智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第6章.pptx

1、概述 6.1儀器的自動(dòng)校準(zhǔn) 6.2儀器的自動(dòng)測(cè)量6.3硬件故障自檢 6.4首 頁(yè)本章內(nèi)容第6章 智能儀器的自動(dòng)測(cè)量 和自檢技術(shù) 1 重點(diǎn)：返 回1. 儀器的自動(dòng)校準(zhǔn)3. 硬件故障自檢2. 儀器的自動(dòng)測(cè)量26.1 概述 儀器儀表的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在精度和可靠性兩個(gè)方面。 一方面，傳統(tǒng)儀器大多是實(shí)時(shí)地完成一次性測(cè)量，就將測(cè)量結(jié)果顯示或指示出來(lái)，因此測(cè)量結(jié)果的精度只能取決于儀表硬件部分的精密性和穩(wěn)定性水平。當(dāng)該水平低時(shí)，測(cè)量結(jié)果將包含較大的誤差。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回3 另一方面，傳統(tǒng)儀器不能保證測(cè)量的可靠性。所謂測(cè)量的可靠性是指儀器的測(cè)量工作必須在儀器本身完全無(wú)故障的情況下進(jìn)行。傳統(tǒng)儀器在其部件有故障時(shí)往

2、往也給出測(cè)量結(jié)果的顯示值或執(zhí)行控制動(dòng)作，并不通知使用者輸出是個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。6.1 概述 4 針對(duì)以上兩個(gè)方面的問(wèn)題，在智能儀器產(chǎn)生之前，人們?cè)谔岣邇x器儀表元器件的穩(wěn)定性和可靠性方面付出了巨大的努力，但是并未達(dá)到十分理想的期望值，智能儀器的出現(xiàn)，使這兩個(gè)根本性的問(wèn)題得到了突破性的解決。智能儀器由于引入了微型計(jì)算機(jī)，具有自動(dòng)檢測(cè)及自檢功能，極大地提高了儀器的準(zhǔn)確性，保證了儀器測(cè)量的可靠性，因此他比傳統(tǒng)的模擬式或數(shù)字式儀器儀表具有了無(wú)可比擬的功能優(yōu)勢(shì)。6.1 概述 5 儀器儀表測(cè)量參數(shù)的準(zhǔn)確性受到各種因素的影響，使用壽命、溫度、濕度和暴露在外部環(huán)境的情況及誤用都會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。為了保證儀器在預(yù)定

3、精度下正常工作，儀器必須定期進(jìn)行校準(zhǔn)。傳統(tǒng)儀器校準(zhǔn)是通過(guò)對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源直接測(cè)量，或通過(guò)與更高精度的同類(lèi)儀器進(jìn)行比較測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。6.2 儀器的自動(dòng)校準(zhǔn)6 通過(guò)對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)源直接測(cè)量一般是采用步進(jìn)調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，校準(zhǔn)時(shí)，信號(hào)源的示值作為真值，與被校準(zhǔn)儀器示值的差值即為一儀器的測(cè)量誤差，由小到大改變標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的輸出，可以獲得該儀器在所有測(cè)量點(diǎn)上的校準(zhǔn)值。 通過(guò)與更高精度的同類(lèi)儀器進(jìn)行比較測(cè)量一般是采用精度比被校準(zhǔn)儀器的精度高一個(gè)量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，校準(zhǔn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)儀器與被校準(zhǔn)儀器同時(shí)測(cè)量信號(hào)源輸出的信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)儀器的顯示值作為被測(cè)信號(hào)的真值，與被校準(zhǔn)的儀器顯示值得差值為該儀器的測(cè)量誤差（即校準(zhǔn)值），由小

