智能仪器课件

一、从传统仪器到智能仪器

仪器仪表、智能仪器、重要性认识

二、智能仪器的分类、基本结构与特点

4个层次、2种结构、3个特点三、推动智能仪器发展的主要技术

传感器，A/D,单片机和PC，DSP,FPGA/CPLD,软件，网络与通信四、《智能仪器设计基础》课程框架第一章绪论1.仪器仪表定义、作用、行业分类仪器仪表是信息获取的工具、是认识世界的工具，是一个系统或装置。最基本的作用：是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。测量仪器，分析仪器，生物医疗仪器，地球探测仪器，天文仪器，航空航天航海仪表，汽车仪表，电力，石油，化工仪表等，遍及国民经济各个部门，深入到人民生活的各个角落。一、从传统仪器仪表到智能仪器2、八类测试计量仪器■几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、距离测量仪器等■机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等■热工量：温度、湿度、流量测量仪器等▲光学参数：如光度计、光谱仪、色度计、激光参数测量仪、光学传递函数测量仪等。▲电离辐射：各种放射性、核素计量，X、γ射线及中子计量仪器等。同学在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？

★时间频率：各种计时仪器与钟表、铯原子钟、时间频率测量仪等★电磁量：交、直流电流表、电压表、功率表、RLC测量仪、静电仪、磁参数测量仪等★电子参数：无线电参数测量仪器如示波器、信号发生器、相位测量仪、频谱分析仪、动态信号分析仪等。三代仪器仪表：●第一代为指针式（或模拟式）仪器仪表●第二代为数字式仪器仪表●第三代就是智能式仪器仪表智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器，它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用(表现为智能的延伸或加强等)

。3、智能仪器的概念与历史1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学组”；1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召开了专门的讨论会；1988年：IFAC(国际自动控制联合会)的理事会正式确定“智能元件及仪器”。近年来，智能仪器已开始从较为成熟的数据处理向知识处理发展。模糊判断、故障诊断、容错技术、传感器融合、机件寿命预测等，使智能仪器的功能向更高的层次发展。智能仪器对仪器仪表的发展以及科学实验研究产生了深远影响，是仪器设计的里程碑。

4、对仪器仪表重要性的认识仪器仪表是：国民经济的“倍增器”

科学研究的“先行官”

现代战争的“战斗力”

法庭审判的“物化法官”

理解这四句话：请同学们阅读教材P12—16的内容;登陆智能仪器精品课程网站：门捷列夫：“科学是从测量开始的”钱学森：“新技术革命的关键技术是信息技术。 信息技术由测量技术、计算机技术、通 讯技术三部分组成。测量技术是关键和 基础”科学仪器是 信息的源头科学仪器产业是信息产业王大珩院士：“能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个民族、一个国家的创新能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略”

英国著名科学家H.Pavy曾经明确指出：“Nothingbegetsgoodsciencelikedevelopmentofagoodinstrument”（发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超过了任何其他事情）

美国能源部杰出科学家R.F.Hirsch博士在最近一篇获奖演说中指出：“由新工具开创的科学新方向远比由新概念开创的科学新方向要多。由概念驱动的革命影响是用新概念去阐明旧事物。而由工具驱动的革命影响是去发现需要阐明的新事物”二、智能仪器的分类、基本结构与特点智能仪器四个层次高级智能人工智能趋势模型化系统辨识、模式识别初级智能计算机、信号处理聪敏电子、传感、测量兼容聪敏仪器类

初级智能仪器类

模型化智能仪器类

高级智能仪器类

1.分类2、智能仪器的基本结构

其结构可有两种基本类型:●微机内嵌式

●微机扩展式将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机。以个人计算机(PC)为核心的应用扩展型测量仪器。个人计算机仪器(PCI)或称微机卡式仪器。单片机或DSPRAM、EPROMI/O接口D/AA/D外部通信RS232USB打印机板（键盘、开关、显示器传感器电量非电量内嵌微处理器智能仪器的基本结构输入通道输出通道

个人仪器结构图

普通台式PCI工控机PCI笔记本PCI个人仪器结构图个人计算机总线扩展槽软件仪器插件通用接口仪器插件仪器插件电源PC总线GPIB总线扩展底板或外部插件箱…12n◆测量过程的软件控制：

CPU→软件控制测量过程

“以软代硬”→灵活性强、可靠性强◆数据处理：

随机误差、系统误差、非线性校准等处理→改善测量的精确度

数字滤波、相关、卷积、反卷积、幅度谱、相位谱、功率谱等信号分析→提供更多高质量的信息量◆多功能化：一机多用

如智能化电力需求分析仪

3、智能仪器的特点三、推动智能仪器发展的主要技术

传感器技术

A/D等新器件的发展将显著增强仪器的功能与测量范围单片机

DSP的广泛应用

ASIC、FPGA／CPLD技术

LabVlEW等图形化软件技术网络与通信技术1、传感器技术为适应智能仪器发展的需要，各种新型传感器不断涌现。聋哑传感器(DumbSensor)智能传感器(SmartSensor)网络化传感器(NetworkedSensor)

传统的传感器是模拟仪器仪表时代的产物。它的设计指导思想是把外部信息变换成模拟电压或电流信号。这类传感器的输出幅值小，灵敏度低，而且功能单一，因而被称为“聋哑传感器”。聋哑传感器微电子技术、光电子技术获得了迅猛的发展，加工工艺逐步成熟，新型敏感材料不断被开发出来。在高新技术的渗透下，尤其是计算机硬件和软件技术的渗入，使微处理器和传感器得以结合，产生了具有一定数据处理能力，并能自检、自校、自补偿的新一代传感器——智能传感器。智能传感器的出现是传感技术的一次革命，对传感器的发展产生了深远的影响。

