáng)運(yùn)行的速度快等特性， 此系列單片機(jī)不僅可以應(yīng)用于許多傳統(tǒng)的如儀器儀表、自動(dòng)控制以及消費(fèi)品領(lǐng)域，更適用于一些用電池供電的低功耗產(chǎn)品，如能量表（水表、電表、氣表等）、手持式設(shè)備、智能傳感器等，以及需要較高運(yùn)算性能的智能儀器設(shè)備。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.4.5 2.4.5 基于基于ARM ARM 內(nèi)核的單片機(jī)內(nèi)核的單片機(jī) ARM架構(gòu)是ARM公司面向市場設(shè)計(jì)的第一款低

21、成本RISC微處理器。它具有極高的性價(jià)比、代碼密度，以及出色的實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)和極低的功耗，并且占用硅片的面積極少。RM公司開發(fā)了很多系列的ARM處理器核，應(yīng)用比較多的是ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、ARM11系列，Intel的XScale系列和MPCore系列；還有針對(duì)低端8位MCU市場最新推出的Cortex-M3系列，其具有32位CPU的性能、8位MCU的價(jià)格。其應(yīng)用范圍非常廣泛，比如手機(jī)、 PDA、MP3/MP4、和種類繁多的便攜式消費(fèi)產(chǎn)品。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器第二章第二章 智能儀器基礎(chǔ)智能儀器基礎(chǔ)2022-5-26 概述概述 2.1 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)

22、調(diào)理 2.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 2.3 微控制器微控制器 2.4 人機(jī)接口人機(jī)接口 2.5 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì) 2.6 數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 2.1LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.5 2.5 人機(jī)接口人機(jī)接口2022-5-26人機(jī)接口人機(jī)接口鍵盤是一組按壓式或鍵盤是一組按壓式或觸摸式開關(guān)（按鍵）觸摸式開關(guān)（按鍵）的集合，是智能儀器的集合，是智能儀器常見的輸入設(shè)備。操常見的輸入設(shè)備。操作者可以通過鍵盤輸作者可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)、參數(shù)和操作入數(shù)據(jù)、參數(shù)和操作指令等，實(shí)現(xiàn)人指令等，實(shí)現(xiàn)人機(jī)機(jī)對(duì)話。對(duì)話。 -在智能儀器中，有時(shí)在智能儀器中，有時(shí)不僅要求系統(tǒng)具有顯示不僅要求系統(tǒng)具有顯

23、示功能，還要求系統(tǒng)將有功能，還要求系統(tǒng)將有關(guān)數(shù)據(jù)、表格或曲線打關(guān)數(shù)據(jù)、表格或曲線打印出來。印出來。 顯示器是智能儀器重顯示器是智能儀器重要的輸出設(shè)備，是人要的輸出設(shè)備，是人機(jī)交互的重要工具，機(jī)交互的重要工具，其主要功能是接受主其主要功能是接受主機(jī)信息，以光的形式機(jī)信息，以光的形式將文字和圖形顯示出將文字和圖形顯示出來。來。 觸摸屏是一種新型的智觸摸屏是一種新型的智能儀器儀表輸入設(shè)備，能儀器儀表輸入設(shè)備，具有簡單、方便、自然具有簡單、方便、自然的人的人- -機(jī)交互方式。機(jī)交互方式。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2 2.5.1 .5.1 顯示器接口技術(shù)顯示器接口技術(shù)2022-5-26發(fā)光二極管

24、發(fā)光二極管LEDLED是七段是七段或八段數(shù)碼管的簡稱，或八段數(shù)碼管的簡稱，是一種由某些特殊的半是一種由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的導(dǎo)體材料制作成的PNPN結(jié)結(jié)。LEDLED顯示器由于其工作顯示器由于其工作電壓低，體積小，功耗電壓低，體積小，功耗小，成本低，亮度適中小，成本低，亮度適中，顏色豐富，響應(yīng)速度，顏色豐富，響應(yīng)速度快，易于快，易于TTLTTL數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯電路連接，因而廣泛用電路連接，因而廣泛用于嵌入式系統(tǒng)與單板機(jī)于嵌入式系統(tǒng)與單板機(jī)系統(tǒng)等系統(tǒng)的顯示部件系統(tǒng)等系統(tǒng)的顯示部件中。中。智能儀器中用得較多的智能儀器中用得較多的是七段顯示器和點(diǎn)陣式是七段顯示器和點(diǎn)陣式顯示器。顯示器。為了適用