4、到大改變信號(hào)源的輸出，可以獲得該儀器在所有測(cè)量點(diǎn)上的校準(zhǔn)值。6.2 儀器的自動(dòng)校準(zhǔn)7 兩種校準(zhǔn)過(guò)程在進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，信號(hào)源輸出的改變和被校準(zhǔn)儀器功能、量程的設(shè)定要靠手工操作，當(dāng)被校準(zhǔn)儀器的測(cè)量存在誤差時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)儀器內(nèi)部的可調(diào)器件（可調(diào)電阻、可調(diào)電容、可調(diào)電感等）的參數(shù)，使其示值接近標(biāo)準(zhǔn)值。 必要時(shí)，還需要記錄多個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的校準(zhǔn)值并建立誤差修正表，測(cè)量時(shí)再根據(jù)修正表對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行人工修正。儀器校準(zhǔn)后，有時(shí)還需要根據(jù)檢定部門(mén)給出的誤差修正表對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，如果儀器的測(cè)量值超過(guò)了所公布的不確定性，就要調(diào)整儀器使之符合已公布的規(guī)范，使用極為不便。6.2 儀器的自動(dòng)校準(zhǔn)8 智能儀器內(nèi)含微處理器，可

5、以自動(dòng)對(duì)所得測(cè)試結(jié)果與己知標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，將測(cè)量的不確定性進(jìn)行量化，驗(yàn)證測(cè)量?jī)x器是否工作在規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)。如自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，儀器先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行測(cè)量，并將標(biāo)準(zhǔn)量（標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)）存入“標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器”中，重復(fù)測(cè)量、存儲(chǔ)過(guò)程，完成對(duì)預(yù)定的校正值測(cè)量。之后，校正程序可根據(jù)需要自動(dòng)計(jì)算每?jī)蓚€(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)之間的插值公式的系數(shù)，將這些系數(shù)也存入“校準(zhǔn)存儲(chǔ)器”，在儀器內(nèi)部就存儲(chǔ)了一張校正表和內(nèi)插公式系數(shù)表。 6.2 儀器的自動(dòng)校準(zhǔn)9本節(jié)介紹智能儀器的校準(zhǔn)方法：內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)(interior automatic calibration)外部自動(dòng)校準(zhǔn)(exterior automatic calibration)6.2 儀器的

6、自動(dòng)校準(zhǔn)10下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.2.1內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn) 內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)利用儀器內(nèi)部的校準(zhǔn)源將各功能、各量程按工作條件調(diào)整到最佳狀態(tài)。在環(huán)境差別較大情況下工作時(shí)，內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)實(shí)際上消除了環(huán)境因素對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，補(bǔ)償工作環(huán)境的變化、內(nèi)部校準(zhǔn)溫度的變化和可能影響測(cè)量的其他因素的變化。內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)不需任何外部設(shè)備和連線，只需按要求啟動(dòng)內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)程序。不用打開(kāi)儀器蓋就可以改變存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。11 智能儀器采用內(nèi)部自動(dòng)校正技術(shù)，可去掉普通的微調(diào)電位器和微調(diào)電容，所有的內(nèi)部調(diào)節(jié)工作通過(guò)存儲(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、可調(diào)增益放大器、可變電流源、比較器及數(shù)模變換器實(shí)現(xiàn)。即校準(zhǔn)工作可以在控制器的控制下快速完成，降低費(fèi)用。

7、 比如在使用示波器時(shí)，自動(dòng)校準(zhǔn)通過(guò)對(duì)環(huán)境溫度和儀器溫度的變化進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的示波器性能，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，使用這些校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及示波器的內(nèi)部電壓和時(shí)間校準(zhǔn)功能，保證示波器總是在其最佳性能下工作。 6.2.1內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)12下 頁(yè)上 頁(yè)返 回1輸入偏置電流的自動(dòng)校準(zhǔn) 輸入放大器是高精度智能儀器儀表的常用部件之一，應(yīng)保證儀器的高輸入阻抗、低輸入偏置電流和低漂移性能，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。如圖6.1所示，在儀器輸入高端和低端連接一個(gè)帶有屏蔽的10M電阻盒，輸入偏置電流Ib在該電阻上產(chǎn)生電壓降，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后儲(chǔ)存于非易失性校準(zhǔn)存儲(chǔ)器內(nèi)，作為輸入偏置電流的修正值。 在正常測(cè)量時(shí)，微處理器

