单位转换十篇

单位转换篇1

关键词：事业单位会计；确认基础；转换分析

中图分类号：F23 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）05-0-02

伴随着我国社会经济的不断发展与进步，其事业单位会计确认基础中存在的缺陷越来越突出，再加上，我国现行社会正处于经济转型阶段，传统的事业单位会计确认方式已经不能够满足现行事业单位的需求，为此，这就需要事业单位制定有效对策加快事业单位会计确认基础转换，进而，推进我国事业单位的可持续发展。

一、现行事业单位会计确认基础存在的缺陷

我国现行事业单位会计确认基础存在的缺陷主要体现在五个方面，包括事业单位信息使用者难以进行有效的信息评价和经济决策、会计确认基础无法准确反映资产的真实价值、会计确认基础无法适应资金集中支付制度的需要、收入项目不配比，不能够真实反映当年收入结余以及相关会计报告信息缺乏真实性、科学性。

1.事业单位信息使用者难以进行有效的信息评价和经济决策

就我国现行事业单位而言，其实行政府采购手续较为复杂、程序较多、技术参数多以及审批购买时间相对较长。同时，运用收付实现制时，其不同的拨付方式将对事业单位会计报表产生不同的影响，再加上，采购与支付间隔跨年度存在账实不符问题，极易造成对事业单位财务状况、经营成果形成不同的评价，进而，使得事业单位信息使用者难以进行有效的信息评价和经济决策。

2.现行会计确认基础无法准确反映资产的真实价值

与一般企业相比，事业单位对于固定资产和长期资产是不计提折旧和根据市值计提减值准备的，以此，造成事业单位中的固定资产和长期资产难以及时把握其具体实际的净值；另一方面，基于事业单位在收付实现制时无法准确的反映出资产的耗费，进而，现行会计确认基础势必难以无法反映出资产的真实价值。

3.会计确认基础无法适应采用资金集中支付制度的需要

事业单位资金集中支付制度的实施，使得事业单位收到的资金彻底打破货币资金的表现形式，使其逐渐趋于收入增加和费用或非货币性资产增加的表现形式。同时，对于收付实现制的确认基础而言，其在采购全程按拨款金额确认和计量购入的材料物资时，势必会造成年末资金的结余，进而，难以有效反映出该项经济业务的实际状况。

4.收入项目不配比，不能够真实反映当年收支结余

近年来，我国事业单位收入项目不配比现象日益突出，究其原因在于事业单位会计确认基础方式滞后，以至于采购环节和付款环节相分离，再加上，受采购与支付间隔跨年度存在着账实不符问题的影响，使得其不能够真实反映出当年收支结余。

例如：某事业单位有从事专门业务活动的人员200人，按照财政部门规定人均年度预算定额标准350元提取医疗基金70000元。做会计分录：

借：事业支出——社会保障费 70000

贷：其他应付款 70000

发生医疗费支出时（假设一次性用银行存款支付70000元），直接做会计分录：

借：其他应付款 70000

贷：银行存款 70000

对于结余结构中的不合理设置，是计划经济时代延续至今的影响之一，它把已经归属与个人部分支出项目通过制度之规定，而强制归属在权益项下实属不妥之举，应该还原为负债，会计反应才更真实。

5.相关会计报告信息缺乏真实性、科学性

现阶段，我国绝大多数事业单位均采用以收付实现制为基础编制的会计报表，这种会计报表难以全面的反映出事业单位的资产、负债、财务成果以及现金流量状况，使得其会计报告所反映出的财务会计信息严重缺乏真实性、科学性，一旦信息使用者运用此报表中的信息，将给企业决策带来较大的风险性，不利于实现事业单位的进一步发展与强大。

二、实现事业单位会计确认基础转换的必要性

由以上所述总结可知，实现事业单位会计确认基础转换已是迫在眉睫，总结而言，实现事业单位会计确认基础转换的必要性主要体现在三个方面，即有助于促进事业单位资源合理配置的需要、能够全面反映出事业单位的财务全貌以及事业单位市场化发展的成本核算要求。

1.有助于促进事业单位资源合理配置的需要

有效资源是确保事业单位生存和发展的基础保障。实现事业单位会计确认基础的转换，不仅有助于使用者全面掌握其事业单位主体所拥有和控制的生产性资源、非生产性资源以及闲置资源，而且还有助于加强对有效资源的基础利用和深层次利用，进而，确保有效资源的合理配置和充分利用。

2.能够全面反映出事业单位的财务全貌

对于收付实现制来说，其难以真实、准确的反映和披露事业单位的财务信息，不利于明确事业单位的会计责任和受托责任。实现事业单位会计确认基础的转换，不仅缓解了收付实现制时事业单位存在的种种问题，而且还进一步增强了会计信息的透明度，促使其科学评判和衡量事业单位的财务全貌。

3.事业单位市场化发展的成本核算要求

伴随着我国市场经济的不断发展，使得事业单位逐渐趋于市场化，市场化下的事业单位需要实现资金的统筹规划和提高直接经济效益和间接社会效益作为基础保障，而二者均离不开权责发生制的会计确认基础，因此，这就需要事业单位实现会计确认基础的转换，以满足其事业单位市场化的需求。

三、加快事业单位会计确认基础转换的有效对策

实践证明，实现事业单位会计确认基础转换已是事业单位发展的必然趋势，结合现行事业单位的需求，不断加快会计确认基础转换以及决策层思想观念转变、财务人员素质和技术信息系统等适应改革的配套措施要同步跟进。

1.结合现行事业单位的需求，不断加快会计确认基础转换

伴随着社会主义市场经济体制的不断成熟，应进一步加快我国事业单位会计确认基础转换，即采取循序渐进的方式，通过以修正的收付实现制和权重发生制过渡，之后，逐渐实现收付实现制向权责发生制转变。同时，实现对权责发生制确认资产和负债范围的相应限制，将其权重发生制逐步运用到事业单位各个环节，切实充分发挥其最大价值。

另外，要缩小专项资金的使用范围，使各级政府的财权与事权有机地结合起来。在明确了各级政府事权的前提下，改革财政预算体制，留足该级政府用于发展地方各项事业的资金，压缩现有的专项转移项目，对于属于地方支出责任范围内的事务，上级不再安排专项资金，比如“阳光税务”、“阳光政务”的宣传广告费用，各种会展、节日费用，请“同一首歌”节目组到本地演唱费等，都不再安排财政专项资金，尽量减少不符合公共财政管理规范的专项资金的使用。应及时调整省、市、自治区对地市补助资金的结算，减少专项资金的拨付，增加一般性转移支付，从根本上杜绝基层为争取资金立项目、跑项目，以及由此而造成的资金挤占、挪用，使各级财政支出的安排严格按预算拨付，严格控制财政专项资金的使用。

2.决策层思想观念转变、财务人员素质和技术信息系统等适应改革的配套措施要同步跟进

首先，要加强决策层的思想观念转变，使其能够全面的认识到实现事业单位会计确认基础转换的高效性和重要性，并统一转变思想，最大程度上减少会计确认基础转换的阻力；其次，建立专门的培训机构，制定相关新准则、新制度，不断提高会计管理水平和人员的综合素质；最后，建立配套、强大和统一的信息技术管理系统，为实现事业单位会计确认基础转换的高效性、科学性以及合理性奠定坚实的基础保障。

3.建立财政专项资金管理责任制度，推行考核问责制

尽管近年来中央和地方政府对专项资金管理相继制定和出台了一系列制度和办法，但在专项资金使用与核算上仍然存在大量违规问题，究其原因，与没有问责制密切相关。因此，必须建立问责机制，对项目负责人进行严格的考核，对资金低效使用、没有完成目标任务以及发生挤占、挪用和损失浪费的项目单位，建议有关部门追究责任人的责任，按《财政违法行为处罚条例》进行处罚，对触犯刑律的，要移交司法机关处理，以促使责任人切实管理和使用好自己手中的资金，保证各类财政专项资金的规范运作和使用效益。

参考文献：

[1]周继祥.地方行政事业单位国资管理现状及解决方法[J].财经界(学术版),2009(11).

