Автоматизация радиоизмерений

Микропроцессорные средства измерений

Микропроцессорная система может выполнять сервисные и вычислительные функции, а также самодиагностику прибора в целом.

К сервисным функциям относят выбор диапазона измерений, определение полярности входного напряжения, коммутацию входных цепей. В осциллографах автоматически выбирается длительность развертки, осуществляется ее синхронизация, выбор масштаба по оси ординат. К сервисным функциям можно отнести и некоторые операции по коррекции погрешностей: калибровку прибора, коррекцию смешения нулевого уровня в УПТ. Автоматическое выполнение сервисных функций делает прибор более удобным и избавляет оператора от некоторых рутинных операций по настройке прибора.

Вычислительные функции заключаются в статистической обработке результатов измерений: определении среднего значения и СКО. Существует возможность получения математических функций измеряемой величины: ее умножение и деление на константу, вычитание констант, что удобно при введении поправок, представлении измеряемой величины в логарифмическом масштабе. Заметим, что часть сервисных функций можно реализовать и без микропроцессора на жесткой логике, вычислительные же функции могут быть выполнены только с помощью микропроцессоров.

В некоторых микропроцессорных приборах осуществляется самодиагностика, что повышает их метрологическую надежность.

Микропроцессорные приборы позволяют решать программным методом часть задач, решаемых в обычных приборах аппаратными средствами. Например, для измерений амплитудного, средневыпрямленного и среднего квадратического значений напряжения аппаратными методами необходимы соответствующие преобразователи. Эту же задачу можно решить микропроцессорным прибором, преобразовав сначала аналоговый входной сигнал в цифровой с помощью АЦП, а затем по соответствующим программам вычислив требуемые параметры измеряемого сигнала. Возможности прибора можно расширить, нарастив программное обеспечение, например, введя программы для статистической обработки и спектрального анализа. При этом аппаратная часть, содержащая АЦП, не усложняется, а меняется только программное обеспечение.

Поэтому микропроцессорные приборы легче сделать многофункциональными, что позволит сократить парк средств измерений, необходимых для научных и производственных целей.

Однако использование микропроцессоров имеет и негативные стороны, в первую очередь сложность аппаратуры и довольно высокая стоимость ее. В перспективе, учитывая быстрое снижение цен на элементы микропроцессорных систем, можно ожидать значительного удешевления микропроцессорных приборов.

В некоторых случаях быстродействия АЦП и микропроцессора оказываются недостаточными для проведения измерений или расчетов в реальном масштабе времени. При этом иногда оказывается целесообразным применить масштабно-временное преобразование исследуемого сигнала, сделав его более медленным. Повышение быстродействия и разрядности выпускаемых промышленностью микропроцессоров расширяет возможности микропроцессорных приборов.

При разработке микропроцессорных приборов наиболее трудоемким оказывается программное обеспечение, стоимость которого может значительно превышать стоимость аппаратных средств.

Пример структурной схемы микропроцессорного прибора.

Рассмотрим структурную схему вольтметра (рис. 12.2 рис. 12.2), на которой можно условно выделить три структурных элемента: функциональную часть, микропроцессорную систему и интерфейс.

Функциональная часть – это цифровой вольтметр, состоящий из входного устройства, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), цифрового дисплея (отсчетного устройства), блока образцовых мер и клавиатуры, с помощью которой оператор управляет работой вольтметра. Элементы функциональной части соединены между собой и с микропроцессором с помощью устройства ввода-вывода.

Взаимодействие между устройствами ввода-вывода, микропроцессором, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) и постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) осуществляется по линиям магистрали микропроцессора. Интерфейсный модуль (ИМ) предназначен для сопряжения прибора с магистралью интерфейса, например КОП.

Рис. 12.2. Структурная схема вольтметра