8、根據(jù)修正值選出適當(dāng)?shù)臄?shù)字量到D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)輸入偏置電流補(bǔ)償電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流Ib，抵消Ib，從而消除儀器輸入偏置電流帶來(lái)的測(cè)量誤差。6.2.1內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)132. 零點(diǎn)漂移自動(dòng)校準(zhǔn) 儀器儀表零點(diǎn)漂移是造成零點(diǎn)誤差的主要原因之一?？梢酝ㄟ^(guò)選用穩(wěn)定性高的輸入放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，從硬件上以消除這種影響，但成本較高，且在溫度變化較大的場(chǎng)所，該方法不能確保零點(diǎn)的穩(wěn)定性。為此利用零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，。進(jìn)入零點(diǎn)校準(zhǔn)模式校準(zhǔn)時(shí)，將智能儀器的輸入端接校準(zhǔn)源零輸出（或接地），啟動(dòng)一次測(cè)量，并將測(cè)量值存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器，該測(cè)量值包含選定功能的某一量程上前置通道A和A/D轉(zhuǎn)換器等模擬部件所產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移值，接著對(duì)被測(cè)信號(hào)

9、進(jìn)行正常測(cè)量，正常測(cè)量值是實(shí)際值與零點(diǎn)漂移值的代數(shù)和，只要簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算，就得到了修正后的實(shí)際值。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.2.1內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)14要特別注意的是: 在使用校準(zhǔn)源進(jìn)行零點(diǎn)偏移校準(zhǔn)前，一般應(yīng)分別執(zhí)行正零點(diǎn)和負(fù)零點(diǎn)偏移的校準(zhǔn)，并同時(shí)存儲(chǔ)于校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中。零點(diǎn)偏移校準(zhǔn)原理如圖6.2所示，虛線方框表示輸入通道。圖6.2 零點(diǎn)漂移自動(dòng)校準(zhǔn)原理圖6.2.1內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)153 增益自動(dòng)校準(zhǔn) 在儀器儀表的輸入通道中，除了存在零點(diǎn)漂移外，放大電路的增益誤差及器件的不穩(wěn)定也會(huì)影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此必須對(duì)這些誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。增益自動(dòng)校準(zhǔn)的基本思想是在不同功能的不同量程上分別進(jìn)行增益校準(zhǔn)，使之在滿刻度范圍

10、內(nèi)都達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.2.1內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)16 微處理器通過(guò)輸出口控制使儀器輸入端接地，啟動(dòng)一次測(cè)量得到測(cè)量值N0，此值便是儀器衰減器、放大器、AD轉(zhuǎn)換器等模擬部件所產(chǎn)生的零位輸出值N0。 微處理器通過(guò)輸出口又控制輸入接基準(zhǔn)電壓VR，測(cè)得輸出數(shù)據(jù)為NR，將N0、NR存入RAM的確定單元中； 使儀器輸入端接被測(cè)信號(hào)Vx，此時(shí)的測(cè)量值為Nx，則測(cè)量結(jié)果為下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.2.1內(nèi)部自動(dòng)校準(zhǔn)17 外部校準(zhǔn)要采用高精度的外部標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行外部校準(zhǔn)期間，板上校準(zhǔn)常數(shù)要參照外部標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)整。 如：一些智能儀器只需操作者按下自動(dòng)校準(zhǔn)的按鍵，儀器顯示屏便提示操作者應(yīng)輸入的標(biāo)準(zhǔn)電壓，操作者按提示

