Выбор масштаба, калибровка звеньев УСД.
Процесс получения аналогового сигнала с какого-либо датчика, его предварительной обработки, преобразования в цифровую форму и ввода в память ЭВМ называется сбором данных.
В соответствии с указанной схемой подсистемы сбора данных значение входной величины снимаемое с датчика претерпевает различные преобразования. Это необходимо, чтобы обеспечить наиболее удобное представление измеренного значения параметра в цифровой форме в ЭВМ. Естественно характер предварительной обработки зависит почти полностью от вида датчика. Всевозможные датчики имеют самые разнообразные выходные сигналы. Например, возьмём три температурных датчика: в термопаре и полупроводниковом диоде в зависимости от температуры изменяется напряжение, в терморезисторе - сопротивление. Предварительная обработка упрощает и облегчает дальнейшие операции над сигналами.
Упрощённо представим структурную схему последовательности преобразований физической величины в соответствии с нашей схемой преобразований в ИИС.
Прежде чем рассмотреть методы преобразования физической величины в соответствии с цепочкой рассмотрим правила, которым должны удовлетворять эти преобразования. Физическая величина определяется следующим образом: , где – численное значение, – единица измерения.
Задача выбора масштаба заключается в том, чтобы сделать численное значение цифрового отображения равным числовому значению или согласовать её с областью допустимых чисел микропроцессора. Иногда решается обратная задача выбора разрядности микропроцессора в зависимости от требований к точности отображения и обработки входной информации.
Как и при вводе, при выводе конечных значений необходимо выполнить преобразование управляющих, полученных после завершения соответствующей программы с диапазоном численных значений исполнительного оборудования.
К процессу выбора масштаба относится также определение констант преобразования передаточных звеньев всей измерительной цепочки .
Имеется следующее правило пересчёта: физическая величина сохраняет все свои количественные и качественные значения если при произвольном измерении единицы её измерение или числового значения произведения числа на единицу измерения остается неизменным.
Коэффициент пересчета имеет вид:
В ЭВМ необходимо обеспечить доступ как к единицам измерения, так и к числовым значениям.
Внутримашинное представление измеренной величены по значению и масштабу получается на основании соотношения:
Коэффициент пересчёта как правило представляет целую степень числа 10 (либо числа 2). Необходимо выбирать так, чтобы внутренняя область чисел в ЭВМ хорошо согласовывалась с областью изменения измеряемой величины. Если обозначить , тогда внутреннее представление измеренного сигнала имеет следующий формат:
Константа измеренного сигнала определяется для каждой такой величины только один раз и остаётся в ЭВМ в виде специальной информации без изменений.
Масштабируемое значение измеренного сигнала используется для внутримашинной обработки. При этом константа используется только в том случае, когда, например, для выдачи управляющих сигналов на устройство центральной периферии необходимо соединить несколько измеренных значений с разным степенным представлением (с разными степенями числа 10).
Пример представления в ЭВМ масштабированной переменной в трёх форматах данных, например, для значений
а) представление с фиксированной точкой
б )представление в виде действительного числа
в )представление с плавающей точкой
Программа выбора масштаба должна выполнять следующее отображение . Этим осуществляется компенсация искажений измеренных значений в измерительной цепочке и в устройствах процессорной периферии. Программу выбора масштаба можно представить корректировочным звеном, её задача заключается в установлении условия, согласно уравнению:
В измерительной системе соотношения типа или наоборот называются градуировочными, калибровочными, тарировочными или просто функциями преобразования рассматриваемого преобразователя. Они определяются физическими законами, лежащими в основе использования методов измерения и передачи данных. Как правило, либо точно, либо с некоторыми погрешностями, они могут быть представлены либо во всём диапазоне задания, либо на отдельном участке – линейной зависимости, вида:
, где и – здесь константы аналого-цифрового преобразования.
Рассмотрим числовой пример: Задачу изменения температуры.
Область изменения
Аналоговое отображение
Цифровое (начальное) отображение |12-и разрядное двоичное число 4096|
Цифровое значение, соответствующее отображению (конечное масштабированное)
Здесь задача выбора масштаба заключается в том, чтобы сделать значение цифрового отображения равным числовому .
По условию:
(1)
, откуда и
Функция преобразования измерительной цепи (2) – при линейной передаче и усилении. Подставив параметры из начальных значений , получим :
а)
б)
Функция преобразования АЦП:
, где – для АЦП обычно равно 0. Найдем : максимальное значение величины преобразуется в 12-и позиционное двоичное число и соответствует десятичному .
Цифровое значение определяется и обрабатывается в ЭВМ как число с фиксированной запятой. Такое представление используется как основное или даже единственное в сравнительно небольших по вычислительным возможностям микропроцессорах , применяемых для управления технологическими процессами и обработки информации в РМВ.
Формат 16 бит машинного слова после АЦП имеет вид:
Таким образом значение представляется внутри машины следующим образом:
Константа в этом случае определяется как: .
Ищем функцию масштабирования ЭВМ в виде: (3)
Из (2) , из (1) , так как
И окончательно:
Откуда из (3):
Следовательно ,
Константы и – безразмерные величины, хранящиеся в микропроцессоре в виде чисел с фиксированной точкой, и используется для получения результата при выводе информации, например, на принтер.
И окончательно запишем: и тем самым выполняем условие поставленной задачи.
Дата добавления: 2019-01-09; просмотров: 873;