[2]许风军.浅论行政事业单位资产管理现状及对策[J].财经界(学术版),2009(07).

[3]李积书,魏向群.行政事业单位国有资产管理探析——以澄城县为例[J].新西部, 2010(06).

单位转换篇2

摘要：本文在对可转换债券价值确认方法回顾的基础上，分析了目前具有一定创新观点的预期价值法的基本原理，并提出了反映可转换债券交易特征的价值分离方法，以期为可转换债券价值分析提供参考。

一、可转换债券价值确认方法研究综述

近年来全球可转换公司债券市场规模已超过了5000亿美元。但可转换债券潜在权益价值的确认计量问题尚未解决。美国会计职业界至今仍然按照APB第14号意见书将可转换债券确认为债务(直接债务法)。国际会计准则委员会(IASB)2003年修订的国际会计准则(IAS)第32号要求可转换债券分别确认为债务和权益(分离债务法)，并建议了两种方法：一是负债部分以债券本金和利息的现值计量，发行债务总值减去债务确认价值即为权益价值，这与美国早期APB第10号意见书的使用的方法一致，即为余额法，通过转换期权公允价值或用Black-Scholes等期权定价模型计算得出期权价值，再以发行债务总值减去期权价值作为债务价值。国际会计准则(IAS)第32号后，美国会计准则委员会把可转换债券双重性质问题的解决提到了议事日程。2004年，FASB再次着手研究可转换债券的债务与权益问题，委员会明显倾向于按照债券现值和嵌入期权价值将可转换债券分开处理，这类似于第10号APB意见书和第32号国际会计准则(IAS)。我国在2006年财政部的《企业会计准则第22号——金融工具确认和计量》以及《企业会计准则第37号——金融工具列报》中，关于可转换债券处理体现了与国际会计准则趋同的思想，即在初始确认时将可转换债券发行收入分解成债务和期权价值进行会计处理。

在Marcelle等(2005)提出的预期价值法之前，学术界对可转换债券初始价值确认计量进行了一定探讨，但多数是检验现代期权理论对可转换债券的影响。Vigeland(1982)较早注意到期权理论可以应用到转换的可能性和转换的时间选择上。King(1984)为可转换债券计算了潜在权益的期权价值。这种“潜在权益”从债务中扣除加到了权益中，并用于财务比率的计算中。而可转换债券代表的股数等于“权益价值”除以现行股价。King认为可转换债券权益的价值就是期权的价值，并假定可转换债券的债务价值就是直接债务的价值，事实上这种情况仅在可转换债券没有转换情况下出现。GaumnimandThompson(1987)通过回归分析研究了可转换债券价格如何随着其内在权益价格的变化而变化的问题。但这些研究并没有将可转换债券是否转换的“可选择性”在会计处理中加以反映，直到2005年，MarcelleandLAnn提出预期价值法，才取得实质性的突破。

二、预期价值法基本原理及其应用

(一)预期价值法的基本原理预期价值法认为可转换债券内含的期权既不是债务也不是权益，在标的股票市场价格不断变化的过程中，它既可能产生权益又可能产生负债。如果债券被转换，债券的本金则不用偿还，而只需支付持有者持有期间的利息；如果债券不被转换，发行者则需支付持有者全部本金及利息。因此债务的预期价值的大小取决于转股的可能性的大小。在一定的转换概率下，债务的预期价值等于直接债券价值(本金和利息现值)与利息现值以转换可能性为权数的加权平均数。与此相对应，权益的预期价值则由债券发行总价减去预期债务价值得到。这一做法也是分离法，但它没有像IAS32那样以直接债券价值代替债务价值，而是在考虑了转股的可能性基础上，在发行当日或之后，动态地对可转换债券的发行总价进行分离确认负债和权益的价值，以建立一种公司债务、权益、财务杠杆以及每股盈余的动态经济观，这正是它的价值所在。预期价值法建立在债务和权益的价值将随着可转换债券的寿命周期而变化的财务理论基础上，认为对于期权类型的金融工具，标的股票价格的变化和距离到期时间的长短都会影响可转换债券以及相应权益和债务的价值。因此，在预期价值法下，必须重算转换股份的预期数量、债务的预期价值和权益的预期价值，并分析其对债务、权益、财务杠杆和EPS的影响。具体方法如下：(1)预期转换股数。金融分析家们在计算EPS时把预期的转换股数计入总股份，而预期股数取决于债券转换成股票的可能性的大小。假设n为潜在股数，为转换的可能性，预期股数则为n(p)。(2)债务预期价值。直接债务的价值常常被视为可转换债券债务部分的价值，它是以市场利率为折现率将债券本金和利息进行折现。其实这种情况只有在债券预期没有转换而本金和利息需被100％偿还时才适用。这就是说可转换债券有三种可能：一是全部被转换，此时可转换债券在到期转换日只需支付到期前利息；二是全部不转换，此时可转换债券在到期转换日需将债券本金加利息支付给投资者，但实务中更多的是第三种情况，既可能转换又有可能不转换，假设这种可能性为p，则按预期价值法计算的债务的预期价值等于直接债务价值(假定不转换时的应付额)和利息(假如债券到期转换应付额)以转换可能性为权数的加权平均数，即：债务的预期价值=(1-p)*直接债券价值+利息现值*p。借助于这一公式可以发现，在p为100％时，可转换债券全部转换，其债务预期价值仅为全部转换前所付利息的现值；当p为零时，即可转换债券预期未转换时，债券的预期价值即为直接债券价值；如果可转换债券有p的可能性转换，则有(1-p)的可能性不转换，债务的预期价值会小于直接债务的价值。可转换债券转换成股票的可能性越大，债务部分的预期价值就越低。(3)权益的预期价值。权益的预期价值可以通过两种途径计算：一是余额计算法。可转换债券的总价值等于预期债务价值和预期权益价值之和，因此权益的预期价值等于总价值减去预期债务价值；二是期权定价模型计算法。在Black-Scholes期权定价模型中，期权价值是权益预期价值(现值)与行权成本预期价值(现值)之差，那么权益预期价值则是期权价值和行权成本预期价值之和。如果行权成本用公允的市场利率折现，则与余额计算法计算结果相同。在股份、债务、权益预期价值的计算中，转换的可能性是一个关键因素。如果债券没有其他诸如发行者赎回等嵌入期权，而且仅在到期转换条件下，Black-Scholes期权定价模型可用于计算转换的可能性，即N(d2)在Black-Scholes模型代表在行权日获利期权的可能性，如果投资者是理性的，N(d2)则代表转换的可能性。如果可转换债券允许到期前行权或者为诱导转换允许发行者赎回债券，可以使用美式期权定价方法。这些可选择的期权计价方法提供了每个转换日转换的可能性，这些可能性可用来计算预期的债务和复杂期权的价值。