11、要求將相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電壓加到輸入端之后，再按一次鍵，儀器就進(jìn)行一次測(cè)量，并將標(biāo)準(zhǔn)量（或標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)）存入到“校準(zhǔn)存儲(chǔ)器”，然后顯示器提示下一個(gè)要求輸入的標(biāo)準(zhǔn)電壓值，再重復(fù)上述測(cè)量存儲(chǔ)過(guò)程。當(dāng)對(duì)預(yù)定的校正測(cè)量完成之后，校準(zhǔn)程序還能自動(dòng)計(jì)算每?jī)蓚€(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)之間的插值公式的系數(shù)，并把這些系數(shù)也存入“校準(zhǔn)存儲(chǔ)器”，這樣就在儀器內(nèi)部固定存儲(chǔ)了一張校準(zhǔn)表和一張內(nèi)插公式系數(shù)表。在正式測(cè)量時(shí)，它們將同測(cè)量結(jié)果一起形成經(jīng)過(guò)修正的準(zhǔn)確測(cè)量值。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.2.2外部自動(dòng)校準(zhǔn)6.2.2外部自動(dòng)校準(zhǔn)18 外部校準(zhǔn)一旦完成，新的校準(zhǔn)常數(shù)就被保存在測(cè)量?jī)x器存儲(chǔ)器的被保護(hù)區(qū)域內(nèi)且用戶無(wú)法取得，這樣就保護(hù)了由于偶然的調(diào)整對(duì)校準(zhǔn)完

12、整性的影響。制造商都應(yīng)提供相應(yīng)的校準(zhǔn)流程和在基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量?jī)x器裝置上進(jìn)行外部校準(zhǔn)所必需的校準(zhǔn)軟件。6.2.2外部自動(dòng)校準(zhǔn)19 目前有提供專(zhuān)門(mén)的校準(zhǔn)和計(jì)量管理軟件的公司。 如FLUKE公司的MET/CAL Plus，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)設(shè)施操作和管理的自動(dòng)化。能夠進(jìn)行自動(dòng)化的校準(zhǔn)工作，包括對(duì)所有各種測(cè)試和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助校準(zhǔn)、不開(kāi)蓋校準(zhǔn)和閉環(huán)校準(zhǔn)，其中也包括對(duì)射頻和微波儀器的校準(zhǔn)；生成、編輯、測(cè)試幾千種校準(zhǔn)程序，并形成相應(yīng)的文件保存；計(jì)算和報(bào)告與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致的測(cè)量不確定度，從而減少外部校準(zhǔn)所需要的時(shí)間，極大地方便了各種儀器的校準(zhǔn)及管理工作。6.2.2外部自動(dòng)校準(zhǔn)20下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.3 儀

13、器的自動(dòng)測(cè)量 自動(dòng)測(cè)量是智能儀器不可缺少的重要功能，測(cè)量結(jié)果應(yīng)滿足所要求的測(cè)量精度和可靠性。由于微處理器的引入，通過(guò)軟件算法實(shí)現(xiàn)了原來(lái)僅靠硬件難以實(shí)現(xiàn)的測(cè)量功能，且提高了測(cè)試精度和可靠性，同時(shí)儀器操作人員就省去了大量煩瑣的人工調(diào)節(jié)。由于不同儀器的功能及性能差別很大，因而測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合具體儀器來(lái)考慮，本節(jié)主要介紹智能儀器自動(dòng)測(cè)量中常有量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、觸發(fā)電平自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。21工程實(shí)踐中被測(cè)信號(hào)往往具有較寬的變化范圍，特別是在多回路檢測(cè)系統(tǒng)中，各檢測(cè)點(diǎn)所使用的傳感器可能不同，而即使同一類(lèi)型的傳感器，在不同的使用條件下，其輸出信號(hào)電平也有差異，變化范圍很寬。由于智能儀器中A/D轉(zhuǎn)換器的輸