智能传感器网络通信技术逐步走向成熟并渗透到各行各业，各种高可靠、低功耗、低成本、微体积的网络接口芯片被开发出来，微电子机械加工技术,将网络接口芯片与智能传感器集成起来并使通信协议固化到智能传感器的ROM中时，就产生子网络传感器；为解决现场总线的多样性问题，IEEEl451．2工作组建立了智能传感器接口模块(STIM)标准，该标准描述了传感器网络适配器或微处理器之间的硬件和软件接口，是IEEEl451网络传感器标准的重要组成部分，为使传感器能与各种网络连接提供了条件和方便。网络传感器智能传感器和网络化传感器的飞速发展可大大提高信号检测能力，进而推动智能仪器总体性能的提高。

A／D芯片是现代科学仪器不可缺少的核心部件之一，它的速度的提高是实现高速数据采集的关键。在向高速，向低功耗、高分辨率、高性能的方向发展。A／D等电路与微处理器集成在一块(称为混合电路)传感器与控制电路都集成在一块芯片上，这将缩小体积，增强可靠性，从而实现智能仪器的多功能化2、A/D等新器件增强仪器的功能与测量范围3.单片机、DSP处理器广泛应用单片机:8031、8051、89C51、MSP430TMS—320系列等高速单片数字信号处理器(DSP‘DigitalSignalProcessor)是通过硬件来完成乘法和加法运算的，极大地增强了智能仪器的数字滤波、FFF、相关、卷积等信号处理能力。新型DSP芯片接口功能大大加强，甚至集成了DSP与ARM双核。4、ASIC、FPGA／CPLD技术ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits，专用集成电路)无论在价格、集成度，还是在产量、产值方面均取得了飞速发展。因此，对仪器设计者来说，很有意义的一项工作是把一些性能要求很高的线路单元设计成专用集成电路而使智能仪器的结构更紧凑，性能更优良，保密性更强。FPGA(FieldProgrammableGatesArray，现场可编程门阵列)CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)FPGA／CPLD的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路应用场合，它可以替代几十甚至上百块通用IC芯片。这种芯片具有可编程性和实现方案容易改动的特点。电路保持不动的情况下，改变内部硬件连接关系的描述，就能实现一种新的功能。比较典型的有Xilinx公司的FPGA器件系列Altera公司的CPLD器件系列。

（1）FPGA／CPLD芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已达到数十万门，它所能实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成。应用FPGA／CPLD的优点

（2）FPGA／CPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能指定。研制开发费用相对较低。

（3）FFPGA／CPLD芯片和EPROM配合使用时，用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的EPROM就可实现不同的功能。

（4）FPGA／CPLD芯片的电路设计周期很短。软件包中不但有各种输入工具和仿真工具，而且还有版图设计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最后芯片的制作(物理版图映射)。当电路有少量改动时，更能显示出FPGA／CPLD的优势。它大大加快了新产品的试制速度，减少了库存风险与设计错误所带来的危险，从而提高了企业在市场上的竞争能力和应变能力。（5）电路设计人员使用FPGA／CPLD进行电路设计时，不需要具备专门的IC(集成电路)深层次的知识，FPGA／CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计。FPGA／CPLD适合于正向设计(从电路原理图到芯片级的设计)，对知识产权的保护也非常有利。在计算机和必要的仪器硬件确定之后，软件就是PCI仪器发展的关键。软件就是仪器成为流行的说法。NI（NationalInstruments）公司1986年设计的LabVlEWl．0，2003年发展到Labview7．0，推动虚拟仪器技术的发展。图形化编程语言建立的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据采集、数据分析和数据显示功能。虚拟仪器系统由用户定义；仪器硬件模块化；可重用和重新配置；系统功能、规模可通过修改软件、更换仪器硬件而增减；技术更新速度快(1—2年)，开发维护费用低。5、LabVlEW等图形化软件技术→虚拟仪器

随着网络技术、通信技术的高速发展与广泛应用，网络化测试技术受到广泛关注，这必将对网络时代的测试仪器和测试技术产生革命性变化。表现在两个方面：

★智能仪器要上网，完成数据传输、远程控制与故障诊断等；

★构建网络化测试系统，将分散的各种不同测试设备挂接在网络上，通过网络实现资源、信息共享，协调工作，共同完成大型复杂系统的测试任务。6、网络与通信技术

网络化测试系统主要由两大部分组成：◆组成系统的基本功能单元(PC仪器、网络化测量仪器、网络化传感器、网络化测量模块)；◆连接各基本功能单元的通信网络。用于测试和控制的网络与以信息共享为目的的信息网不同，前者采用工业Ethernet，后者采用快速Ethernet。

构建网络化测试系统需考虑的问题：▲系统要具有开放性和互操作性；

▲系统的实时性和时间的确定性；

▲系统的成本尽可能低，通用性好；

▲基本功能单元必须是智能化的，带有本地微理器和存储器，具有网络化接口。四、《智能仪器设计基础》课程框架虚拟仪器、网络化仪器数据采集技术人机接口与通信数据处理软件设计方法可靠性与抗干扰技术可测试性技术设计原则步骤与实例

思考题1．你在学习和生活中，接触、使用或了解哪些仪器仪表？属于哪种类型？指出它们的共同之处、主要区别。选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想。

2．结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。

3．仪器仪表的重要性体现在哪些方面？

4．简述推动智能仪器发展的主要技术。

5．学过的哪些课程为智能仪器设计奠定基础，回顾主要内容。

6．智能仪器有哪几种结构形式？对其作简要描述。

7．智能仪器设计时采用FPGA／CPLD有哪些优点？第三章智能仪器的数据采集技术

智能仪器的数据采集系统简称DAS（DataAcquisitionSystem），是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。第一节数据采集系统的组成结构

传感器模拟信号调理数据采集电路微机系统图3.1数据采集系统的基本组成

实际的数据采集系统往往需要同时测量多种物理量或同一种物理量的多个测量点。因此，多路模拟输人通道更具有普遍性。按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输人通道可分为集中采集式和分散采集式两大类型。

一、集中采集式

图3.2集中式数据采集系统的典型结构

二、分散采集式(分布式)(a)分布式单机数据采集结构

通信接口上位机数据采集站1数据采集站2数据采集站3数据采集站N…………………………模拟信号和数字信号(b)网络式数据采集结构图3.3分布式数据采集系统的典型结构第二节

