Файл: Микропроцессоры в измерительной технике.docx

---

Введение

Микропроцессор является функциональным устройством с фиксированным интерфейсом, предназначенным для реализации заданной системы команд. Микропроцессор выполняет функции программного управления и математической обработки информации. Благодаря высокой степени интеграции схем, образующих процессор, последний характеризуется миниатюрными размерами, незначительной массой и малым потреблением энергии, а также обладает таким важным свойством, как встраиваемость.

С использованием МП в цифровых измерительных приборах расширяются функциональные возможности последних, им придаются новые свойства. Приборы превращаются в системные комплексы, улучшаются их характеристики, повышается точность измерения, быстродействие, реализуется автоматизация измерения и последующая обработка больших объемов информации, обеспечивается удобство управления прибором. МП встраиваются в цифровые вольтметры, мультиметры, цифровые и люминофорные осциллографы, анализаторы спектра, частотомеры, мосты и компенсаторы переменного тока, регистраторы переходных процессов (логгеры), измерители неэлектрических величин и другие приборы. Использование микропроцессора и интерфейса в измерительной аппаратуре открывает большие перспективы по созданию «интеллектуальных» приборов недоступной ранее сложности с меньшими затратами и меньшим числом компонентов. Сложный измерительный прибор приближается к вычислительным системам, в нем используются шины с определенными характеристиками, программные средства.

В измерительных приборах МП могут выполнять следующие операции:

● автокалибровку;

● автоматическую установку пределов измерения;

● корректировку погрешностей в процессе измерения;

● статистическую обработку данных, определение средних значений измеряемых величин за определенные интервалы времени, вычисление вариаций, дисперсии, среднеквадратических значений и др.;

● определение абсолютных и процентных отклонений от номинальных значений, вычисление отношений максимум-минимум, умножение и деление на константу;

● обработку данных по упрощенным алгоритмам, определение контролируемых параметров по измеренным значениям и известным зависимостям;

● визуальное отображение и регистрацию данных на осциллографах, дисплеях, обработку по специальным алгоритмам, определение временных интервалов между двумя маркерами, мощности импульсного и среднего значений и др.;

● управление процессами измерения на осциллографах, записи данных в память, сложных видов синхронизации в цифровых осциллографах, формирования знаков и маркерных меток, изменения цвета и интенсивности и др.;

● управление процессом измерения по заданной программе в цифровых мультиметрах, уравновешивания в приборах сравнения, работой отдельных узлов (АЦП, ЦАП и др.);

---

● диагностику функциональных узлов до начала измерения в осциллографах, мультиметрах и др.

В процессе автоматической диагностики МП анализирует сбои в работе как аналоговых, так и цифровых узлов прибора. В память МП заносится программа, определяющая порядок тестовых операций. Суть операции состоит в подаче на функциональные узлы прибора контрольных эталонных сигналов (для аналоговой части) и кодовых комбинаций (для цифровой части) и сравнение реальных сигналов на выходе с номинальными, заложенными в памяти.

Если прибор с встроенным МП планируется включить в измерительную систему, то это реализуется с помощью приборного интерфейса.

При использовании МП в приборе аналого-цифровой преобразователь перемещается к входу, так как основная доля обработки сигналов осуществляется цифровым способом, т. е. с цифровыми эквивалентами.

---

1 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ СО ВСТРОЕННЫМИ МИКРОПРОЦЕССОРАМИ

Микропроцессорная техника получает все большее применение в приборостроении. Применение микропроцессоров (МП) преобразует измерительные приборы в «интеллектуальные» устройства, способные производить необходимую математическую обработку измерительной информации и представлять ее в наиболее удобном для восприятия виде.

В случаях, когда измерительные приборы выполняются в виде отдельных устройств, не связанных с информационно-измерительной системой, микропроцессоры обеспечивают весь необходимый комплекс обработки информации. В случаях, когда прибор входит в качестве звена в информационно-измерительную систему, микропроцессор производит либо полную обработку информации, либо предварительную обработку данных, оставляя задачи полной обработки информации за вычислительной частью информационно-измерительной системы.