(二)预期价值法示例ABC公司发行5年期面值100(百万)元可转换债券。一般利率8％，由于含有期权，所以可转换债券的利率低于正常利率5.5％，仅为2.5％。每张1000元的债券可以转换成40股普通股，发行者不能赎回。现行股价20元。股票未含股利，预期价格波动约35％，无风险利率3％。为了简化，假设发行者不能赎回可转换债券；除了转换特征的买入期权没有其他嵌入期权；欧式期权；行权日即为到期日。这些假设使该例可以直接使用Black-Scholes模型，而且更易反映其他嵌入期权、行权的跨度或随着时间变化的行权价格。具体计算结果和过程如下：(1)收集整理公司基本信息。(表1)详细列示了公司的可转换债券的发行、嵌入期权和原有资本结构的基本资料。公司以面值发行5年期利率2.5％的可转换债券，低于正常8％利率，因为可转换债券含有期权。每张100元债券中含有4份期权，每份期权价值通过Black-scholes模型和第2栏中的参数计算得出为5.58，4份共有22.29元期权价值。对于不含期权的2.5％的债券，每张面值100元的可转换债券的真正价值是77.70元。(2)美国现行债务法与预期价值法下EPS的对比分析。(表2)将目前GAAP把可转换债券作为一般债务处理的方法与预期价值法(EV法)进行对比分析，说明两种方法稀释股份和稀释EPS的影响过程。尽管可转换债券可转换为4000000股，但因为转换的可能性0.3142，所以第2栏中预期股数应为1256800股(4000000*0.3142)。EV法稀释了大约8％。相比较，按照GAAP规定稀释了27％。因此EV法下的稀释率相对较小。为分析对稀释EPS的影响，使用转换发行部分的利息调整税后净收益。如果在EV法下使用相同的盈余，稀释的EPS则为1.02(16256800/16500000)，这是—种反稀释作用。(表2)的第2栏显示的EV法下的净收益是只将有可能转换部分债务的税后利息加回到净利中。因此EV法下稀释EFS应是0.95(15500/16256800)，而GAAP现行制度下计算的稀释EPS是0.87(16500000/19000000)，这相对低估了EPS。(3)现行美国债务法、国际会计准则分离债务法和预期价值法下财务杠杆的对比分析。(表3)对比分析了现行美国债务法、国际会计准则分离债务法和预期价值法对财务杠杆的影响。在预期价值法下预期权益价值为43.5(百万)元，为分离债务法得出的预期价值仅为22.3(百万)元，只是预期价值法计算权益价值的一半，而现行GAAP不考虑预期权益价值。这种对预期权益价值估算的不同，导致EV法、分离债务法和GAAP下的债务权益比不同，分别为1.04、1.17和1.33。由于按照GAAP可转换债券不含有权益价值，因此计算的债务权益比最低。显然现行GAAP的做法实际上比EV法高估了债务权益之比。

三、预期价值法的改进

与以前可转换债券初始价值确认方法相比，预期价值法引入了转换可能性概念，而且随着标的股票市场价格的变化，债务的预期价值、权益的预期价值都在变化，因此这种动态理念是该方法创新之处。但该方法在反映可转换债券经济实质等方面仍可做进一步研究。实际上可转换公司债券是兼有债性、股性和转换期权的混合物，但三种特性不一定所有时间都同时出现，也就是说有时表现为债性，有时表现为股性，有时表现为债性和股性同时并存，但不论那一种情况，只要可转换债券未转换就一直含有期权。因此，可以对预期价值法做一定的改进，使这三种可能在可转换债券价值确认方法上加以体现。(1)可转换债券到期一张都未转换成功。这种情况下可转换债券则以债性为主，但比一般债券多了一种转换权利(尽管未转成)，故其发行收益应分解为持有期间本金和利息现值加转换期权价值。用公式表示则为：可转换债券发行收益=应确认的债务价值+应确认的期权价值。其中，应确认债务价值=直接债券价值=债券到期本金现值+持有期间利息现值；应确认的期权价值=可转换债券发行收益－应确认的债务价值。(2)可转换债券到期全部转换。这种情况下可转换债券则以股性为主，持有者用持有债券可以在规定期限换回价值相当的股票。故其发行收益应等于持有到期按转换价转换的股票和转换期权价值之和。用公式表示则为：可转换债券发行收益=应确认的股权价值+应确认的期权价值。其中，应确认的股权价值=直接股权价值=到期转换股票价值的现值；应确认的期权价值=可转换债券发行收益－应确认的股权价值。(3)持有债券转换的可能性为一定概率。假定持有债券转换的可能性为p，则持有的可转换公司债券有p的可能性转换为股票，即具有股性；同时也有(1-p)的可能性未转换，即具有债性。此时可转换债券发行收益体现为其债务价值、股权价值和转换期权价值之和。用公式表示则为：可转换债券发行收益=应确认的债务价值+应确认的股权价值+应确认的期权价值。其中，应确认的债务价值=(1－p)*债券到期本金和利息现值；应确认的股权价值=P*到期转换股票价值的现值；应确认的期权价值=可转换债券发行收益－(应确认的债务价值+应确认的股权价值)

上述方法是对预期价值法的改进。改进方法将可转换债券完全转换情况下的价值界定为到期转换股票价值的现值与股权所含期权价值之和，而不是预期价值法中的利息现值。这是因为在完全转换状态下，现在持有的可转换债券价值足以使持有者在转换日换回价值相当的标的股票，而不是换回一点利息，此时现在持有的债券价值应等值于将来转换日换回的股票价值。另外，即使是到期全部转换为股票，在初始价值中依然含有期权价值，因为当初没有这种权利，将来债券是不能转换成股票的。在可转换债券未转换情况下，未转换并不代表债券价值中不含转换期权价值，而是含有的期权价值没有条件去实现，但这并不否认转换期权价值的存在。由于在以上这些方面的理解不同，使得在转换概率为p时，对可转换债券债务、股权和期权的价值确认产生很在差异，从而对公司的债务权益比等产生很大影响。因此，在改进的预期价值法下，前例ABC公司可转换债券计算如下：应确认的债务价值=(1-0.3142)*77.70=-53.29(百万)元；应确认的股权价值=0.3142*68.10=21.40(百万)元；应确认的期权价值为25.31(百万)元。此时，ABC公司的债务总值为353.29(百万)，权益总值为346.78(百万)，因此债务权益之比则为1.02，比未改进前预期价值法的债务权益比更低。

单位转换篇3

1、引言

审计数据转换是计算机审计中非常重要的一环。以下两个方面决定了在计算机审计过程中必须进行审计数据转换。

（1）提高数据质量

审计数据来源众多，这些来源于不同被审计单位的数据中可能存在方方面面的质量问题，具体表现为数据不清洁、不完整，甚至有些数据可能是不真实的、错误的。数据质量问题必然会影响数据分析的结果。例如，对错误的数据进行分析将得不到正确的结果。为了有效开展审计，必须最大程度地消除这些数据质量问题。