14、入電壓通常為010V或5V +5，如果傳感器的輸出電壓直接作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，往往不能充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的有效位，必然影響測(cè)量精度。因此量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換即根據(jù)輸入信號(hào)的大小，在很短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)選定最合理的量程是智能儀器的一個(gè)重要功能。 6.3.1量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 22二、選用不同量程的傳感器智能儀器的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換可以通過(guò)兩條途徑實(shí)現(xiàn)：一、采用程控放大器6.3.1量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 231. 采用程控放大器 程控放大器量程轉(zhuǎn)換原理圖 對(duì)幅值小的信號(hào)采用大增益，對(duì)幅值大的采用小增益，使A/D轉(zhuǎn)換器信號(hào)滿量程達(dá)到均一化。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回當(dāng)被測(cè)信號(hào)的幅值變化范圍很大時(shí)，為了保證測(cè)量精度的一致性，可以采

15、用程控放大器。 下面以電壓表的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換為例進(jìn)行說(shuō)明。 6.3.1量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 24下 頁(yè)上 頁(yè)返 回例：某電壓表共有1V，10V，100V，1000V四個(gè)量程，每個(gè)量程相差10倍，為了能自動(dòng)選擇合適的量程，在每個(gè)量程設(shè)置上限（超量程限）和下限（欠量程限）。上限通常在滿刻度值附近取值，下限一般取上限的1/10。 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換由最大量程開(kāi)始，逐級(jí)比較，直至選出最合適的量程為止。這些量程的設(shè)定是由CPU通過(guò)特定的輸出端口送出量程控制代碼至程控放大器的增益控制端來(lái)實(shí)現(xiàn)的，送出不同的控制代碼就可以決定不同的程控放大器增益，使數(shù)字電壓表處于某一量程上。6.3.1量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 25 程控放大器增益的改變

16、本質(zhì)上是開(kāi)關(guān)的切換過(guò)程，由于開(kāi)關(guān)從閉合轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_(kāi)，或從斷開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合有一個(gè)短暫的過(guò)程，所以在每次改變量程之后要安排一定的延遲時(shí)間，然后再進(jìn)行正式的測(cè)量和判斷。 由于量程之間是十進(jìn)制的關(guān)系，為了得到最大的測(cè)量精度，最佳的測(cè)量值Ux應(yīng)落在UmUxUm/10之間(Um為該量程的滿度值)，若測(cè)量值UxM2，設(shè)它們的滿量程輸出是相同的。測(cè)量時(shí)，總是1#傳感器先投入工作，2#處于過(guò)載保護(hù)狀態(tài)，待軟件判別確認(rèn)量程后，再置標(biāo)志位，選取量程M1或M2。此方案適合傳感器價(jià)格便宜的測(cè)量?jī)x器。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.3.1量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換 286.3.2 觸發(fā)電平自動(dòng)調(diào)節(jié) 示波器、通用計(jì)數(shù)器等儀器觸發(fā)參數(shù)的設(shè)定是很重要的，

17、觸發(fā)參數(shù)的調(diào)整是使信號(hào)在屏幕上能穩(wěn)定顯示的前提，其中觸發(fā)電平用于調(diào)節(jié)波形的起始顯示電壓值，也即設(shè)定顯示屏上顯示的信號(hào)以大于（或小于）設(shè)定的觸發(fā)電壓為起始顯示點(diǎn)。一般情況下，觸發(fā)電平應(yīng)設(shè)定在波形的中點(diǎn)。有時(shí)為了滿足其他測(cè)量的要求，例如測(cè)定波形上升時(shí)間（或下降時(shí)間）時(shí)，需要將觸發(fā)點(diǎn)設(shè)定在波形的10（或90）處。過(guò)去，要迅速而準(zhǔn)確地自動(dòng)找到理想的觸發(fā)點(diǎn)是困難的，然而借助微處理器，并輔以一定硬件支持，就可以很好地實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能 。29 觸發(fā)電平自動(dòng)調(diào)節(jié)的原理如圖所示。輸入電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)可程控衰減器傳輸?shù)奖容^器的反向端，觸發(fā)電平由微處理器輸出與觸發(fā)電平對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)設(shè)定，該信號(hào)經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量，輸入