模拟信号调理

在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了实现物理信号向电信号的转换、小信号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等，这些操作统称为信号调理（SignalConditioning），相应的执行电路统称为信号调理电路。

传感器前置放大低通陷波高通至采集电路图3.4典型调理电路的组成框图

一、传感器的选用传感器是信号输人通道的第一道环节，也是决定整个测试系统性能的关键环节之一。要正确选用传感器，首先要明确所设计的测试系统需要什么样的传感器——系统对传感器的技术要求；其次是要了解现有传感器厂家有哪些可供选择的传感器，把同类产品的指标和价格进行对比，从中挑选合乎要求的性能价格比最高的传感器。(一)对传感器的主要技术要求1.具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围相一致。2.转换精度符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标，转换速度应符合整机要求。3.能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。4.能满足用户对可靠性和可维护性的要求。(二)可供选用的传感器类型对于一种被测量，常常有多种传感器可以测量，例如测量温度的传感器就有：热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体PN结、IC温度传感器、光纤温度传感器等好多种。在都能满足测量范围、精度、速度、使用条件等情况下，应侧重考虑成本低、相配电路是否简单等因素进行取舍，尽可能选择性能价格比高的传感器。

1.大信号输出传感器

:为了与A/D输入要求相适应，传感器厂家开始设计、制造一些专门与A/D相配套的大信号输出传感器。

传感器传感器传感器小信号放大信号修正与变换滤波A/D微机微机I/V转换V/F光电耦合小电流小电压大电压大电流图3.5大信号输出传感器的使用

2.数字式传感器：数字式传感器一般是采用频率敏感效应器件构成，也可以是由敏感参数R、L、C构成的振荡器，或模拟电压输入经

V/F转换等，因此，数字量传感器一般都是输出频率参量，具有测量精度高、抗干扰能力强、便于远距离传送等优点。

传感器放大整形光电隔离计算机传感器整形光电隔离计算机频率量输出开关量输出图3.6频率量及开关量输出传感器的使用

3.集成传感器：集成传感器是将传感器与信号调理电路做成一体。例如，将应变片、应变电桥、线性化处理、电桥放大等做成一体，构成集成压力传感器。采用集成传感器可以减轻输人通道的信号调理任务，简化通道结构。

4.光纤传感器：这种传感器其信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现的，避免了电路系统的电磁干扰。在信号输入通道中采用光纤传感器可以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。二、运用前置放大器的依据多数传感器输出信号都比较小，必须选用前置放大器进行放大。判断传感器信号“大”还是“小”和要不要进行放大的依据又是什么？放大器为什么要“前置”,即设置在调理电路的最前端？前置放大器的放大倍数应该多大？VIN前置放大器K0后级电路KVISVIN0VOSVON图3.7前置放大器的作用

图3.8两种调理电路的对比

由于

K＞1,所以，，这就是说，调理电路中放大器设置在滤波器前面有利于减少电路的等效输入噪声。

三、信号调理通道中的常用放大器

在智能仪器的信号调理通道中，针对被放大信号的特点，并结合数据采集电路的现场要求，目前使用较多的放大器有仪用放大器、程控增益放大器以及隔离放大器等。

(一)仪用放大器

图3.9仪用放大器的基本结构

仪用放大器上下对称，即图中R1=R2，R4＝R6，R5＝R7。则放大器闭环增益为：假设R4=R5，即第二级运算放大器增益为1，则可以推出仪用放大器闭环增益为：由上式可知，通过调节电阻RG，可以很方便地改变仪用放大器的闭环增益。当采用集成仪用放大器时，RG一般为外接电阻。

在实际的设计过程中，可根据模拟信号调理通道的设计要求，并结合仪用放大器的以下主要性能指标确定具体的放大电路。

1.非线性度

它是指放大器实际输出输入关系曲线与理想直线的偏差。当增益为1时，如果一个12位A/D转换器有0.025%的非线性偏差，当增益为500时，非线性偏差可达0.1%，相当于把12位A/D转换器变成10位以下转换器，故一定要选择非线性偏差小于0.024%的仪用放大器。

2.温漂温漂是指仪用放大器输出电压随温度变化而变化的程度。通常仪用放大器的输出电压会随温度的变化而发生(1~50)

V/℃变化，这与仪用放大器的增益有关。

3.建立时间建立时间是指从阶跃信号驱动瞬间至仪用放大器输出电压达到并保持在给定误差范围内所需的时间。4.恢复时间恢复时间是指放大器撤除驱动信号瞬间至放大器由饱和状态恢复到最终值所需的时间。显然，放大器的建立时间和恢复时间直接影响数据采集系统的采样速率。5.电源引起的失调电源引起的失调是指电源电压每变化1%，引起放大器的漂移电压值。仪用放大器一般用作数据采集系统的前置放大器，对于共电源系统，该指标则是设计系统稳压电源的主要依据之一。

6.共模抑制比当放大器两个输入端具有等量电压变化值UI时，在放大器输出端测量出电压变化值UCM，则共模抑制比CMRR可用下式计算：CMRR也是放大器增益的函数，它随增益的增加而增大，这是因为测量放大器具有一个不放大共模的前端结构，这个前端结构对差动信号有增益，对共模信号没有增益。但CMRR的计算却是折合到放大器输出端，这样就使CMRR随增益的增加而增大。(二)程控增益放大器程控放大器是智能仪器的常用部件之一，在许多实际应用中，特别是在通用测量仪器中，为了在整个测量范围内获取合适的分辨力，常采用可变增益放大器。在智能仪器中，可变增益放大器的增益由仪器内置计算机的程序控制。这种由程序控制增益的放大器，称为程控放大器。

图3.10程控放大器原理框图

(三)隔离放大器隔离放大器主要用于要求共模抑制比高的模拟信号的传输过程中，例如输入数据采集系统的信号是微弱的模拟信号，而测试现场的干扰比较大对信号的传递精度要求又高，这时可以考虑在模拟信号进入系统之前用隔离放大器进行隔离，以保证系统的可靠性。