Кроме задач математической обработки измерительных параметров микропроцессор выполняет функции управляющего устройства, обеспечивающего .подключение необходимых элементов приборов, прием командных сигналов, передачу выходных данных и др.

В зависимости от типов измерительного прибора и примененного микропроцессора возможна различная структура «интеллектуального» прибора. Возможно применение в приборе нескольких микропроцессоров, один из которых выполняет функции управления, в то время как другие выполняют задачи обработки информации.

Микропроцессоры получают значительное применение во всех основных направлениях развития информационно-измерительной техники.

В приборах для измерения электрических и неэлектрических величин микропроцессоры выполняют следующие основные функции:

• автоматическую установку пределов измерения, корректировку аддитивных и мультипликативных погрешностей;

• автоматическое управление процессом уравновешивания в приборах сравнения постоянного и переменного токов;

• первичную обработку данных — определение отклонений от номинальных значений, определение моментов приближения к граничным условиям, вычисление отношений максимума-минимума, именованных значений отсчетов, умножение и деление на константы;

• статистическую обработку данных: определение средних значений контролируемых величин за определенные интервалы времени, вычисление вариаций, дисперсий, средних квадратических значений и др.;

• обработку данных по упрощенным алгоритмам: определение контролируемых параметров по измеренным значениям и известным зависимостям—определение расхода с вычислением по формулам, определение температур с учетом нелинейности характеристик термоэлементов и температуры окружающей среды, сглаживание полученных значений и др.;

• обработку данных по алгоритмам, реализующим метод измерения: определение скоростей движения и значений расхода на основе корреляционных методов, определение параметров объекта на основе спектрального анализа сигналов и др.;

• регистрацию данных в буферных (транзитных) регистраторах: управление частотой отсчетов, рациональное использование буферной памяти, подготовку данных к передаче в блоки основной регистрации;

• визуализацию и регистрацию данных на осциллографах и дисплеях: управление процессом визуализации, организацию памяти, формирование знаков, управление цветом, формирование маркерных меток и др.;

• диагностику функциональных узлов приборов: определение перед началом измерения исправности основных узлов сложных приборов, организацию тестов контроля и индикацию неисправностей;

• управление работой узлов, выполняющих отдельные функции измерительного преобразования, в частности работой аналого-цифрового преобразователя и др.;

• полное управление процессом измерения по заданной программе, включая управление внешними блоками, дополнительными устройствами (в том числе переключателями, вентилями, микродвигателями), для приборов, измеряющих неэлектрические величины.

---

Указанные выше области применения микропроцессоров в измерительных приборах относятся, как указывалось ранее, к отдельным приборам, не входящим в систему. В приборах, входящих в измерительную систему, микропроцессоры используются также для связи приборов в единый комплекс, кодирования и декодирования данных, передаваемых по каналам связи, повышения надежности системы путем защиты данных от искажений, сжатия данных и других задач, характерных для информационно-измерительных систем.

Приведенный выше перечень функций микропроцессоров в измерительных приборах определяет и основные типы приборов со встроенными микропроцессорами. Наиболее широко используются следующие типы средств измерений:

• многопредельные вольтамперомметры, вольтметры с микропроцессорным управлением процессом измерения, автоматической коррекцией погрешностей и программной обработкой результатов измерений;

• мосты и компенсаторы переменного тока с автоматизацией процесса уравновешивания, автоматическим выбором пределов измерения комплексных величин, вычислением выходных данных по различным схемам замещения;

• регистрирующие приборы с аналого-цифровым преобразованием и хранением данных в буферной памяти, с управлением процессом визуализации данных;

• преобразователи (датчики) неэлектрических величин с устройствами коррекции погрешностей, преобразованием вида сигналов и др.;

• приборы для измерений неэлектрических величин с обработкой данных по определенным алгоритмам (корреляционные расходомеры и др.);

• приборы для измерения неэлектрических величин, включающие в себя комплекс вспомогательных элементов и устройств (хроматографы, весоизмерительные приборы и др.).

---