25、于不同的驅(qū)動(dòng)方式為了適用于不同的驅(qū)動(dòng)方式,每種結(jié)構(gòu)形式又有共每種結(jié)構(gòu)形式又有共陽極和共陰極兩種產(chǎn)品類型。陽極和共陰極兩種產(chǎn)品類型。(b) 共陽極共陽極 (a) 共陰極共陰極 (c) 外型及引腳外型及引腳LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器 為了用七段LED顯示器顯示數(shù)字或字符,需要將相應(yīng)的字碼送至LED,譯碼也就是將數(shù)碼或字符變換為字型碼,有硬件譯碼和軟件譯碼兩種。下圖是軟件譯碼和硬件譯碼的接口電路圖。硬件譯碼電路由鎖存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器組成。譯碼器一般有兩種,十六進(jìn)制型和BCD型。硬件譯碼的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省CPU的時(shí)間，但成本高,而且只能譯出十進(jìn)制或十六進(jìn)制的字符，無法顯示除此之外的其他字符。軟件

26、譯碼的基本思想是預(yù)先在內(nèi)存中建立一張如下表所示的斷碼表,根據(jù)要顯示的數(shù)字或字符去查表去獲得相應(yīng)的數(shù)字或字符。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器LED顯示宇符與段碼的關(guān)系顯示宇符與段碼的關(guān)系字符字符共陰極段碼共陰極段碼共陽極段碼共陽極段碼字符字符共陰極段碼共陰極段碼共陽極段碼共陽極段碼0 03FH3FHC0HC0HA A77H77H88H88H1 106H06HF9HF9HB B7CH7CH83H83H2 25BH5BHA4HA4HC C39H39HC6HC6H3 34FH4FHB0HB0HD D5EH5EHA1HA1H4 466H66H99H99HE E79H79H86H86H5 56DH6DH

27、92H92HF F71H71H8EH8EH6 67DH7DH82H82HH H76H76H09H09H7 707H07HF8HF8HP P73H73H8CH8CH8 87FH7FH80H80HU U3EH3EHC1HC1H9 96FH6FH90H90H滅滅00H00HFFHFFH下 頁上 頁返 回LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器LED的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)2022-5-26 對(duì)要顯示段始終通以額定電流，只要引腳提供驅(qū)動(dòng)電流，數(shù)碼管就可以直接與單片機(jī)相連。 對(duì)要顯示段通以矩形脈沖電流，為得到必要的亮度需要給予較大的驅(qū)動(dòng)電流，一般為額定電流的數(shù)倍。 LED顯示器需要適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電流才能得到適當(dāng)?shù)牧炼?，還可以顯

28、示器需要適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電流才能得到適當(dāng)?shù)牧炼?，還可以通過在電路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮璧玫胶线m的亮度。通過在電路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮璧玫胶线m的亮度。LED的驅(qū)動(dòng)方式有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種方法。的驅(qū)動(dòng)方式有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種方法。兩種驅(qū)動(dòng)方法都有利用軟件譯碼驅(qū)動(dòng)器和硬件譯碼驅(qū)動(dòng)器的兩兩種驅(qū)動(dòng)方法都有利用軟件譯碼驅(qū)動(dòng)器和硬件譯碼驅(qū)動(dòng)器的兩種掃描顯示方式。種掃描顯示方式。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器LCD顯示顯示 vLCD 也就是通常所說的液晶顯示器，具有耗電量也就是通常所說的液晶顯示器，具有耗電量低，驅(qū)動(dòng)電壓低，結(jié)構(gòu)空間小而有效，顯示面積大低，驅(qū)動(dòng)電壓低，結(jié)構(gòu)空間小而有效，顯示面積大，體薄物輕（

29、厚度約為，體薄物輕（厚度約為LED的的1/3）、適于大規(guī)模）、適于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)，其易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的優(yōu)良集成電路直接驅(qū)動(dòng)，其易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的優(yōu)良特性，為智能儀器設(shè)計(jì)提供良好條件。特性，為智能儀器設(shè)計(jì)提供良好條件。 v 液晶顯示器分扭曲向列型液晶顯示器分扭曲向列型(TN-LCD)、超扭曲向、超扭曲向列型列型(STN-LCD)和薄膜晶體管和薄膜晶體管(TFT-LCD)等幾等幾種。它們的工作原理都是利用液晶的物理特性，即種。它們的工作原理都是利用液晶的物理特性，即在通電時(shí)導(dǎo)通，液晶分子收到極化，排列變得有秩在通電時(shí)導(dǎo)通，液晶分子收到極化，排列變得有秩序，使光線容易通過，液晶顯示器看起