由于隔离放大器采用了浮离式设计，消除了输入、输出端之间的耦合，因此具有以下特点：1.能保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。2.泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。3.共模抑制比高，能对直流和低频信号（电压或电流）进行准确、安全的测量。图3.12GF289集成隔离放大器图3.14GF289典型接法

第三节A/D转换器及接口技术

A/D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但在一般情况下，模拟量是指电压而言的。在数字系统中，数字量是离散的，一般用一个称为量子Q的基本单位来度量。

图3.15量化特性及量化误差

一般而言，n位ADC的理想传输函数由以下两个式子定义：

图3.16理想ADC的传输特性和量化误差

A/D转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平。

(1)分辨率

ADC的分辨率定义为ADC所能分辨的输入模拟量的最小变化量。

(2)转换时间

A/D转换器完成一次转换所需的时间定义为A/D转换时间。

(3)精度①绝对精度绝对精度定义为：对应于产生一个给定的输出数字码，理想模拟输入电压与实际模拟输入电压的差值。绝对精度由增益误差、偏移误差、非线性误差以及噪声等组成。

②相对精度相对精度定义为在整个转换范围内，任一数字输出码所对应的模拟输入实际值与理想值之差与模拟满量程值之比。

③偏移误差。ADC的偏移误差定义为使ADC的输出最低位为1，施加到ADC模拟输入端的实际电压与理论值1/2(Vr／2n)(即0.5LSB所对应的电压值)之差（又称为偏移电压）。

④增益误差增益误差是指ADC输出达到满量程时，实际模拟输入与理想模拟输入之间的差值，以模拟输入满量程的百分数表示。

⑤线性度误差ADC的线性度误差包括积分线性度误差和微分线性度误差两种。a．积分线性度误差积分线性度误差定义为偏移误差和增益误差均已调零后的实际传输特性与通过零点和满量程点的直线之间的最大偏离值，有时也称为线性度误差。

b．微分线性度误差积分线性度误差是从总体上来看ADC的数字输出，表明其误差最大值。但是，在很多情况下往往对相邻状态间的变化更感兴趣。微分线性度误差就是说明这种问题的技术参数，它定义为ADC传输特性台阶的宽度（实际的量子值）与理想量子值之间的误差，也就是两个相邻码间的模拟输入量的差值对于Vr/2n的偏离值。

图3.17ADC的积分线性度误差

图3.18ADC的微分线性度误差

与微分线性度误差直接关联的一个ADC的常用术语是失码（MissingCord）或跳码(SkippedCord)，也叫做非单调性。

图3.19ADC的失码现象

⑥温度对误差的影响环境温度的改变会造成偏移、增益和线性度误差的变化。

二、ADC的转换原理(一)

比较型ADC比较型ADC可分为反馈比较型及非反馈（直接）比较型两种。高速的并行比较型ADC是非反馈的，智能仪器中常用到的中速中精度的逐次逼近型ADC是反馈型

图3.20逐次逼近式转换器原理

(二)积分型ADC图3.21双积分ADC双积分式ADC的优点：对R、C及时钟脉冲Tc的长期稳定性无过高要求即可获得很高的转换精度。微分线性度极好，不会有非单调性。因为积分输出是连续的，因此，计数必然是依次进行的,即从本质上说，不会发生丢码现象。积分电路为抑制噪声提供了有利条件。双积分式ADC是测量输入电压在定时积分时间T1内的平均值，对干扰有很强的抑制作用，尤其对正负波形对称的干扰信号抑制效果更好。

(三)Δ-Σ型ADC

过采样Σ-ΔA/D变换器由于采用了过采样技术和Σ-Δ调制技术，增加了系统中数字电路的比例，减少了模拟电路的比例，并且易于与数字系统实现单片集成，因而能够以较低的成本实现高精度的A/D变换器，适应了VLSI技术发展的要求。

①过采样技术图3.22理想3位ADC转换特性

图3.23 过采样技术原理图

②Σ-Δ调制及噪声整形技术图3.24 带模拟滤波和数字滤波的过采样

图3.25一阶Σ-ΔADC图3.26Σ-Δ调制器的频域线性化模型

图3.27 整形后的量化噪声分布图3.28 二阶Σ-ΔADC图3.29信噪比与阶数和过采样倍率之间的关系

③数字滤波和采样抽取技术图3.30M=4的采样抽取

(四)V/F型ADC智能仪器中常用的另一种ADC是V/F型ADC。它主要由V/F转换器和计数器构成。V/F型ADC的特点是：与积分式ADC一样，对工频干扰有一定的抑制能力；分辨率较高；特别适合现场与主机系统距离较远的应用场合；易于实现光电隔离。

三、常用ADC集成芯片及其与智能仪器中微处理器的接口考虑到逐次逼近式ADC具有转换速度快，精度较高，价格适中的优点，Σ-Δ型ADC具有转换精度高，价格低廉的优点，下面将介绍逐次逼近式ADC-AD574A和Σ-Δ型ADC-CS5360及其与CPU的接口。(一)AD54A及其与微处理器的接口图3.31AD57A的管脚图图3.32ADC574A单极性和双极性输入接法

表3.1AD574的控制状态表：图3.33AD574的8位输出数据格式图3.34AD574A启动转换和读数据时序

图3.35AD574A与8031的接口

表3.2AD574系列产品主要性能比较(二)CS5360及其与微处理器的接口1.CS5360简介u

真正的24位转换u

105dB的动态范围u

低噪声，总谐波失真>95dBu

Δ-ΣA/D转换技术u

片内数字抗混叠滤波及电压参考u

最高采样率50KHzu

差动模拟输入u

单+5V电源供电图3.36CS5360功能框图

图3.37CS5360串行输出数据格式0图3.38CS5360串行输出数据格式1图3.39CS5360串行输出数据格式22.CS5360与CPU的接口电路设计在设计CS5360的接口电路时，需要考虑的一个主要问题是如何将其转换输出的24位串行数据读出并存储。有两种方案可以考虑：一是将CS5360的数据输出接口直接与MCU的I/O口相连，利用MCU内部提供的串行接口或者采用软件来实现数据的读出和保存，该方案对MCU的速度要求相对较高；另一方案是设计专门的硬件电路来实现数据的读出和存储，适用于采用低速MCU的应用场合。