（2）形成集成的数据

一方面，被审计单位的数据组织通常是面向业务处理的，不是面向分析的。而审计工作要求根据审计目标和分析主题来组织数据，这就需要将不同的数据经过整理和转换后集成到一起，形成审计分析用的统一数据集合。这个集合通常称为审计中间表。也就是说，审计分析必须建立在一个数据清洁、结构良好的审计中间表的基础上。另一方面，审计所需的数据并不单单局限于某个系统或某家被审计单位。利用不同系统间的数据以及外部数据进行关联分析已经成为一种有效的手段，它可以有效克服信息不全面带来的审计风险。例如财务数据和业务数据之间的对比分析，利用商业银行的存贷款数据、人民银行的统一授信数据、税务部门的纳税申报数据和金税工程数据、工商部门的企业登记数据、社保部门的社会保险数据、技术监督局的企业编码数据、海关部门的进出口数据及退税数据、电力公司的电费数据、自来水公司的水费数据进行企业行为的综合分析，等等。从多个数据源中抽取数据进行集成，必须消除数据的不一致性和冲突。这些都对数据转换提出了很高的要求。

2、相关概念

2.1审计中间表

数据转换过程中经常使用审计中间表。审计中间表是指将清理、转换后的数据按照提高审计分析效率、实现审计目标的要求进一步选择、整合而形成的数据集合。它有两个特点：一是面向分析主题。审计中间表的构建总是针对具体的审计项目进行的。同样的数据库，如果审计目的不同，构建的中间表也不相同。在构建的过程中，审计人员应该依据审计方案既定的审计目标进行数据的选择、整合，构建出面向主题、满足审计目标的数据集合。二是相对稳定。审计中间表是在具体的审计项目实施过程中所形成的，是对采集到的被审计单位数据进行清理、转换，并进一步根据审计目标选择、整合而形成的数据集合。由于这些集合具有比较固定的结构，并且保存的是被审计单位的历史数据，一般不进行更新，所以审计中间表是相对稳定的。

2.2审计元数据

所谓审计元数据，指的是描述审计中间表内部数据的结构和建立方法的数据。在审计数据的采集和转换系统中，元数据可以帮助审计人员非常方便地找到他们所关心的数据。它有两方面用途。首先，审计元数据能提供审计人员所需的，基于计算机审计的各种信息，如被审计单位数据项的业务描述信息和审计中间表的结构与关系信息等，从而帮助计算机审计人员有效使用各种与审计任务相关的数据。其次，审计元数据能支持系统对审计数据的管理和维护，如关于审计中间表数据项存储方法的元数据能支持系统以最有效的方式访问数据。

3、审计数据转换系统中涉及的相关操作

审计数据转换系统的功能是否强大，在很大程度上取决于转换规则集是否健全。通过分析被审计单位数据和审计项目的具体需求，我们发现几乎所有被审计单位数据都是采用关系数据库来存放的，审计中间表的设计与存储也是建立在关系数据库基础之上的，因此我们制定的审计数据转换规则都是针对关系数据库来定义的。同时，我们的转换规则集设计采用开放的方式进行管理，也就是说审计人员可以根据自己的需求添加转换算法。如果审计人员需要复杂的审计数据转换，可以通过一系列的转换操作组合来达到目的，这个转换组合就是一个转换活动。

3.1数据的合法性检查

审计中间表中的数据来自于被审计单位的多种数据源，这些数据源可能是在不同的硬件平台上，使用不同的操作系统，因而数据往往以不同的格式存在不同的数据库中。所以，在审计数据转换的过程中，有时需要对被审计单位的数据进行合法性检查，将那些语义相同但格式不同的数据转换成统一的格式，以便更加适用于审计中间表的设计，这也就是数据的格式化的过程（如对不一致的摘要进行处理的问题）。

3.2数据清理

数据清理主要涉及到数据的匹配与合并。通过匹配，发现重复的对象；通过合并，保留或生成一个完整的对象。数据清理活动的核心是近似重复对象的识别。所谓近似重复对象是指表现形式不同但语义上相同的对象。从狭义的角度来看，如果两条记录在某些字段上的值相等或足够相似，则认为这两条记录互为近似重复

数据清理包括以下几个步骤：

记录排序：选择一个或几个字段作为关键字进行排序；

识别重复记录；

合并重复记录：从相似记录集中获得记录的完整信息，并作为该记录的表示。

3.3数据变换

常见的数据变换操作包括：简单变换，日期、时间格式的转换，由代码到名称的转换以及字段（值）拆分和字段（值）合并等。

简单变换：是指变换源数据库表中某些字段的类型、长度以及NU约束；

日期、时间格式的转换：是指将来自各个数据源的不同格式的日期和时间数据变换为目标数据库的规范格式；

字段值合并：是指将源数据库中的多个字段的值合并成一个字段的值；

字段值拆分：是指将源数据库中的一个字段值拆分成多个字段值。

3.4丢失的数据处理

数据丢失是指某个或某些数据元没有值。解决数据丢失问题的方法有：

忽略该元组；

用一个全局常量填充空缺值；

用属性平均值或其他推导值来填充空缺值；

用相关的外部数据填充空缺值。

3.5数据集成

数据集成是将被审计单位数据从一个或多个来源中取出，并逐字段地将数据映射到审计中间表的数据结构上。这种转换最大的困难在于将被审计单位数据集成为一个紧密结合的审计中间表数据模型。这是因为数据可能来源于多个数据源，这些数据来源往往遵守不同的业务规则，在生成审计中间表数据时，要建立它们之间的关系，消除它们之间的不一致性。数据的集成分为两个层面：字段层面的集成和关系表层面的集成。

4、审计数据转换系统组织结构

我们把从被审计单位数据到审计中间表数据之间所需要的各种操作均刻画为转换操作，因此在审计数据转换系统的设计过程中，可以把对被审计单位数据的转换操作定义为一系列的审计数据转换活动。

在审计数据的转换过程中，一个转换将源对象利用一种转换规则转换成一组目标对象。源对象和目标对象都是数据对象集合的元素。数据对象集中的元素能够是任何类型的数据元素，但是典型的是表、列或表示在内存中暂存对象的模型元素。数据对象集可以是不同转换活动的源和目标。具体来说，在同一个逻辑单元中，一个给定的数据对象集可以是一个转换的目标和一个或多个转换的源。通常，转换也可以产生一系列的临时数据。那些必须一起执行的转换被归类到相应的转换任务中。在执行时，转换步骤是用来协调转换任务之间执行情况的控制流。每个转换步骤执行单一的转换任务，这种转换任务既可以是从源对象利用一种转换规则转换成一组目标对象，又可以是源对象经过多种转换规则转换成一组目标对象。转换步骤可以进一步被归类成转换活动。在每个转换活动中，它的转换步骤的执行

序列可以通过审计元数据定义。

5、审计数据转换日志

根据以往审计经验，在审计数据转换系统的设计和开发时需要考虑：对被审计单位数据库系统及相关业务的了解是否充分；审计中间表的设计是否合理，关注的焦点应该是被审计数据的业务内涵；被审计单位数据是否存在质量问题，质量问题是特殊性的，还是普遍性的；审计数据转换与审计元数据之间的关系；由于审计的特点，往往也需要看到被审计单位数据的原貌，因此审计数据转换日志问题也需特别关注。

审计数据转换日志有两种类型，一种是记载审计数据转换过程中产生的转换错误的日志，称之为转换错误日志；另一种是能反映审计数据在转换过程中变化情况的日志，称之为转换变化日志。