18、比較器的同相端。當(dāng)經(jīng)過(guò)衰減器的輸入信號(hào)的幅度達(dá)到該觸發(fā)電平時(shí)，比較器的輸出將改變狀態(tài)。觸發(fā)檢測(cè)器將檢測(cè)到比較器輸出狀態(tài)的變化送到微處理器，觸發(fā)電平即可被測(cè)出。30設(shè)某智能儀器的輸入電路有100V、10V、1V三擋量程。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)觸發(fā)電平的自動(dòng)調(diào)節(jié)，可分為“粗調(diào)”過(guò)程和“微調(diào)”過(guò)程。 “粗調(diào)”過(guò)程可確定輸入波形所在量程。首先編程使微處理器通過(guò)輸出口使程控衰減器置于最高量程100V擋(程控衰減器放大倍數(shù)為001，即0.01)，然后，通過(guò)向DA轉(zhuǎn)換器輸送不同的數(shù)逐漸調(diào)節(jié)觸發(fā)電平，再通過(guò)觸發(fā)檢測(cè)器檢測(cè)比較器輸出是否翻轉(zhuǎn)，以此來(lái)檢測(cè)輸入波形幅度是否存在于100V量程范圍內(nèi)。如果未檢測(cè)出，則將衰減器置于1

19、0V (01)擋，重復(fù)上述過(guò)程。如果還未檢測(cè)出，就將衰減器降低到1V (1)擋，再重復(fù)上述過(guò)程。 “微調(diào)”過(guò)程可準(zhǔn)確確定觸發(fā)電平。輸入波形所在的量程確定后，微處理器將向DA轉(zhuǎn)換器輸送較小間隔的數(shù)字量，即以較小的步進(jìn)值調(diào)節(jié)觸發(fā)電平。如微處理器開(kāi)始以該量程的5為一步，步進(jìn)掃描整個(gè)輸入量程范圍。當(dāng)探測(cè)到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，若在第三步時(shí)發(fā)生第一次觸發(fā)，則退回到第二步時(shí)的電平，再以125為一步繼續(xù)進(jìn)行掃描，直至發(fā)生第二次觸發(fā)為止。根據(jù)精度需要，重復(fù)使用上述方法，可以獲得更好的分辨率，得到最佳觸發(fā)電平值，最后微處理器通過(guò)DA轉(zhuǎn)換器將通道置于該電平上。6.3.2 觸發(fā)電平自動(dòng)調(diào)節(jié)316.4 硬件故障檢測(cè) 隨著技術(shù)和

20、工藝的發(fā)展，組成智能儀器系統(tǒng)的每一個(gè)器件都具有高度的可靠性和穩(wěn)定性，但由于運(yùn)作環(huán)境的多樣性，要做到長(zhǎng)期運(yùn)行不發(fā)生任何故障幾乎是不可能的，即使是集中了最先進(jìn)技術(shù)的儀器設(shè)備也不可能做到萬(wàn)無(wú)一失。一臺(tái)儀器的故障或者損壞有可能影響整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，甚至?xí)＜坝嘘P(guān)的生產(chǎn)設(shè)備和人身安全，可謂事關(guān)重大。為了提高系統(tǒng)的可靠性，降低故障率，需要對(duì)系統(tǒng)本身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督和檢查，以保證系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行。 所謂自檢就是自動(dòng)開(kāi)始或人為觸發(fā)開(kāi)始執(zhí)行事先編制好的檢測(cè)程序的自我檢驗(yàn)過(guò)程，能對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的軟硬件故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并且給出相應(yīng)指示。智能儀器如果發(fā)生了故障，需要能自動(dòng)進(jìn)行故障的檢測(cè)和診斷，并提醒操作人員注意