图3.40数字接口电路功能框图

基于FPGA的数字接口电路部分的设计

图3.41接口功能框图

图3.42串并转换电路原理图

图3.43工作时序图

第三章人机对话与数据通信键盘LCD显示器触摸屏技术串行总线数据通信PTR2000无线数据传输3.1键盘键盘的种类：键盘上闭合键的识别是由专用硬件实现的，称为编码键盘，靠软件实现的称为非编码键盘。键盘的接口必须解决下列的一些问题：（1）决定是否有键按下；（2）如有键按下，决定是哪一个键被按下；（3）确定被按键的读数； （4）反弹跳—按键抖动的消除。（5）处理同时按键既同时有一个以上的按键。3.1.1非编码键盘1.独立连接式非编码键盘µP接口+V10kΩ*42.矩阵式非编码键盘识别按键的方法行扫描法线反转法行线x2x1x0y0y1y2y3列线0489512376AB10KΩ*3+5V行码列码0键：11011101键：11011012键：11010113键：11001114键：10111105键：1011101A键：0111011线反转法并行接口11010000+5V+5V并行接口11011011+5V+5VP2.7P2.0WRRDALEP08031CEIO/MWRRDALED0~D7PA7PA0PC0PC1PC2PC3+5V0123456789101112131415161718192021222324252627282930315.1K×4+5V1K20µFRESET8155PA6PA5PA4PA3PA2PA1非编码键盘接口3.1.2键盘信号的获取方法有三种：

.程序扫描法中断扫描法定时中断法键盘监控程序设计方法有.直接分析法状态矩阵法3.1.3编码键盘

.

编码键盘的基本任务是识别按键，提供按键读数，一个高质量的编码键盘还应具有反弹跳、处理同时按键等功能..

静态编码器—普通编码器如74148可编程键盘/显示接口如8279

静态式编码器接口11101234567101112131234897674148EIA0A1A2A2’A1’A0’A0’A1’A2’键01234567000011110011001101010101a）接口电路b）真值表D0D1D2D3D4D5D6D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ALEP2.7RDINT18051RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0CLKA0WRRDIRQ74LS373RESETSHIFTCNTL20µF+5V2KSL0SL1SL2827974LS138Y0~Y7VCC+5V1514131211109876543210BIC8708dpBIC8708+5VfgcedbaB0B1B2B3A0A1A2A3CSWR3.2数码显示技术液晶显示是一种功耗极低的被动式显示器件。其优点为：工作电流比LED小几个数量级，尺寸小，厚度约为LED的1/3等。LCD的驱动方式:驱动方式由电极引线的选择确定。既LCD选定后，其驱动方式也就随之确定了。静态驱动迭加驱动(时分驱动)3.2.1LCD数码显示3.2.1、七段LCD显示器静态驱动方式

VA1=1LCDABC不显示显示VBVCVA-VC迭加驱动方式:

迭加驱动方式通常采用电压平均法。其占空比有1/2、1/8、1/12、1/16、1/32、1/64等，偏比有1/2、1/3、1/5、1/7、1/9等。

硬件译码的LCD驱动接口ICM7211

七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器七位宽驱动器七位宽锁存器可编程4/7译码器4位锁存使能2位锁存使能2/4译码器≥1oneshot振荡器÷128使能检测器背光板驱动器BP输入/输出输入数据DS1DS2振荡器输入CS1CS2第4位段输出第3位段输出第2位段输出第1位段输出ICM7211AM与8031单片机的接口

BPICM7211D0D1D2D3DS1DS2CS1CS2=1=1=1=1P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P2.7WR单片机3.2.2、字符式LCD显示器

LCM-512-01A点阵字符式液晶显示模块:

自带驱动IC和液晶显示控制IC。该模块上的控制器是HD44780内部有字符发生器和显示数据存储器，可显示96个ASCII字符和92个特殊字符。

控制器LCD显示屏驱动器ER/WRSDB0DB7VDDVOVSS二.模块各管脚的功能为：①Vss：地线输入端。②VDD：+5V电源输入端。③Vo：液晶显示面板亮度调节，通过10~20K的电阻接到+5V和地之间起调节亮度的作用。图3-13所示为Vo的接法。④RS：寄存器选择信号输入线。当其为低电平时，选通指令寄存器；为高电平时选通数据寄存器。⑤R/W：读/写信号输入线。低电平为写入，高电平为读出。⑥E：使能信号输入线。读状态下，高电平有效；写状态下，下降沿有效。⑦~(14)D0~D7：

数据总线。可以选择4位总线或8位总线操作，选择4位总线操作时使用D4~D7。

三、HD44780指令集1.清显示命令:

00000001(执行时间1.64ms)2.光标返回命令:0000001*(执行时间1.64ms)

3:输入方式:

000001I/DS(执行时间40µs)设置光标、显示画面移动的方向。I/D=1，AC自动加1，光标右移一个字符位。S=0无效，S=1有效。4.显示开关控制:00001DCB。其中:D=1时开显示;D=0时关显示C=1时光标显示;C=0时光标消失B=1为闪烁启用;B=0时闪烁关闭5.光标、显示画面移动：0001S/CR/L**

其中：S/C=1为显示画面位移；S/C=0为光标位移R/L=1为右移；R/L=0为左移

6.功能设置:001DLNF**

。其中:DL=1表示数据总线有效位长为8位;DL=0表总线为4位.N=1表示字符行为两行;N=0表示字符行为一行.F=1表示字体为5×10点阵;F=0为5×7点阵.(高4有效)7.CGRAM地址设置:01A5A4A3A2A1A0。8.DDRAM地址设置:1A6A5A4A3A2A1A0。