5.1转换错误日志

在审计数据转换过程中，从被审计单位采集的数据可能来自异构的数据源，这些数据之间可能存在着不同层面的冲突。对这些冲突如果考虑不周就会导致审计数据转换错误的发生，从而影响审计中间表的数据质量，进而影响审计人员的数据分析。常见的冲突有：

（1）模式层的冲突

当审计中间表的实体及其联系在被审计单位数据库中被用不同的概念模式表示时，就必然产生模式层的冲突。

命名冲突

主键冲突

结构约束冲突

表达格式冲突

（2）实例层的冲突

将被审计单位的数据转换到审计中间表的过程中，转换错误的来源并不仅限于模式层冲突，还有各种各样的实例冲突：

数据缺失

不正确的数据

数据不一致

以上是审计数据转换时常见的一些冲突，也是设计审计数据转换系统时需要解决的主要问题。这些问题同时也是产生审计数据转换错误的源泉。转换错误日志不仅记载着这些在进行审计数据转换时由于种种冲突所产生的错误，而且还记载着审计数据转换过程中由于系统编程失误而产生的出错信息（比如某些表中的某些记录没有转换成功等），为审计人员最终能得到最准确可靠的数据提供一定的帮助。

5.2转换变化日志

审计工作的对审计数据有着特殊的要求，不仅要求转换前后保持一致性，而且要求有一定的可追溯性。即当审计人员要进一步查阅数据的原始面貌时，能够保证通过审计中间表中的数据追溯到其被转换前的原始状况。这一工作就需要对审计数据转换过程及有关数据的变化情况进行记载，称为转换变化日志。

转换变化日志包含两个层面：

（1）面向审计数据转换流程步骤的转换流程日志

审计数据的转换过程就是审计数据通过不同的转换活动，最终形成审计中间表数据的过程。而转换活动又由许多不同的转换步骤组成，每个转换步骤又包含多个转换任务。转换流程日志记录的就是审计中间表中的不同数据都是被审计单位哪些数据都经过哪些转换任务、转换步骤以及转换活动而来的，这期间又运用了什么样的转换规则。它实际上是审计元数据中有关审计数据转换的结构描述的具体化，比较容易实现。

（2）面向审计数据变化情况的转换数据日志

审计数据变化主要记录着为避免在审计数据转换过程中由于被审计单位数据中存在的冲突而导致的审计数据转换错误而进行的对被审计单位数据的不同处理过程，比如对日期时间数据、缺失数据以及不正确或不规范数据的处理等。

被审计单位的数据量往往很大，如果对每个数据的变化都进行记载，转换数据日志量就会非常庞大，保存这么庞大的日志数据会增加审计人员的负担。通过分析，我们发现在进行审计数据转换的过程中，有些数据处理（比如日期时间型数据的处理、定义规范不一致的数据处理等）对审计人员的分析将不产生实质性的影响，这些数据通过转换流程日志就可以实现其可追溯性。所以对于这样的变化转换数据日志可以不记录。但其他的数据处理（比如缺失数据处理等）要实现其可追溯性就必须对其进行记载。转换数据日志的数据量取决于转换活动中是否包含这样的数据处理。

单位转换篇4

关键词：电动汽车；换电站；发展

1 换电设备设计的变更和改善

1.1 两步式电池更换系统（早期设计）

两步式电池更换系统电池更换设备在换电车辆两侧各一套，对称布置，每套设备包括：电池架1组、有轨巷道堆垛机1台、机械手2台、摆渡穿梭车2台及控制柜系统1套。更换过程：有轨巷道堆垛机、机械手和摆渡穿梭车配合共同完成。其中，有轨巷道堆垛机和机械手各在电池架的一侧，穿梭车在电池架下方。有轨巷道堆垛机负责从电池架上取放电池，机械手负责从车上取放电池，而摆渡穿梭车位于电池架的下方，作为在两者之间传递电池的通道。三种设备互相配合，流水线操作，完成大巴车电池的更换。取放电池能力方面，堆垛机、机械手每次最多取放1箱电池，穿梭车上有2个电池位，用于堆垛机和机械手电池的交换。堆垛机、机械手都具有升降、沿轨道行走和取放电池三个方向动作，穿梭车只有沿轨道行走一个方向动作。

1.2 一步式自旋转更换系统（中期设计）

一步式自旋转更换系统电池更换设备也是在换电车辆两侧各一套，对称布置，每套设备包括：电池架1组、自旋转换电机器人1套。更换过程：自旋转换电机器人可独立完成整个换电过程。自旋转换电机器人可依次从电池架上和车上取电池，每次最多可以取4箱，取完后，除底座外，整体在水平方向旋转180°，然后依次把电池存入电池架上或装入电动大巴车内。取放电池能力方面，自旋转换电机器人每次最多可以同时取放4箱电池，而且车上取下后，还可以继续从电池架上取，也就是说，换电机器人上最多可以同时有8箱电池。自旋转机器人具有升降、沿轨道行走、取放电池和水平方向旋转四个方向动作。

1.3 一步式内旋转更换系统（终期设计）

一步式刃转更换系统电池更换设备也是在换电车辆两侧各一套，对称布置，每套设备包括：电池架1组、内旋转换电机器人1套。更换过程：内旋转换电机器人独立完成整个换电过程。内旋转换电机器人有两个取放电池格位，每个格位都可以独立旋转。内旋转机器人凭借这两个格位的取放电池和旋转，使电池得以从电池架和车辆之间更换。取放电池能力方面，内旋转换电机器人每次最多可以取放2箱电池，即每次在车辆侧或者电池架侧，最多可以完成2箱电池的更换。内旋转机器人具有升降、沿轨道行走、取放电池和电池格位水平方向旋转四个方向动作。

2 三种设计方案技术经济性比较

换电站主要目的是使电动汽车快速得到电能的补充，最关心的主要有几个要素：整体换电时间、设备占地面积、设备造价等。以下从换电时间、设备占地面积、设备造价等三方面进行分析。

2.1换电效率

根据设计方案，经换电流程分析，以及换电设备行走、升降、取放电池速度等数据，进行测算可得出三种设计需要换电时间，具体见表1。

原因分析如下：两步式方案，需要三种设备之间互相配合，且堆垛机和机械手每次在电池架侧或者车辆侧都只能取放1箱电池，虽然单箱电池换电时定位、取放速度都较快，但是整个换电过程步骤太多，流程复杂，按车辆单侧电池有5箱（电动大巴车单侧典型电池箱数）算，需要设备完成完整的5个往返取放流程才能完成换电过程。测算总时间需要近10分钟；一步式自旋转方案，设备单次最多可以取放4箱电池，按车辆单侧电池有5箱算，设备也只要在电池架和车辆之间往返取放2个流程即可完成换电过程。但是该设备设计一次抓取多箱电池，定位过程慢，设备抓取电池前需要通过多个传感器协调配合，完成精确定位调整，耗时较多。相比早期方案，换电流程减少很多，测算总体换电时间在8分钟左右；一步式内旋转方案，换电设备上有两个电池取放格位，可独立动作，单箱取放电池，但是单次在电池架侧和车辆侧都可以完成2箱电池的更换。按车辆单侧电池有5箱算，完成换电过程换电设备需往返取放3个流程。但是其两个换电格位相互独立，定位过程简单，取放速度快，单次测算时间仅需不到6分钟。红谷滩换电站目前已经完成建设，经现场实测，完成一次电动大巴车换电，平均时间仅为5分53秒。