30、來就呈現(xiàn)序，使光線容易通過，液晶顯示器看起來就呈現(xiàn)“亮亮”的白色狀態(tài)；不通電時(shí)，排列則變得混亂，阻的白色狀態(tài)；不通電時(shí)，排列則變得混亂，阻止光線通過，此時(shí)顯示器就呈現(xiàn)止光線通過，此時(shí)顯示器就呈現(xiàn)“暗暗”的黑色狀態(tài)的黑色狀態(tài)。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器LCD的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)2022-5-26 在每個(gè)像素的前后電極上施加交變電壓時(shí)呈顯示狀態(tài)，不施加交變電壓時(shí)呈非顯示狀態(tài)的一種驅(qū)動(dòng)方法。為適應(yīng)多像素顯示，將顯示器件的電極制成矩陣結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多像素顯示。 循環(huán)地給每行電極施加選擇脈沖，同時(shí)所有列電極給出該行像素的選擇或非選擇驅(qū)動(dòng)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)所有顯示像素的驅(qū)動(dòng)。既可驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣式液晶顯示器,也可驅(qū)動(dòng)字段

31、式液晶顯示器。 LCD的驅(qū)動(dòng)方式也有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種方法。的驅(qū)動(dòng)方式也有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種方法。LCD的驅(qū)動(dòng)電壓通常采交流電壓。的驅(qū)動(dòng)電壓通常采交流電壓。交流電壓的頻率一般在交流電壓的頻率一般在30Hz到到200Hz， 以免頻率的增大將引起以免頻率的增大將引起LCD功耗的增大。此外，交流電壓中直流成分的值應(yīng)功耗的增大。此外，交流電壓中直流成分的值應(yīng)當(dāng)小于當(dāng)小于100mV，以免使液晶材料在長時(shí)間直流電壓作用下發(fā)生分解而縮短，以免使液晶材料在長時(shí)間直流電壓作用下發(fā)生分解而縮短LCD的壽命。的壽命。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器CRT顯示顯示 v陰極射線管陰極射線管CRT (Catho

32、de Ray Tube)顯示顯示器是微機(jī)系統(tǒng)中一種最基本的人機(jī)交互輸出設(shè)備器是微機(jī)系統(tǒng)中一種最基本的人機(jī)交互輸出設(shè)備。它能將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)以字符、圖形和圖像的。它能將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)以字符、圖形和圖像的形式在熒光屏上直觀地顯示出來，并且具有響應(yīng)形式在熒光屏上直觀地顯示出來，并且具有響應(yīng)速度快、無噪音、無機(jī)械磨損、使用方便等優(yōu)點(diǎn)速度快、無噪音、無機(jī)械磨損、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因而被作為一種理想的人機(jī)交互設(shè)備在微機(jī)系，因而被作為一種理想的人機(jī)交互設(shè)備在微機(jī)系統(tǒng)中廣泛使用。統(tǒng)中廣泛使用。v按照顯示原理分類按照顯示原理分類CRT顯示器可分為光柵掃描式顯示器可分為光柵掃描式和隨機(jī)掃描式兩種類型，按顯像管的顏色

33、來分，和隨機(jī)掃描式兩種類型，按顯像管的顏色來分，可以分為單色和彩色兩種類型?？梢苑譃閱紊筒噬珒煞N類型。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器CRT顯示器原理顯示器原理 CRT顯示器是利用陰極射線管中高速電子束的不斷掃描來實(shí)現(xiàn)屏幕上的字符圖形顯示的。光點(diǎn)的亮度取決于電子束的強(qiáng)弱，而電子束的強(qiáng)弱可由視頻信號(hào)（“1”或“0”）決定，通過控制柵極與陰極之間的電位差調(diào)節(jié)電子束的強(qiáng)弱，控制光點(diǎn)的亮度。光點(diǎn)的位置則受掃描電路的控制，掃描發(fā)生器產(chǎn)生水平掃描和垂直掃描信號(hào)，經(jīng)同步后控制電子束在屏幕上的位置變化。 CRT顯示器原理與光柵掃描過程圖 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器CRT顯示器的主要性能指標(biāo)顯示器的主