9.读BF及AC值:BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC010.写数据。。

11.读数据。。

P0.0~0.780C31373138+DB7~0R/WRSERDWR3.2.3图形式LCD显示器一、MGLS-19264模块的内部电路结构61203A

192×64点

6120261202

61202VccGNDVo/CSADB0~7/CSBD/IR/WE64646464二、引出线的功能1．

VCC：模块+5V电源输入端。2．

GND：地线输入端。3．

VO：显示亮度调节。4．CSA、CSB：芯片选择控制。其值为00时选通HD61202（1），即选择左屏有效；值为01时选通HD61202（2），即选择中屏有效；值为10时选通HD61202（3），对应的选择右屏有效。5．D/I：数据、指令选择。D/I=1时进行数据操作；D/I=0时写指令或读状态。6．R/W：读写选择信号。R/W=1为读选通；R/W=0为写选通。7．E：读写使能信号。在E的下降沿，数据被写入HD61202；在E高电平期间，数据被读出。8．DB0~DB7：数据总线。三、HD61202显示RAM的地址结构

PAGE0DB0

DB7

PAGE1DB0

DB7

PAGE7DB0

DB7

PAGE6DB0

DB7X=0X=1X=6X=7ROW1

ROW8ROW9

ROW16ROW49

ROW56ROW57

ROW64Yaddress0123616263四.HD61202的指令系统1.显示开/关指令DB0=1时显示RAM内容2.显示起始行设置3.页设置指令4.列地址设置指令5.读状态指令BUSY=1表忙;ON/OFF=1显示关闭;RESET=1复位状态.6.写数据指令7.读数据指令R/WD/IB7B6B5B4B3B2B1B00000111111/00011显示起始行(0-63)0010111页号0001显示列地址11BUSY0ON/OFFRESET000001写数据11显示数据读五、直接访问方式接口电路80C3137310KΩP0.0~P0.7DB0~DB7

RDWRP2.7P2.6-5VD/IR/WVCCV0E/CSA/CSBA0A13.3触摸屏简介一、触摸屏的类型1.按触摸屏的结构进行分类嵌入式(内置式)结构外挂式2.按触摸屏的检测手段进行分类红外式电阻式电容式表面声波式电阻触摸屏电阻触摸屏的主要部分是一块多层的复合电阻薄膜.它最大的特点是不怕油污，灰尘，水。电阻触摸屏共同的缺点是因为复合薄膜的外层采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。常用在PDA等手持设备或其它.

红外触摸屏以光束阻断技术为基本原理，不需要在原来的显示器表面覆盖任何材料.其主要优点是价格低廉、安装方便、可以用在各档次的计算机上。缺点:发光二极管寿命比较短，影响了整个触摸屏的寿命;红外线触摸屏由于依靠感应红外线运作，外界光线变化会影响其准确性,且红外线触摸屏不防水不防污物，甚至非常细小的外来物体也会导致误差，影响性能。近来红外触摸技术有较大突破.主要应用在较大尺寸上.

电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，是利用人体的电流感应进行工作的.

电容式触摸屏是众多触摸屏中最可靠、最精确的一种,但价钱也是众多触摸屏中最昂贵的一种。缺点是反光严重,最大缺点是漂移.表面声波触摸屏是众多触摸屏中较可靠、较精确的一种且其价格比适中，是现时触摸屏市场很畅销的产品。它具有低辐射、不耀眼、不怕震、抗干扰强等特点；抗刮伤性良好，不受温度、湿度等环境因素影响，寿命长透光率高，能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应。灰尘、油污等对其表面影响较大。性能类别红外四线电阻电容表面声波五线电阻价格低低高高较高清晰度

字符图象模糊字符图象模糊很好较好透光率100%90%90%98%95%色彩失真

有有

分辨率1000*7204096*40964096*40964096*40964096*4096防刮擦

主要缺陷一般，怕硬物敲击非常好且不怕硬物一般，怕锐器野蛮使用外框易碎差一般不怕好但锐器反应速度50-300ms10-20ms15-24ms10ms10ms材料塑料框架或透光外壳多层玻璃或塑料复合膜四层复合膜纯玻璃多层玻璃或塑料复合膜多点触摸左上角中心点中心点智能判断中心点ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。

3.4串行总线数据通讯3.4.1、RS-232C总线标准及应用引脚号信号名称方向信号功能1DCDPC机←仪器PC机收到远程信号（载波检测）2RXDPC机←仪器PC机接收数据3TXDPC机→仪器PC机发送数据4DTRPC机→仪器PC机准备就绪5GND-信号地6DSRPC机←仪器仪器准备就绪7RTSPC机→仪器PC机请求发送数据8CTSPC机←仪器仪器已切换到接收状态（清除发送）9RIPC机←仪器通知PC机，线路正常（振铃指示）电平转换芯片介绍

(1)驱动器的输出电平逻辑0：+5V～+15V；逻辑1：-5V~-15V(2)接收器的输入检测电平逻辑0：＞+3V；逻辑1：＜-3VRS-232C使用的是负逻辑。

TXDRXDRXDTXDT1INR1OUTT1OUTR2OUTR2INT2OUTR2OUTT2IN11611610610610610696967676868680318031MAX232AMAX232A3.4.2、RS-422/485标准总线及其应用RS-449与RS-232C的主要差别是信号的传输方式不同。RS-449接口是利用信号导线之间的电位差，可在1200m的双绞线上进行数字通信，速率可达90kb/s。由于RS-449系统用平衡信号差电路传输高速信号，所以噪声低，又可以多点或者使用公用线通信。

RS-422是RS-449标准的子集，规定了电气方面的要求。

RS-422A的传输率最大为10Mb/s，在此速率下，电缆允许长度为120m。如果采用较低传输速率，如90kb/s，最大距离可达1200m。RS-485是RS-422A的变形。RS-422A为全双工，可同时发送和接收；RS-485则为半双工，在某一时刻，一个发送另一个接收。

