来源：《电子技术应用》

     摘要：介绍用于工业热工计量分度表计算及其它运算的一种便携计算工具。本设计选择满足高速、大的程序容量需求的单片机，并对系统结构作了说明。

     关键词：热工计量

     分度表计算 高速单片机 浮点计算

     在电力、石化、钢铁等行业中大量使用各类标准或非标准的热电阻与热电偶。为保证测量精度，这些温度测量器件需要定期检定或校准。计量工程师在检定时，需要进行大量的分度表计算。这类计算，尤其是标准温度计的分度表计算，方法复杂、费时费力、容易出错。在些单位因此编制了一些小程序配合计算，但基于微机的程序对于大量的现场计算显得很不方便，计量工程师迫切需要一种快速便捷的计算工具。

     本热工计量便携计算工具采用两组单片机作为计算与控制核心。一组芯片用于核心计算及基本控制，另一组芯片专门用于复杂的中文界面显示，两者之间通过spi总线通讯。这种设计在系统成本增加不多的情况下，简化了设计难度，提高了系统的可靠性。本热工计量便携计算工具可以完成标准热电阻、标准热电偶分度表转换计算；工业热电阻、热电偶分度表转换计算；变送器转换计算；压强、温度等14类物理量约170种单位的转换以及其它复杂的数学函数及浮点计算等，可以充分满足计量工程师现场及实验室的计算需求。

     1 计算需求

     以比较复杂的标准铂铑10—铂热电偶的分度表计算为例，分析对单片机计算功能的需求。计算方法依据its90国际温标及国家技术监督局颁发的jjg75-95《标准铂铑10—铂热电偶》计量检定规程。与一般常规计算不同，热电偶分度表计算具有步骤多、计算嵌套多以及需要大量的浮点乘法甚至指数计算等特点，计算精度为十进制5位有效数字，ansi规定的单精度浮点计算可以满足精度要求。

     考虑一般的计算情形，如果某标准s热电偶锌、锑、铜点热电势已知，测量某温度场的温度，用冰点器作为冷端补偿，此时可以测量得到其热电势，需要计算此时的温场温度。下面是计算过程中用到的计算公式。

     参考函数，约有17次乘法及8次加法。

     插值函数，有3次乘法及2次加法。

     δe（t）/μv=a+bt+ct

     2

     系数计算，有9次乘法及6次加法。

     在计算中，需要对参考函数用二分法及线性插值法求其反函数的解，对一般的电压点大约需要进行12次参考函数调用。考虑到其他运算，计算该温度点大约需要做250次单精度浮点乘法计算以及140次单精度浮点加法计算。

     如果考虑现场冷端补偿温度不为0℃的情况，上述计算次数需要加倍，即约500次单精度浮点乘法计算以及280次单精度浮点加法计算。

     2 选择单片机

     2.1 计算精度及速度要求

     考虑到计算精度（单精度浮点计算）的需求及价格因素，选择使用8位单片机。

     市面上有很多种类的8位单片机，比较典型的有mcs51系列产品。选择了intel

     8031处理器作为选择的判断基础，使用6mhz石英晶体，用c51编制上述例子的计算程序。在实际计算中，测得完成一次完整的计算约需4秒。对于某些需要指数计算的例子，时间可长达10余秒。由于程序的编制水平不同，不同单片机的结构、指令不同等诸多因素影响，无法精确计算各类8位单片机的运算时间，这个测试结果仅作为判断的依据。

     作为实际使用的产品，用户可以接受的计算时间是1秒以内，因此必须采用高速8位单片机。

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