2.2 设备占地面积

换电站一半选址位于城市交通枢纽附件或中心区域，因此换电设备的占地面积对换电站的选址及整体方案布置至关重要。另外，在土地成本日益高涨的今天，如果能减少换电设备的占地面积，能够大大提高项目整体经济性。

需要说明的是，一步式内旋转方案虽然轨道需要17.61m，如果按此长度计算的话，占地面积为187m2。不过，长于集装箱12.2m的部分占地设计可以同时作为检修通道，检修通道宽为3m，该区域其他方案设计也一样需要，因而一步式内旋转方案长度仍按12.2m算，占地面积为129.61m2。由上表可以看出，一步式内旋转方案比早期两步式方案节省用地约39%。

2.3 设备造价

换电设备中，分硬件成本和软件成本。硬件中，造价最高的部件主要有进口的伺服电机、主控制器、变频器等。其中变频器和伺服电机一一对应，以下简称其为伺服电机系统。本文中，仅以伺服电机系统进行简单分析。两步式方案中，单套换电设备包含1台堆垛机、2台转运车、2台机械手组成，其中堆垛机可以三个方向运动，需要3套伺服电机系统，2台转运车一个方向运动，共需要2套伺服电机系统，2台机械手也是三个方向运动，共需要6套伺服电机系统。因而，总计需要11套伺服电机系统。一步式自旋转方案中，自旋转、行走和升降各需要1套伺服电机系统，取放电池需要8套伺服电机系统，总计也需要11套伺服电机系统。一步式内旋转方案中，行走和升降各需要1套伺服电机系统，取放电池和内旋转各需要2套伺服电机系统，总计需要8套伺服电机系统。

仅从电机系统看，一步式内旋转方案造价最低，加之其结构最简单，所需的传感器也最少，控制逻辑相对简单，软件和主控制器成本也更低。

2.4小结

单位转换篇5

1、 问题的提出

近年来,带转换层的混凝土高层建筑日益增多。对此类复杂高层,设计的工作重点主要是对建筑形象、功能和安全进行研究设计。受我国现行的建筑营造管理模式影响,设计和施工进行了明确的分工,设计单位做设计,施工单位按图施工,因而设计对施工操作的问题一般考虑较少。然而,对于高位转换层混凝土大梁(厚板)结构,由于其截面大,施工荷载大,施工为实现设计者的意图,在转换层大梁(厚板)模板支撑的施工中,付出了辛勤的劳动,并进行了大量的探索和研究。

到目前为止,转换层大梁(厚板)模板支撑的施工方法,归纳起来,可分为三大类:第一类,荷载传递法,即层层设置支撑,转换层大梁(厚板)一次浇筑成型,施工期间的荷载通过支撑传递到下部可支承的结构上;第二类,叠合浇筑法,即应用叠合梁的原理将转换梁分为两次或三次浇注叠合成型的方法,其目的是为减少大梁(厚板)一次成型带来的支承困难,利用先形成的结构支承上部叠合层施工荷载;第三类,桁架支撑法施工,即在转换层下层设置临时钢桁架或钢梁,支撑转换层大梁(厚板)的模版,将施工期间的荷载传递到下层柱上,或者在转换大梁(厚板)中埋设型钢或者钢桁架,大梁(厚板)模板可固定于型钢或钢桁架上,行钢或钢桁架及可作为永久承载力使用,又可承受转换层施工荷载。以上三类模板支承方式对建造转换层的梁(厚板)起到了十分重要的作用。但对于高位转换层砼大梁(厚板),此类施工方法是否有些勉强和原始,与我国飞速发展的城市建设技术显得不够协调?例如,一栋转换层设置在五层的大楼,为进行转换大梁的施工,从地下二层开始设置钢管支撑,层数之多,钢管数量之巨大,现场颇为壮观。又例如,一栋设置在四层的厚板转换层建筑,为减少模板支撑采用叠合浇筑法施工,为处理新老砼的粘结,设置间距两米直径为Φ300mm的抗剪墩,企图由抗剪墩来约束新老混凝土结合面的滑移。此方法除费工费料、延长工期外,其实际受力性能很难进行科学判定。笔者在某些支撑方案的相关计算进行分析中发现,有些技术路线和计算假定中仍存在一些值得研究的问题。

笔者最近参加了一个高位转换层建筑支模方案评审,施工单位改变了常规的支模方案,提出了“单层支撑体系一次浇筑成型”的支模方案,在设计单位的配合下并付诸了实施,现已竣工投入使用。在施工过程中大大的减少了钢管的租赁费用,节约了人力物力,缩短了工期,取得了良好的社会效益和经济效益。这一案例是施工和设计配合的产物,同时也给设计工程师们提出了一个问题:设计是工程建设的灵魂,设计者应对其建筑全生命周期内的每一个环节给予充分的考虑,成为学术领域和技术的创新者和集成者,因为设计工程师们是经济、社会的引擎。本文以高位转换层混凝土大梁(厚板)施工中的问题为例,对设计的反思与同行们共同探讨。

2、“单层支撑体系一次浇筑成型”的施工方案分析

“单层支撑体系一次浇筑成型”,就是利用转换层下层楼面梁板作为转换层大梁模板支承层,框支主梁的支撑作用在下层主梁上,布置型钢支承梁作为支承框支次梁模板的临时支撑构件,型钢梁的荷载传递到下层主梁上,这样,模板支撑体系只需设置一层,且转换层可以一次浇筑成型。

上文中提到的“单层支撑体系一次浇筑成型”支模方案的项目,为地下二层,地上二十层框支剪力墙结构的建筑,转换层设置在第五层,第四层为绿化屋面,设计有0.8m厚的覆土层。转换大梁高分别为1000x1500~1800mm,若采用常规的施工支模方案,施工工期至少一个月以上,需租赁的钢管达数百吨,从钢管的进场,支模、拆模、离场需要花费大量人力和物力。施工单位在进行多方案比较后,考虑到该工程第四层设计使用活载较大,如覆土荷载达14.4kN/m2,正常使用活荷载为3kN/m2,而施工期间覆土荷载、活荷载、地震荷载和大部分风荷载还尚未施加到结构上,该层梁、板有较大承载力可供转换层施工时充分利用,将转换层模板支撑在该层上,可以大量减少下部钢管的支撑数量,节约材料租赁和人工工资费用。但经计算复核,该层可供利用承载力还不能满足转换层梁板一次浇筑时产生的施工荷载的要求,必须对该层的结构进行修改设计。这类修改施工单位是不具备设计资质要求的,必须由原设计单位完成。若原设计单位不同意,该方案也将变成空中楼阁。由于该项目的原设计单位是给予了全力支持与配合,方案得到了实施。根据施工单位的设想和提供的施工参数,设计单位按照施工荷载要求,对支承楼层的梁板进行了复核验算,并对该层梁板结构进行了修改,修改后下层梁板截面尺寸未变化,梁板配筋有所增加,增加钢筋用量总计为3.5t,折合到该层转换层范围内楼面每平方米仅6.5。该项目只是一个特例,从经济角度分析,说服力并非很强,应实际工程建设中,我们绝大多数项目的转换层一般与裙楼屋面宜同层设置,转换层的下层均为大开间商场或者其他功能用房,下层楼面的设计荷载远小于转换层的施工荷载,若采用“单层支撑体系一次浇筑成型”的施工方案,其下层楼面梁板增加的用材情况又如何,笔者将对某一实际工程进行分析,供同行参考。