RS-232C、RS-422A、RS485性能比较

接口性能RS-232CRS-422ARS-485操作方式单端差动方式差动方式最大距离/m15(24kb/s)1200(100kb/s)1200(100kb/s)最大速率200kb/s10Mb/s10Mb/s最大驱动器数目1132最大接收器数目11032接收灵敏度±3V±200mV±200mV驱动器输出阻抗300Ω60kΩ120kΩ接收器负载阻抗3～7kΩ>4kΩ>12kΩ负载阻抗3～7kΩ100Ω60Ω对共用点电压范围/V±25-0.25～+6-7～123.4.3、USB通用串行总线及应用

“UniversalSerialBus”

USB具有如下一些特点：

USB接口统一了各种接口设备的连接头，

即插即用（plug-and-play），并能自动检测与配置系统的资源。

具有“热插拨“（hotattach&detach）的特性。

USB最多可以连接127个接口设备。

USB1.1的接口设备采用两种不同的速度：

12Mbps（全速）和1.5Mbps（慢速）。

USB2.0的传输速度最高可达到480Mbps，也即是480Mbit/s.（一）USB基本特性

USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另两根为下游设备提供电源

.VBUSD—GNDD+VBUSD+D—GNDUSB系统的基本构架可以分为三个主要的部分：USB主机控制器/根集线器；

USB集线器；

USB设备。主机根集线器Hub端口USB设备Hub（二）USB的传输内幕

1．传输基础配置通信

应用通信

管理总线上的数据

PC到PC的通信

2．

设备端点

3．

连接设备到主机（设备列举）

4．

传输类型控制传输

中断传输

批量传输等时传输

（三）主机如何通信

分层驱动

驱动程序的选择

应用程序Win32子系统硬件设备驱动程序总线驱动程序硬件Win32API调用函数I/O请求封包（IRP）I/O请求封包（IRP）硬件特定接口用户模式核心模式USB的通信中使用的阶层式驱动程序（四）USB接口器件及应用

USB专用接口芯片PDIUSBD12的主要特点：高性能USB接口器件集成了SIEFIFO存储器收发器以及电压调整器。可与任何外部微控制器/微处理实现高速并行接口，2M字节/秒。完全自治的直接内存存取DMA操作。集成320字节多结构FIFO存储器。主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输。在批量模式和同步模式下均可实现1M字节/秒的数据传输速率。具有良好EMI特性的总线供电能力。

在挂起时可控制LazyClock输出。可通过软件控制与USB的连接。采用GoodLink技术的连接指示器,在通讯时使LED闪烁。可编程的时钟频率输出。符合ACPIOnNOW和USB电源管理的要求。内部上电复位和低电压复位电路。高于8kV的在片静电防护电路减少了额外元件的费用。多中断模式实现批量和同步传输。双电源操作3.3±0.3V或扩展的5V电源,范围为3.6~5.5V

。PDIUSBD12的引脚功能（1）DATA0~7：双向数据位。（2）ALE：地址锁存使能。下降沿关闭地址信息锁存。（3）CS-N：片选。低电平有效。（4）SUSPEND：器件处于挂起状态。（5）CLKOUT：可编程时钟输出。（6）INT-N：中断。低电平有效。（7）RD-N：读选通。低电平有效。（8）WR-N：写选通。低电平有效。（9）DMREQ：DMA请求。（10）DMACK：DMA应答。低电平有效。（11）EOT-N：DMA传输结束。低电平有效。EOT-ND仅当DMACK-N和RD-N或WR-N一起激活时才有效。（12）RESET-N：复位。低电平有效且不同步。片内上电复位电路，该管脚可固定接VCC。（13）GL-N：GoodLinkLED指示器。低有效。（14）XTAL1，XTAL2：晶振连接端。如果采用外部时钟信号取代晶振，可连接XTAL1，XTAL2应当悬空。（15）D+，D-：USBD+和D-数据线。（16）VOUT3.3：3.3V调整输出。要使器件工作在3.3V，对VCC和VOUT3.3脚都提供3.3V。（17）A0：地址位。A0=0，选择命令指令；A0=1，选择数据。该位在多路地址/数据总线配置时可忽略，应将其接高电平。

PDIUSBD12与微控制器的接口

3.5PTR2000无线数据传输

调制解调器的功能调制过程是在发送端把数字信号变换成能被模拟信道传输的模拟信号，这是一种数/模变换过程，完成调制功能的设备是调制器；解调过程是在接收端再把接收到的模拟信号转换成数字信号，这是一种模/数变换过程，完成解调功能的设备是解调器。

调制解调器的构成

调制解调器的分类

3.5.1无线数传基础3.5.2PTR2000无线收发模块的应用

PTR2000的特性

接收发射合一

.国际通用的数传频段433MHz

FSK（频移键控）调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合采用DDS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好。

灵敏度高，达到-105dBm.发射功率最大+10dBm

低工作电压（2.7V），功耗小，接收状态250uA，待机状态仅为8uA.

具有两个频道，特别满足需要多信道工作的特殊场合

工作速率最高可达20Kbit/s（也可在较低速率下工作如9600bps)可直接接CPU串口使用如8031，也可以接计算机RS232接口，软件编程非常方便

由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证

PTR2000的管脚说明

(1)VCC：正电源Vcc，接2.7V~5.25V

(2)CS：频道选择。CS＝0，选择工作频道1，既

433.92MHz;CS=1,选择频道0，既434.33MHz。(3)DO：数据输出。(4)DI：数据输入。

(5)GND：电源地。(6)PWR：节能控制。PWR＝1，正常工作状态；PWR＝0，待机微功耗状态。(7)TXEN：发送接收控制。TXEN＝1时，模块为发送状态；TXEN＝0时，模块为接收状态。VCCCSDOPTR2000DIGNDPWRTXEN123456789c51P1.0P1.1P1.2TXDRXDPTR2000接口电路典型应用第四章智能仪器的基本数据处理算法数据处理能力是智能仪器水平的标志,不能充分发挥软件作用,等同硬件化的数字式仪器.