21、，將影響降低到最低限度，以保證整個(gè)系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行。32 常見(jiàn)的自檢有開(kāi)機(jī)自檢、周期性自檢和鍵控自檢3種方式。在自檢過(guò)程中，當(dāng)檢查到系統(tǒng)已出現(xiàn)的某種故障時(shí)，一般都采用系統(tǒng)本身的數(shù)字顯示器，給出某種代碼指示，同時(shí)伴隨著燈光閃爍或聲響報(bào)警信號(hào)。操作人員可根據(jù)代碼信號(hào)查找故障類(lèi)型，并提供故障發(fā)生的位置。自檢功能主要依靠軟件完成，力求最大限度地利用被檢測(cè)儀器本身能提供的信號(hào)、電路等現(xiàn)有條件，從而使儀器能夠簡(jiǎn)單而又方便地進(jìn)行自檢。6.4 硬件故障檢測(cè)331開(kāi)機(jī)自檢 當(dāng)儀器接通電源或復(fù)位后，儀器進(jìn)行一次自檢，在以后的測(cè)控過(guò)程中不再進(jìn)行。2周期性自檢 大多數(shù)智能儀器在運(yùn)行過(guò)程中，要不斷地、周期性地插入自

22、檢操作。這種自檢完全是自動(dòng)進(jìn)行的，并且是在測(cè)量工作的間歇期間完成的，不干擾正常測(cè)控任務(wù)。3鍵控自檢 有些儀器是在面板上設(shè)置一個(gè)自檢按鍵，由操作者控制用來(lái)啟動(dòng)自檢程序。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.4 硬件故障檢測(cè)34 （1） 當(dāng)程序投運(yùn)之前，檢查其能否正確寫(xiě)入和讀出數(shù)據(jù)。一般先將檢查字“AAH”寫(xiě)入RAM單元，然后按所寫(xiě)的單元地址逐字節(jié)讀出，檢查是否全為“AAH”；再寫(xiě)入檢查字“55H”，同樣以所寫(xiě)單元地址逐字節(jié)讀出，檢查是否全為“55 H”。檢查字“AAH”和“55H”均為相鄰位電平相反，且“AAH”和“55H”互為反碼。循環(huán)一遍即可實(shí)現(xiàn)各位寫(xiě)“0”、讀“0”和寫(xiě)“1”、讀“1”的操作。6.4.1

23、RAM的自檢下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 任何時(shí)候RAM都應(yīng)該能進(jìn)行正常的讀/寫(xiě)操作，就其讀/寫(xiě)的內(nèi)容來(lái)講，應(yīng)該為“0”或“1”，每個(gè)字節(jié)的每一位都應(yīng)有此基本要求。 35RAM的自檢流程一下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.4.1 RAM的自檢36 （2）當(dāng)程序投運(yùn)之后，作為數(shù)據(jù)區(qū)的RAM已存放有一定的信息，檢查程序絕對(duì)不能破壞原有的內(nèi)容，因此上述方法已不再適用。 可采用“異或的辦法進(jìn)行檢查，即先從被檢查的RAM單元中讀出信息，求反后再與原單元內(nèi)容進(jìn)行一次異或運(yùn)算，若其結(jié)果為全“1”，表明該單元工作正常，否則應(yīng)給出錯(cuò)誤指示。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.4.1 RAM的自檢37下 頁(yè)上 頁(yè)返 回RAM的自檢流程一6.4.1

