[发明专利]一种应用于无乘法指令单片机的测量值校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单片机的测量值校准方法。

背景技术

在检测系统中，被测物理量通过传感器转换成电信号，信号经过放大器再通过A/D将物理量转换得到所对应的数字量。被测物理量转换成数字量后，还需要转换成操作人员熟悉的工程量。因为A/D转换后得到的数码值不等于原来物理量的量纲，而仅仅表示数值的大小。必须将A/D采样值转换成带有量纲的数值后才能运算、显示。

在整个测量通道的任何一个环节的信号转换偏差都会造成最终测量结果的误差。因此，在整个检测系统中必须对最终显示结果进行校准，提供校准手段。目前所采用的校准方法不外乎两大类：

a、通过硬件方法实现

在A/D采样通道的硬件电路上增加可调器件(如电位器)来调整测量值。也就是直接对A/D转换前的信号进行调整。

该方法实现校准只能对确定偏差的信号进行校准，有很大的局限性，一方面增加了设备硬件开销，另一方面由于可调器件的性能容易产生变化，因此会直接导致测量结果的偏差。同时该方法无法实现检测值的自动校准。

b、软件方法实现

采用软件方法对测量值进行校准的方法就是对A/D转换得到的数字量通过复杂的数学运算，得到最终所需的测量结果。

目前使用的计算机CPU体系结构可分为CISC(全称是Complex Instruction Set Computer，复杂指令系统计算机)和RISC(全称Reduced Instruction Set Computer，精简指令系统计算机)。

复杂的数学运算对于CISC结构的单片机来说实现起来较为方便，而对于RISC结构的单片机来说则会成为一种负担。目前采用软件方法实现测量值校准的方法对于CISC单片机来说，尤其是用高级语言(如C语言)编程的单片机来说几乎不成问题，实现起来非常方便。而对于不含乘法运算的RISC单片机来说，一个简单的整数乘法运算都需要一个复杂的子程序来实现，更不用说复杂的浮点数运算了。同时，这类单片机由于价格低，因此往往只有很小的程序存储器空间，即使编制复杂的测量校准算法，也可能会导致程序存储器空间溢出。

在检测系统中，许多测量信号和被测量信号之间存在着明显的非线性，这严重影响了测量的精度，必须采用必要的手段对信号进行校准。非线性校准的方法很多，常用的数字处理与校准方法有查表法、插值法和拟合法。在单片机系统中使用最多的是插值法：对系统模型分段进行线性拟合。而对于实际检测系统，首先采用常规的非线性分段方式进行分段，然后在每个分段后的线性区进行测量值校准，每个分段的标准值由标准测量仪表获得。

对于那些不包含非线性环节的测量通道，线性标度变换的公式如下：

Y=(Ymax-Ymin)(X-Xmin)(Nmax-Nmin)+Ymin]]>

式中Y——参数测量值

    Y_max——测量范围最大值；

Y_min——测量范围最小值；

N_max——Y_max对应的A/D转换值；

N_min——Y_min对应的A/D转换值；

X——测量值Y对应的A/D转换值。

对上述公式进行变换后得到：

Y＝k×X+b