测量精度和可靠性是仪器的重要指标，引入数据处理算法后，使许多原来靠硬件电路难以实现的信号处理问题得以解决，从而克服和弥补了包括传感器在内的各个测量环节中硬件本身的缺陷或弱点，提高了仪器的综合性能。基本数据处理算法内容提要克服随机误差的数字滤波算法消除系统误差的算法、非线性校正工程量的标度变换。诸如频谱估计、相关分析、复杂滤波等算法，阅读数字信号处理方面的文献。第一节克服随机误差的数字滤波算法

随机误差：由串入仪表的随机干扰、仪器内部器件噪声和A/D量化噪声等引起的，在相同条件下测量同一量时，其大小和符号作无规则变化而无法预测，但在多次测量中符合统计规律的误差。采用模拟滤波器是主要硬件方法。数字滤波算法的优点：（1）数字滤波只是一个计算过程，无需硬件，因此可靠性高，并且不存在阻抗匹配、特性波动、非一致性等问题。模拟滤波器在频率很低时较难实现的问题，不会出现在数字滤波器的实现过程中。（2）只要适当改变数字滤波程序有关参数，就能方便的改变滤波特性，因此数字滤波使用时方便灵活。常用的数字滤波算法

一、克服大脉冲干扰的数字滤波法1．限幅滤波法

2．中值滤波法

3．基于拉依达准则的奇异数据滤波法（剔除粗大误差）4.基于中值数绝对偏差的决策滤波器

二、抑制小幅度高频噪声的平均滤波法1．算数平均2．滑动平均3．加权滑动平均三、复合滤波法

一、克服大脉冲干扰的数字滤波法

克服由仪器外部环境偶然因素引起的突变性扰动或仪器内部不稳定引起误码等造成的尖脉冲干扰，是仪器数据处理的第一步。通常采用简单的非线性滤波法。1．限幅滤波法

限幅滤波法（又称程序判别法）通过程序判断被测信号的变化幅度，从而消除缓变信号中的尖脉冲干扰。具体方法是，依赖已有的时域采样结果，将本次采样值与上次采样值进行比较，若它们的差值超出允许范围，则认为本次采样值受到了干扰，应予易除。已滤波的采样结果：若本次采样值为yn，则本次滤波的结果由下式确定：a是相邻两个采样值的最大允许增量，其数值可根据y的最大变化速率Vmax及采样周期T确定，即a=VmaxT

实现本算法的关键是设定被测参量相邻两次采样值的最大允许误差a.要求准确估计Vmax和采样周期T。2．中值滤波法

中值滤波是一种典型的非线性滤波器，它运算简单，在滤除脉冲噪声的同时可以很好地保护信号的细节信息。对某一被测参数连续采样n次（一般n应为奇数），然后将这些采样值进行排序，选取中间值为本次采样值。对温度、液位等缓慢变化的被测参数，采用中值滤波法一般能收到良好的滤波效果。设滤波器窗口的宽度为n=2k+1，离散时间信号x（i）的长度为N，（i=1，2，…，N；N>>n），则当窗口在信号序列上滑动时，一维中值滤波器的输出:med[x（i）]=x(k)表示窗口2k+1内排序的第k个值，即排序后的中间值。

原始信号中值滤波后的信号对不同宽度脉冲滤波效果3．基于拉依达准则的奇异数据滤波法（剔除粗大误差）拉依达准则法的应用场合与程序判别法类似，并可更准确地剔除严重失真的奇异数据。拉依达准则：当测量次数N足够多且测量服从正态分布时，在各次测量值中，若某次测量值Xi所对应的剩余误差Vi＞3σ，则认为该Xi为坏值，予以剔除。拉依达准则法实施步骤

（1）求N次测量值X1至XN的算术平均值

（2）求各项的剩余误差Vi

（3）计算标准偏差σ

（4）判断并剔除奇异项Vi＞3σ，则认为该Xi为坏值，予以剔除。

依据拉依达准则净化数据的局限性

采用3σ准则净化奇异数据，有的仪器通过选择Lσ中的L值（L＝2，3，4，5）调整净化门限，L＞3，门限放宽，L＜3，门限紧缩。采用3σ准则净化采样数据有其局限性，有时甚至失效。（1）该准则在样本值少于10个时不能判别任何奇异数据；（2）3σ准则是建立在正态分布的等精度重复测量基础上，而造成奇异数据的干扰或噪声难以满足正态分布。4.基于中值数绝对偏差的决策滤波器

中值绝对偏差估计的决策滤波器能够判别出奇异数据，并以有效性的数值来取代。采用一个移动窗口，，…，，利用m个数据来确定的有效性。如果滤波器判定该数据有效，则输出，否则，如果判定该数据为奇异数据，用中值来取代。，

（1）．确定当前数据有效性的判别准则一个序列的中值对奇异数据的灵敏度远无小于序列的平均值，用中值构造一个尺度序列，设{}中值为Z，则给出了每个数据点偏离参照值的尺度

令{d(k)}的中值为D，著名的统计学家FR.Hampel提出并证明了中值数绝对偏差MAD＝1.4826*D，MAD可以代替标准偏差σ。对3σ法则的这一修正有时称为“Hampel标识符”。(2)．实现基于L*MAD准则的滤波算法

●建立移动数据窗口(宽度m）●计算出窗口序列的中值Z（排序法）●计算尺度序列的中值d（排序法）●令Q＝1.4826*d=MAD●计算●如果则否则可以用窗口宽度m和门限L调整滤波器的特性。m影响滤波器的总一致性，m值至少为7。门限参数L直接决定滤波器主动进取程度，本非线性滤波器具有比例不变性、因果性、算法快捷等特点，实时地完成数据净化。

二、抑制小幅度高频噪声的平均滤波法小幅度高频电子噪声：电子器件热噪声、A/D量化噪声等。通常采用具有低通特性的线性滤波器：算数平均滤波法、加权平