34、要性能指標(biāo)2022-5-26CRT顯示器的主要性能指標(biāo)顯示器的主要性能指標(biāo)帶寬帶寬水平掃描頻率水平掃描頻率垂直掃描頻率垂直掃描頻率點(diǎn)距點(diǎn)距像素像素分辨率分辨率刷新頻率刷新頻率LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.5.2 2.5.2 鍵盤接口技術(shù)鍵盤接口技術(shù)2022-5-譯鍵譯鍵識(shí)鍵識(shí)鍵鍵值分析鍵值分析鍵盤管理程序的任務(wù)鍵盤管理程序的任務(wù) 鍵盤與鍵盤與CPU的接口包括硬件和軟件部分。的接口包括硬件和軟件部分。硬件是指鍵盤的結(jié)構(gòu)以及主機(jī)的連接方式；軟件是指對(duì)按硬件是指鍵盤的結(jié)構(gòu)以及主機(jī)的連接方式；軟件是指對(duì)按鍵的識(shí)別與分析，稱為鍵盤管理程序。鍵的識(shí)別與分析，稱為鍵盤管理程序。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系

35、氣象儀器鍵盤的抖動(dòng)與串鍵鍵盤的抖動(dòng)與串鍵(一)2022-5-26檢測到按鍵按檢測到按鍵按下或松開時(shí)，下或松開時(shí)，延時(shí)再判斷按延時(shí)再判斷按鍵狀態(tài)，確認(rèn)鍵狀態(tài)，確認(rèn)是否有鍵按下。是否有鍵按下。硬件（硬件（RSRS觸發(fā)器）消抖觸發(fā)器）消抖軟件（延時(shí)消抖）軟件（延時(shí)消抖）按鍵抖動(dòng)過程按鍵抖動(dòng)過程（1）按鍵抖動(dòng)）按鍵抖動(dòng)LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器鍵盤的抖動(dòng)與串鍵鍵盤的抖動(dòng)與串鍵(二)2022-5-26（b b）按鍵連擊處理）按鍵連擊處理（a a）按鍵單擊處理）按鍵單擊處理（2 2）單次鍵入與連擊）單次鍵入與連擊LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器鍵盤的抖動(dòng)與串鍵鍵盤的抖動(dòng)與串鍵(三)2022-5-26

36、方法一：最后仍方法一：最后仍被按下的鍵是有被按下的鍵是有效的正確按鍵。效的正確按鍵。方法二：當(dāng)?shù)谝环椒ǘ寒?dāng)?shù)谝粋€(gè)按鍵未松開時(shí)個(gè)按鍵未松開時(shí)，第二個(gè)鍵不產(chǎn)，第二個(gè)鍵不產(chǎn)生鍵值。生鍵值。不理會(huì)所有被按不理會(huì)所有被按下的鍵，直至只下的鍵，直至只剩下一個(gè)鍵按下剩下一個(gè)鍵按下時(shí)為止。時(shí)為止。只處理一個(gè)鍵，只處理一個(gè)鍵，任何其他按下又任何其他按下又松開的鍵不產(chǎn)生松開的鍵不產(chǎn)生鍵值。通常第一鍵值。通常第一個(gè)被按下或最后個(gè)被按下或最后一個(gè)松開的鍵產(chǎn)一個(gè)松開的鍵產(chǎn)生鍵碼。生鍵碼。N N鍵同時(shí)按下鍵同時(shí)按下N N鍵鎖定鍵鎖定兩鍵同時(shí)按下兩鍵同時(shí)按下（3）串鍵處理）串鍵處理LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器非編碼式

37、鍵盤與編碼式鍵盤非編碼式鍵盤與編碼式鍵盤 通常采用軟件的方法，逐行逐列檢查鍵盤通常采用軟件的方法，逐行逐列檢查鍵盤狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，用計(jì)算或查表狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鍵按下時(shí)，用計(jì)算或查表的方式獲得該鍵的鍵值的方式獲得該鍵的鍵值 獨(dú)立式鍵盤、非獨(dú)立式鍵盤、非編碼矩陣式鍵盤編碼矩陣式鍵盤編碼式鍵盤編碼式鍵盤內(nèi)部設(shè)有鍵盤編碼器，被按下鍵的鍵值由編碼器直內(nèi)部設(shè)有鍵盤編碼器，被按下鍵的鍵值由編碼器直接給出，同時(shí)具有防抖和解決連擊的功能，具有速接給出，同時(shí)具有防抖和解決連擊的功能，具有速度快的特點(diǎn)。度快的特點(diǎn)。 （a） 直接連接（b）通過擴(kuò)展口連接LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器鍵盤及LED顯示器接口 使