24、 RAM的自檢38 將調(diào)試好的程序向ROM中固化時(shí)，保留一個(gè)單元(一般是程序結(jié)束后的后繼單元)不寫(xiě)程序而寫(xiě)入檢驗(yàn)字。校驗(yàn)字的狀態(tài)應(yīng)使ROM中每一列具有奇數(shù)(或偶數(shù))個(gè)1，從而使校驗(yàn)和為全“1”(或全“0”)。 ROM地址ROM中內(nèi)容備注01234567校驗(yàn)字校驗(yàn)和設(shè)計(jì)思想:ROM自檢數(shù)據(jù)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.4.2 ROM的自檢39ROM的自檢流程下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.4.2 ROM的自檢406.4.3 鍵盤(pán)與顯示器的自檢 鍵盤(pán)、顯示器等屬于數(shù)字I/0設(shè)備，如果每個(gè)I/0都要求自診斷，那么系統(tǒng)硬件I/O資源將被耗空，因此鍵盤(pán)、顯示器等設(shè)備的診斷往往采用與操作者合作的方式進(jìn)行。診斷程序進(jìn)行一系列

25、預(yù)定的I/O操作，操作者對(duì)這些I/O操作的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，如果一切都與預(yù)定的結(jié)果一致，則認(rèn)為功能正常。如果不能完成某些預(yù)定的I/O操作或有差錯(cuò)，則應(yīng)對(duì)有關(guān)的I/O通道進(jìn)行檢修。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回41 CPU每取得一個(gè)按鍵閉合的信號(hào)，就反饋一個(gè)信息（最常用的反饋信息是聲光輸出），如果反饋信息與預(yù)先設(shè)定的一致，就認(rèn)為功能正常。 如果按下某鍵無(wú)反饋信息，往往是該鍵接觸不良； 如果按某一排鍵均無(wú)反饋信號(hào)，則與對(duì)應(yīng)的電路或掃描信號(hào)有關(guān)； 如果所有鍵均無(wú)反饋信息，則鍵盤(pán)掃描系統(tǒng)已經(jīng)癱瘓或者監(jiān)控程序已被破壞。鍵盤(pán)的自檢下 頁(yè)上 頁(yè)返 回6.4.3 鍵盤(pán)與顯示器的自檢42顯示裝置的檢查方式一：讓顯示器的所有字

26、段都發(fā)光，然后再使所有字段都不發(fā)光，以檢查顯示器及相應(yīng)接口電路是否處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)表明工作正常之后，按下任何一個(gè)按鍵均應(yīng)脫離初始自檢方式，給出正常的工作符號(hào)或狀態(tài)；下 頁(yè)上 頁(yè)返 回方式二：顯示某些特征字符，一般是控制系統(tǒng)的名稱(chēng)或代號(hào)，持續(xù)一段時(shí)間自動(dòng)消失，進(jìn)入其它初態(tài)或某種操作狀態(tài)。 436.4.4輸入通道的自檢模擬輸入通道自檢常采用直接參數(shù)判斷法,即根據(jù)模擬量采樣值的大小(取極限值)來(lái)判斷模擬量輸入通道是否正常，因此，模擬量輸入通道的自檢應(yīng)包括檢測(cè)元件、變送器、ADC轉(zhuǎn)換電路及其接口電路。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回44目前電流輸出型變送器有3 種信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：010 mA，020 mA，420 mA，分別串聯(lián)500，250，250精密電阻將其轉(zhuǎn)換成05V，15V的電壓信號(hào)與AD相連接。1、變送器部分的自檢下 頁(yè)上 頁(yè)返 回開(kāi)路故障，Vin為0 V，此時(shí)ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字量為最小(通常為零)。 短路故障，Vin為24V，此時(shí)ADC 轉(zhuǎn)換的數(shù)字量為滿量程(即數(shù)字量最大)；6.4.4輸入通道的自檢45下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 將參考電源接至A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，啟動(dòng)測(cè)量，將此次采樣結(jié)果再同ROM中的預(yù)定值加以比較，若誤差在許可范圍內(nèi)，則AD轉(zhuǎn)換器正常，否則可以判定AD轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障。也可在自校正的同時(shí)判斷ADC狀態(tài)。2.ADC部分的自檢6.4.4輸入通道的自檢46下 頁(yè)上