摘 要：分析单片机测控系统中信号变换的过程；以模拟量检测为例，给出实现标度变换的一般数学表达式及标度变换的软件实现方法。
关键词：单片机：标度变换；测量
1输入信号极性变换及a／d转换
一般来说，从传感器送来的电信号经预处理(包括隔离、滤波、放大等)后，还要根据信号极性、a／d转换器允许的输入范围等来分析信号是否可直接进入。若信号为双极性，a／d转换器为单极性输入，则须对信号进行极性变换。
1.1信号的双极性—单极性变换
当信号不满足a／d转换器信号输入范围要求时，信号须经一线性网络变换。线性网络的具体形式可以根据信号的具体情况来设计。以双极性信号转变为单极性信号为例，可以用图1所示的线性网络来实现。
根据戴维南定理，当只有vcc作用时，a／d转换器的输入信号为：
由此可知，a／d转换器信号输入端的实际输入信号为：
由式(3)可知，当vcc=5v、r1=r3=2r2时，可将-10v～+10v的输入信号转变为0～+5v的信号；当vcc=5v，r1=r2，而r3开路时，可将-5v～+5v信号转换为0～+5v的信号，改变r1，r2和r3之间的比例关系，可以允许vi输入不同范围的双极性信号。
1.2a／d转换
a／d转换过程一般有微机直接参与，a／d转换器将模拟量变为数字量后，由微机直接读取转换结果。当采用v／f转换时，可将经过预处理的模拟电压信号转变为与之成正比的频率信号，然后与cpu定时器的计数端子连接，微机以单位时间内计数的多少来确定模拟量的大小。模拟量转换为频率信号的过程，可以由专用压频转换器件来完成，故不赘述。
2单片机内部的信号变换
微机检测模拟信号时，采集到的是经过传感器变换并由a／d转换器转换成的二进制信号，并不是被测的物理信号本身，因而必须把采集到的二进制信号进行标度变换，才能进行控制或输出(例如显示、打印等)。
设传感器输出信号x和被测物理量y之间有如图2所示关系(ym为被测物理量的最大值)，a／d转换器输入信号范围为0～xm，对应的输出数字信号范围为0～nm，则可推导出a／d转换结果n与实际物理量y之间的标度变换表达式。
根据图2可知
式(6)描述了被测物理量y与a／d转换结果x之间的数学关系，为被测物理量的显示、打印提供了标度变换依据。
3应用实例
图3为某调速系统的速度给定及给定速度显示电路原理图，其信号处理采用了本文所述的信号变换方法。速度给定电路的给定信号为-5v～+5v，代表的速度范围为0～2000r／min，采用led显示给定速度(实际系统中也可显示电机的实际转速)。
该系统中，采用式(6)描述的关系检测出给定电压信号的大小，再将其变换为对应电机的给定速度值，然后通过显示器显示出来。8098单片机的a／d转换器为10位，允许的模拟信号输入范围为0～5v，图中r1、r2将速度给定信号由-5v～+5v转换为0～+5v，电机的调速范围为400～2000r/min，故式(6)中各常量为：
将上述参数代入式(6)，则根据a／d结果可直接计算出对应的给定速度，该速度值也作为pid控制参数。8098单片机实现上述标度转换的程序如下：
4结束语
本文根据标度变换需求，推导出一般传感器输出信号标度变换的表达式，给出了实现该变换的单片机程序，它们已应用于几种不同功率的开关磁阻电动机调速系统中。实践证明，这种变换方法是有效的。
参考文献：
［1］ 金海明，等.微机测控技术［m］.北京：煤炭工业出版社，1994.