38、用使用8279芯片作為鍵盤及芯片作為鍵盤及LED顯示器接口。顯示器接口。8279作為通用接口電路，作為通用接口電路，接受來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示數(shù)據(jù)的管理和接受來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示數(shù)據(jù)的管理和對(duì)數(shù)碼顯示器的控制。對(duì)數(shù)碼顯示器的控制。 鍵盤輸入部分與鍵盤輸入部分與2424個(gè)按鍵的鍵盤矩陣相連接，采用編碼掃描工作方式。個(gè)按鍵的鍵盤矩陣相連接，采用編碼掃描工作方式。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.5.3 2.5.3 觸摸屏技術(shù)觸摸屏技術(shù)2022-5-26按觸摸屏的檢測手段和傳輸介質(zhì)分類 1)電阻式觸摸屏2) 電容式觸摸屏3)紅外線式觸摸屏及4)表

39、面聲波觸摸屏觸摸屏由檢測部件和控觸摸屏由檢測部件和控制器組成，檢測部件安制器組成，檢測部件安裝在顯示器前面，用于裝在顯示器前面，用于檢測用戶觸摸位置，并檢測用戶觸摸位置，并轉(zhuǎn)換為觸摸信號(hào)；控制轉(zhuǎn)換為觸摸信號(hào)；控制器的作用是接受觸摸信器的作用是接受觸摸信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成觸摸坐標(biāo)號(hào)，并轉(zhuǎn)換成觸摸坐標(biāo)后送給后送給CPU，它同時(shí)能，它同時(shí)能接受接受CPU發(fā)來的命令并發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。加以執(zhí)行。按照按觸摸屏的結(jié)構(gòu)分類嵌入式(內(nèi)置式)結(jié)構(gòu)外掛式 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏 電阻觸摸屏的缺點(diǎn)是因?yàn)閺?fù)合薄膜的外層采用塑膠材料,不知道的人太用力或使用銳器觸摸可能劃傷整個(gè)觸摸屏而導(dǎo)致

40、報(bào)廢。常用在PDA等手持設(shè)備或其它。電阻觸摸屏檢測原理 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器電容式觸摸屏電容式觸摸屏v電容式觸摸屏是眾多觸摸屏中最可靠、最精確的電容式觸摸屏是眾多觸摸屏中最可靠、最精確的一種一種,但價(jià)錢也是眾多觸摸屏中最昂貴的一種。缺但價(jià)錢也是眾多觸摸屏中最昂貴的一種。缺點(diǎn)是反光嚴(yán)重點(diǎn)是反光嚴(yán)重,光線在各層間反射易造成圖像字符光線在各層間反射易造成圖像字符的迷糊，此外，用戴手套的手指或持不導(dǎo)電的工的迷糊，此外，用戴手套的手指或持不導(dǎo)電的工具觸摸時(shí)沒有反應(yīng)。但最大缺點(diǎn)還是漂移，當(dāng)溫具觸摸時(shí)沒有反應(yīng)。但最大缺點(diǎn)還是漂移，當(dāng)溫度、濕度或環(huán)境電場改變時(shí)，都會(huì)引起觸摸屏的度、濕度或環(huán)境電場改

41、變時(shí)，都會(huì)引起觸摸屏的漂移，造成不準(zhǔn)確。漂移，造成不準(zhǔn)確。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器紅外觸摸屏紅外觸摸屏v紅外觸摸屏的缺點(diǎn)是發(fā)光二極管壽命比較短，影紅外觸摸屏的缺點(diǎn)是發(fā)光二極管壽命比較短，影響了整個(gè)觸摸屏的壽命響了整個(gè)觸摸屏的壽命;紅外線觸摸屏由于依靠感紅外線觸摸屏由于依靠感應(yīng)紅外線運(yùn)作，外界光線變化會(huì)影響其準(zhǔn)確性應(yīng)紅外線運(yùn)作，外界光線變化會(huì)影響其準(zhǔn)確性,且且紅外線觸摸屏不防水不防污物，甚至非常細(xì)小的紅外線觸摸屏不防水不防污物，甚至非常細(xì)小的外來物體也會(huì)導(dǎo)致誤差，影響性能。近來紅外觸外來物體也會(huì)導(dǎo)致誤差，影響性能。近來紅外觸摸技術(shù)有較大突破摸技術(shù)有較大突破.主要應(yīng)用在較大尺寸上。主要應(yīng)