该高层建筑,结构形式为框支剪力墙结构,地下一层,地上三十层,转换层设置在第五层楼面。转换层平面如图一所示。现按照如下两种工况,仅对转换层平面范围内的梁板用材进行对比分析。第一种工况:按正常使用状态设计,第四层为商场,活荷载取值为3.5kN/m2;第二种工况:四层楼面考虑“单层支撑体系一次浇筑成型”的施工荷载,采用框支主梁的支撑作用在下层主梁上,利用型钢梁将框支次梁的支撑荷载传递到下层主梁上,分别计算出转换层平面范围内梁板含钢量和混凝土用量,如表一所示。

图1转换层结构布置图

表1不同工况下结构材料表

从表中可以看出,当转换层下层楼面考虑施工荷载时,结构的材料用量有一定程度的增加。转换层范围的面积为1218m2,混凝土用量需增加36.5m3,钢筋用量需增加11.4t,折算到每平方米仅需增加9.4kg,钢筋增加约37.6元/m2(按照4000元/t计算),转换层范围内的下层楼面材料所增加的费用不到本范围内土建造价的5%,相比采用其他常规的三种方案,除施工简单,速度快之外,花费在支撑体系和施工技术措施费用相比有一定的减少,特别是随着劳动力成本的提高,其优势将会得到更大的体现,更加符合以人为本的社会发展的需要。

3、 传统转换层大梁(厚板)模板支撑施工方法的几个问题

在我们应用传统的三类转换层大梁(厚板)模板支撑施工时,有一些问题值得我们深思。

3、1 荷载传递法,转换层设置在地下室顶板或者二层楼面时具有较好的效果,因为转换层大梁(厚板)在一次成型的过程中,它可以通过两至三层的支撑体系将转换层的施工荷载传递到结构的基础地面,但对于高位转换的建筑,支撑体系的设置往往需要从转换层梁(厚板)底一直支撑到地下室的底板,才能够保证荷载正常传递。但在工程的实施中,施工单位为了加快工期,节约施工成本,支撑体系按下部楼层正常使用的活荷载之和与转换层大梁(厚板)的施工荷载相等的原则来确定需要支撑体系的层数,支撑体系没有落到基础底板或可以承担转换层施工荷载的楼层梁板上。从结构力学的原理分析,由于支撑体系与各层楼板形成了一个共同的结构体,各楼层的变形是协同一致的,当各个楼层的对应的梁板刚度一致时,这种简单的计算方法是可行的。但实际工程中,各楼层因使用功能的不同,对应的楼层的梁板刚度也是不一致的,导致某些梁板构件实际承担的施工荷载与支模计算的假定不一致,造成刚度较大的楼层的部分梁板分配的内力超过其设计承载能力,造成结构构件的损伤,例如有些梁板在施工中出现裂缝,在裂缝事故分析中往往又忽视这方面的原因,有些可能造成安全隐患。

3、2 叠合浇注法,该方法是利用第一次浇筑混凝土成型的梁支承第二次浇筑的混凝土梁板的自重及施工荷载,第一次浇注混凝土必须到达设计强度后方可进行上层混凝土的施工。必然存在新旧混凝土结合面的处理问题,在一些工程中,有些未采取有效的加强措施,甚至未按照规范要求对结合面进行认真处理。例如有些未设置抗剪钢筋,有些采用剪力墩的措施,但因施工难以操作,浇筑时水泥浆流失后变成了砂石墩,无法起到增强结合面的抗剪能力的作用,还有一些由于转换层钢筋密集,对新旧混凝土结合面甚至没有进行专门的界面处理,如清除浮浆、凿毛等工序。高层建筑的的转换层大梁(厚板)是主体结构的重要构件之一,当设计使用年限内可能出现最不利荷载作用时,这种叠合梁能否保证结构具有足够的可靠度,确保人们生命财产的安全,值得我们每一个工程技术人员的关注。“5.12”汶川大地震中,由于楼层柱上下端首先出现破坏,导致大量房屋倒塌,而破坏的位置正好是施工缝的位置。我们不能不对新老混凝土结合面的处理引起足够的重视。根据中国矿业大学袁迎曙教授对新老混凝土表面进行凿毛处理和设置抗剪钢筋的界面处理方式所做的实验研究表明:随着荷载增加,新老混凝土界面发生初始滑移,模型中由斜向受压混凝土传递的压力在界面处发生了改变,由直接传递的压力变为界面处的剪切摩擦力。当老混凝土界面进行了凿毛处理后,界面一旦产生相对滑移,相互咬合的混凝土界面就会出现错位,表现在界面处除竖向位移外,还存在横向向外的位移,因此提出了在结合面上设置抗剪钢筋对横向向外的位移有良好的作用。虽然目前相关的研究只给出了破坏机理,对新老混凝土结合面的剪切摩擦力很难进行科学量化,转换层大梁应慎重采用叠合浇注法,若必须采用时,应进行认真的做好结合面的处理,除了根据工程经验和规范要求采用相关加强措施外,笔者认为设置抗剪钢筋对提高结合面的粘结力是既有可操作性又具有效性。

3、3 钢桁架支模法,此方法虽然可以将转换层大梁(厚板)一次浇注成型,也不需要层层设置支承体系。但是民用高层建筑梁系布置复杂,且跨度不一,造成桁架的型号繁多,作为施工的临时支撑,不能模块化,不能重复利用,必然导致成本较高,对于跨度较大的特殊工程,在转换大梁(厚板)中埋设型钢或者钢桁架,梁体模板可固定于型钢或钢桁架上,将两者进行一体化设计,不妨是一个好的措施。

单位转换篇6

关键词： 多路选择开关； 程控放大器； A/D转换器； 信号采集

中图分类号： TN919.2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）13?0129?03

Abstract： Signal acquisition is an important link in test system. In industrial measurement and control system or laboratory， test system requires multi?channel signal acquisition device to realize analog signal acquisition. Since the acquisition device has the requirements of universality， miniaturization and high?precision， the data acquisition module with high precision and multi?channel was designed. The system adopts high precision A/D converter chip， and acquires 16?channel analog inputs of 16?bit. It suits for high precision industrial on?site data acquisition.