42、用在較大尺寸上。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器表面聲波觸摸屏表面聲波觸摸屏 表面聲波觸摸屏性能相對(duì)精確可靠、價(jià)格適中，是現(xiàn)時(shí)觸摸屏市場很暢銷的產(chǎn)品。它具有低輻射、不耀眼、不怕震、抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)；抗刮傷性良好，不受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，壽命長透光率高，能保持清晰透亮的圖像質(zhì)量；沒有漂移，只需安裝時(shí)一次校正；有第三軸（即壓力軸）響應(yīng)?；覊m、油污等對(duì)其表面影響較大，因而需要經(jīng)常維護(hù)，另外它還容易受到噪聲干擾。 表面聲波觸摸屏的工作原理圖 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.5.4 2.5.4 打印機(jī)接口技術(shù)打印機(jī)接口技術(shù)v打印機(jī)是一種復(fù)雜而精密的機(jī)械電子裝置，結(jié)構(gòu)打印機(jī)是一種復(fù)雜而精密的機(jī)械電

43、子裝置，結(jié)構(gòu)基本上都可分為機(jī)械裝置和控制電路兩部分。基本上都可分為機(jī)械裝置和控制電路兩部分。v機(jī)械裝置包括打印頭、字車機(jī)構(gòu)、走紙機(jī)構(gòu)、色機(jī)械裝置包括打印頭、字車機(jī)構(gòu)、走紙機(jī)構(gòu)、色帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、墨水（墨粉）供給機(jī)構(gòu)以及硒鼓傳帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、墨水（墨粉）供給機(jī)構(gòu)以及硒鼓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等等，它們都是打印機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，動(dòng)機(jī)構(gòu)等等，它們都是打印機(jī)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由控制電路統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制；而打印機(jī)的控制電由控制電路統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制；而打印機(jī)的控制電路則包括路則包括CPU主控電路，驅(qū)動(dòng)電路，輸入輸出接主控電路，驅(qū)動(dòng)電路，輸入輸出接口電路及檢測電路等?？陔娐芳皺z測電路等。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器第二章第二章

44、智能儀器基礎(chǔ)智能儀器基礎(chǔ)2022-5-26 概述概述 2.1 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)調(diào)理 2.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 2.3 微控制器微控制器 2.4 人機(jī)接口人機(jī)接口 2.5 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì) 2.6 數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 2.1LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.6 2.6 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì)2022-5-26低功耗設(shè)計(jì)不僅省電，而且降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的成本，其設(shè)計(jì)原則如下： 選用節(jié)能的微處理器選用節(jié)能的微處理器 采用電池低電壓供電采用電池低電壓供電 選用低功耗高頻率的外選用低功耗高頻率的外圍器件和電路圍器件和電路 盡量采用高速低頻工作方式盡量采用高速低頻工作

45、方式 妥善處理芯片妥善處理芯片閑置引腳閑置引腳 充分利用微控制器上集成的功能充分利用微控制器上集成的功能 盡量選用盡量選用CMOS集成電路集成電路LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.6.1 2.6.1 電源設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)2022-5-26電源設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì) 根據(jù)各組電路根據(jù)各組電路供電的功耗，供電的功耗，考慮各組供電考慮各組供電的需求，綜合的需求，綜合選取電源電壓選取電源電壓輸出（例如輸出（例如+5V,15V,+24V等）等） 。電源變壓器等器電源變壓器等器件應(yīng)有良好的屏件應(yīng)有良好的屏蔽，必要時(shí)可以蔽，必要時(shí)可以在電源入口處設(shè)在電源入口處設(shè)置交流穩(wěn)壓器、置交流穩(wěn)壓器、交流電源濾波器交流電源濾波器和

46、分布式電抗器和分布式電抗器等，以提高穩(wěn)壓等，以提高穩(wěn)壓和濾波性能。和濾波性能。電源應(yīng)該具電源應(yīng)該具有足夠的功有足夠的功率，以免滿率，以免滿負(fù)荷或超負(fù)負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)發(fā)荷運(yùn)行時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重，使熱嚴(yán)重，使精度降低或精度降低或失效。失效。 有時(shí)儀器還需有時(shí)儀器還需要具有相互隔要具有相互隔離的電源，共離的電源，共地系統(tǒng)不宜采地系統(tǒng)不宜采用隔離電源，用隔離電源，而隔離系統(tǒng)不而隔離系統(tǒng)不宜使用共地電宜使用共地電源。源。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器第二章第二章 智能儀器基礎(chǔ)智能儀器基礎(chǔ)2022-5-26 概述概述 2.1 傳感器與信號(hào)調(diào)理傳感器與信號(hào)調(diào)理 2.2 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 2.3 微控制

47、器微控制器 2.4 人機(jī)接口人機(jī)接口 2.5 低功耗設(shè)計(jì)低功耗設(shè)計(jì) 2.6 數(shù)據(jù)處理技術(shù)數(shù)據(jù)處理技術(shù) 2.1LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.7 數(shù)據(jù)處理技術(shù)2022-5-26輸入數(shù)據(jù)誤差：由傳感器、測量及放大電路和ADC精度決定，它的減小需付出高的代價(jià)、誤差來源誤差來源計(jì)算誤差：可以采用較長字節(jié)的浮點(diǎn)數(shù)和較高精度的計(jì)算方法來減小。 數(shù)據(jù)處理是指對(duì)智能儀器的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，以數(shù)據(jù)處理是指對(duì)智能儀器的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，以便進(jìn)行控制、顯示和記錄等。便進(jìn)行控制、顯示和記錄等。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要使微機(jī)化儀表的誤差主要取決于輸入在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要使微機(jī)化儀表的誤差主要取決于輸入誤差，使運(yùn)算誤

48、差小于輸入誤差，以充分利用傳感器和誤差，使運(yùn)算誤差小于輸入誤差，以充分利用傳感器和ADC部件的精度。部件的精度。 LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.7.1 2.7.1 系統(tǒng)誤差處理技術(shù)系統(tǒng)誤差處理技術(shù)v 從時(shí)間角度，把誤差分為動(dòng)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差。從時(shí)間角度，把誤差分為動(dòng)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差。v 靜態(tài)誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。靜態(tài)誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 v 動(dòng)態(tài)誤差又可分為第一類誤差和第二類誤差。動(dòng)態(tài)誤差又可分為第一類誤差和第二類誤差。 測量裝置方面測量裝置方面 環(huán)境方面環(huán)境方面 測量方法方面測量方法方面 其他其他測量人員方面測量人員方面 誤差引起的原因誤差引起的原因LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)

49、系氣象儀器線性插值線性插值 線性插值：從一組數(shù)據(jù)（線性插值：從一組數(shù)據(jù)（xi, xi, yiyi）中選取兩個(gè)有代表性的）中選取兩個(gè)有代表性的點(diǎn)（點(diǎn)（x x0 0, y, y0 0）和（）和（x x1 1, y, y1 1），然后根據(jù)插值原理，求出插值），然后根據(jù)插值原理，求出插值方程方程 。01101100110( )x xx xP xyyax axxxx101001 010,yyaayaxxxLOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器拋物線插值拋物線插值0201122012010210122021()()()()()()( )()()()()()()x x x xx x x xx x x xP xyy

50、yxx xxx x x xxx xx拋物線插值：在一組數(shù)據(jù)中選?。⊕佄锞€插值：在一組數(shù)據(jù)中選取（x0, y0）,（x1, y1）,（x2, y2）三點(diǎn)，相應(yīng)的插值方程）三點(diǎn)，相應(yīng)的插值方程LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器分段插值法分段插值法v 分段插值法：將曲線分段插值法：將曲線y = f (x)y = f (x)按分成按分成N N段，每段用一個(gè)插段，每段用一個(gè)插值多項(xiàng)式值多項(xiàng)式PnPni i(x(x) )來進(jìn)行非線性校正。來進(jìn)行非線性校正。v 等距節(jié)點(diǎn)分段插值：適用于非線性特性曲率變化不大的場等距節(jié)點(diǎn)分段插值：適用于非線性特性曲率變化不大的場合。合。分段數(shù)N及插值多項(xiàng)式的次數(shù)n均取決于非線性

51、程度和儀器的精度要求。v 不等距節(jié)點(diǎn)分段插值用于曲率變化大的非線性稱場合。不等距節(jié)點(diǎn)分段插值用于曲率變化大的非線性稱場合。在線性好的部分，節(jié)點(diǎn)間距離取大些，反之則取小些，從而使誤差達(dá)到均勻分布 。LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器最小二乘法最小二乘法 （一）（一）v設(shè)被逼近函數(shù)為f(xi),逼近函數(shù)為g(xi),xi為x上的離散點(diǎn)，逼近誤差為 令v使最小，即在最小二乘意義上使V(xi)最小化，這就是最小二乘法原理。具體實(shí)現(xiàn)方法有直線擬合法和曲線擬合法。()( )( )iiV xif xg x21()niiVx LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器最小二乘法（二）最小二乘法（二）2022-5-直線擬合

52、法直線擬合法曲線擬合法曲線擬合法最小二乘法最小二乘法直線擬合法：直線擬合法：設(shè)一組測試數(shù)設(shè)一組測試數(shù)據(jù)，出一條最能反映這些數(shù)據(jù)，出一條最能反映這些數(shù)據(jù)點(diǎn)變化趨勢的直線據(jù)點(diǎn)變化趨勢的直線. .也就是也就是這組測量數(shù)據(jù)在最小二乘意這組測量數(shù)據(jù)在最小二乘意義上的最佳擬合直線方程。義上的最佳擬合直線方程。曲線擬合法曲線擬合法是指自變量是指自變量x x與因變量與因變量y y之間之間的單值非線性關(guān)系可以用自變量的單值非線性關(guān)系可以用自變量x x的高的高次多項(xiàng)式來逼近，選用次多項(xiàng)式來逼近，選用m m次多項(xiàng)式，此次多項(xiàng)式，此時(shí)時(shí)還可以使用其他函數(shù)，如三角函數(shù)、指還可以使用其他函數(shù)，如三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函

53、數(shù)等進(jìn)行擬合。數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)等進(jìn)行擬合。01.mmyaa xaxLOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器2.7.2 2.7.2 隨機(jī)誤差的校正隨機(jī)誤差的校正v隨機(jī)誤差是指由串入儀表的隨機(jī)干擾、儀器內(nèi)部器件噪隨機(jī)誤差是指由串入儀表的隨機(jī)干擾、儀器內(nèi)部器件噪聲和聲和A/D量化噪聲等引起的誤差。量化噪聲等引起的誤差。v采用模擬濾波器是主要硬件方法。采用模擬濾波器是主要硬件方法。 v在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常采用數(shù)字濾波方法在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常采用數(shù)字濾波方法v數(shù)字濾波就是通過特定的計(jì)算機(jī)程序處理，降低干擾信數(shù)字濾波就是通過特定的計(jì)算機(jī)程序處理，降低干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比例，其實(shí)質(zhì)是程序?yàn)V波。號(hào)

54、在有用信號(hào)中的比例，其實(shí)質(zhì)是程序?yàn)V波。v數(shù)字濾波方法有很多種，從大的范圍可分?jǐn)?shù)字濾波方法有很多種，從大的范圍可分3類。類。 1、克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法、克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法 .限幅濾波法限幅濾波法 .中值濾波法中值濾波法 2、抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法、抑制小幅度高頻噪聲的平均濾波法 .算數(shù)平均算數(shù)平均 .滑動(dòng)平均滑動(dòng)平均 .加權(quán)滑動(dòng)平均加權(quán)滑動(dòng)平均 .一階滯后濾波法一階滯后濾波法 3、復(fù)合濾波法、復(fù)合濾波法LOGO儀器科學(xué)與技術(shù)系氣象儀器克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法克服大脈沖干擾的數(shù)字濾波法 2022-5-26限幅濾波限幅濾波法法 中值濾波法中值濾波法 對(duì)溫度、液位等緩對(duì)溫度、液位等緩慢變化（呈現(xiàn)單調(diào)慢變化（呈現(xiàn)單調(diào)變化）的被測參數(shù)變化）的被測參數(shù)，有良好的濾波效，有良好的濾波效果，但對(duì)流量、壓果，但對(duì)流量、壓力等變化較快的被力等變化較快的被測量一般不宜采用測量一般不宜采用此方法。此方法。 適合對(duì)溫度、壓力適合對(duì)溫度、壓力等變化較慢測控系等變