Keywords： multi?channel selecting switch； program?controlled amplifier； A/D converter； signal acquisition

0 引 言

在工业过程控制以及其他一些系统的信号检测中，需要采集大量传感器的测量值，大部分的温度、压力、位移、流量等传感器都是将物理信号转化为对应的电压信号，再进一步送入嵌入式计算机内部进行传感器的数据获取。嵌入式计算机为了完成传感器数据的获取，必须设计具有能够获取传感器信号的高精度多路数据采集功能模块。

1 数据采集系统概述

数据采集系统的结构如图1所示，由图可知，数据采集系统是由传感器、模拟多路开关、程控放大器、A/D转换器和逻辑控制部分等组成[1]。

1.1 传感器

传感器的类型有很多，如测量温度有热电偶传感器、热敏电阻传感器等；测量机械力的有压力传感器、应变片传感器等；测量机械位移的有电感位移传感器、光栅位移传感器等。这些传感器将现实世界的温度、压力、位移、流量等非电量，转换成为电信号，然后进入计算机内进行处理、运算和记录。

1.2 模拟多路开关

在采集频率不高的应用背景下，一般采用公共的A/D转换器，分时对各路模拟量进行模/数转换，从而可以简化电路设计、降低成本。一般使用模拟多路开关来轮流切换各路模拟量与A/D转换期间的通道，使得在一个特定的时间内，只有一路模拟信号输入到A/D转换器。

1.3 程控放大器

在数据采集系统中，来自传感器的模拟信号有的是比较微弱的低电压信号，而A/D转换器的满量程输入电压多数是2.5 V，5 V或10 V，而且A/D转换器的分辨率是以满量程电压为依据确定的。使用可编程放大器的作用是将微弱的输入信号比例放大，从而充分利用A/D转换器的满量程分辨率。

1.4 A/D转换器

A/D转换器主要实现将模拟信号转换为数字信号，它是采集系统的核心。A/D转换器是影响整个数据采集系统采样速率和精度的主要因素之一。

1.5 逻辑控制

数据采集系统各器件的定时关系比较严格，逻辑控制器件控制数据采集系统各器件工作，其控制过程顺序[2]为：

（1） 模拟多路开关开始切换；

（2） 等待通道建立时间，即通道电压建立完成；

（3） A/D转换器开始转换；

（4） 等待A/D转换器时间，即A/D转换器转换到位；

（5） 读取A/D转换值。

2 电路设计与实现

多通道数据采集电路如图2所示[3]，该电路能以最高16位分辨率处理16通道单端输入电压信号。每通道采样速率使用AD976[4]最高可达100 KSPS，使用AD976A最高可达200 KSPS；所有输入通道的通道切换速率最高可达16.447 kHz。

信号处理电路通过可编程逻辑器件实现通道间自动切换，实现顺序采集多个通道，也可加载固定的二进制通道地址，用于单通道采集。

2.1 建立时间分析

采集电路工作在连续切换模式下，1个模拟多路开关的16个通道单端信号合并为时分多路复用信号，然后信号进入高阻抗、低容抗的AD620[5]缓冲。

输入前置滤波电路、模拟多路开关和放大器输入等效电路如图3所示。ADG506[6]输入寄生电容5 pF，输出引脚寄生电容44 pF，内部等效电阻500 Ω；AD620引脚穿接电阻4.7 kΩ，RF滤波电容为1 nF，可得到时间常数近似为[τ=RC=]（0.5+4.7） kΩ×1 nF=5.2 μs，针对简单RC网络建立时间与给定精度之间的关系，当需要分辨率不低于16位，RC网络建立时间常数为[11.09τ，]在此取整为[12τ=]60.8 μs，所以开关速率最高可达为[f=]16.447 kHz。

放大器输入等效电路

2.2 误差分析

对多通道数据采集电路进行误差分析，简化模型后如图4所示。

（1） 模拟多路开关误差

多路开关作为后级运放输入，连接到AD620输入正端，按电阻分压比例得下式：

[V2=R22×R1+R2×V1=99.999 9%×V1] （1）

式中：[V1]为图4中[V1]处电压，单位为V；[V2]为图4中[V2]处电压，单位为V；[R1]为图4中[R1]处电阻值，阻值为500 Ω；[R2]为图4中[R2]处电阻值，阻值为1×1010 Ω。

（2） 运算放大器误差

AD620的放大误差典型值为0.03%，最大值为0.1%，按最大误差计算得下式：

[V3=V2×99.9%] （2）

式中：[V3]为图4中V3处电压，单位为V；[V2]为图中V2处电压，单位为V。

（3） A/D转换器误差

A/D转换器采用16位的AD976，其输入电压范围为0～±10 V，线性误差为±2 LSB，参考电压为DC 2.50 V，转换时间最大4 μs，满量程误差为±0.25% FS（0.05 V），失调误差最大为±10 mV。

AD976输入电压量程范围最大为±10 V，[1 LSB=20 V216=0.305] mV。

AD976的误差由增益误差、失调误差和非线性误差引起，其中AD976的失调误差可通过外部50 kΩ外部电位器进行调整至[±12 LSB，]增益误差可通过50 kΩ外部电位器进行调整至±2 LSB，综合考虑A/D线性的误差[±2 LSB，]此时的A/D转换时丢失的编码值最大为4.5 LSB，相对于满量程其转换误差仅为±0.007%。

如果不对AD976的增益误差、失调误差进行调整，则相对于满量程其转换误差为±0.2%，AD976不用电位器调整也可满足A/D测量精度。

（4） 总误差

综上所述，有：

[V采集=Vin×99.999 9%×99.9%×99.8%=Vin×99.70%] （3）

式中：[V采集]为A/D采集得到的电压值，单位为V；[Vin]为输入端的电压值，单位为V。

因此，在A/D采集芯片不用电位器进行调整时，电路采集直流信号的最大误差为0.3%，满足绝大多数工业现场数据采集的要求。

3 逻辑控制流程

在此设计采集系统的控制为查询方式进行巡回采样，一次采样过程如下：首先发起对第一通道的切换，然后启动A/D转换器，待转换结束后获取到第一通道结果并存出寄存器；再发起对第二通道的切换，然后启动A/D转换器，待转换结束后获取到第二通道结果并存出寄存器……，直至所有通道采样完毕，即完成一次采样过程。不断循环上述采样过程。查询方式的流程图如图5所示。

设计使用查询方式的优点是：要求的硬件少，编程实现简单，特别是询问与执行程序同步，能准确知道A/D转换所需要的时间。同时，在每个采样周期内都对每路模拟信号进行多次采样，以保证能获取可靠的采样值，程序流程图中的巡回采集遍数就是为了对每个模拟信号进行多次采样。

4 结 语

本采集模块设计适用于小体积、低功耗、低成本的嵌入式计算机设备，通过选择不同的A/D转换器、模拟多路开关和程控放大器的，可满足不同环境采集系统对电压信号的采集需求。

参考文献

[1] 张和生，王立文.一种高精度数据采集系统的电路设计[J].计算机测量与控制，2004（6）：575?577.

[2] 谢利旭，杨永友，董浩斌.自动切换转换通道的A/D转换器AD7938及其应用[J].现代电子技术，2005，28（18）：118?120.

[3] 康华光，陈大钦.电子技术基础（模拟部分）[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[4] Analog Devices. AD976/AD976A datasheet [R]. [S.l.]： Analog Devices， 1999.

单位转换篇7

[论文摘要]以单片机为基础，分别以轿车温控系统和贮液容器温控系统为例，阐述单片机在温控系统中的应用原理。

一、单片机在贮液容器温控系统中的应用

该系统中以贮液容器温度为被控参数，蒸汽流量为控制参数，输入贮液容器冷物料的初温为前馈控制，构成前馈一反馈控制系统。发挥前馈控制和反馈控制的各自优势，将可测而不可控的干扰由前馈控制克服，其他干扰由反馈控制克服，从而达到控制贮液容器温度。满足工艺要求的目的。

（一）硬件设计。选单片机at89c51为主机，配以两路传感变送器、多路开关、a／d转换器、d／a转换器、v／i转换器、调节阀等实现对贮液容器温度的自动控制，同时还设有报警电路、键盘和显示电路。系统在稳态时，贮液容器的温度恒定在工艺要求的数值不变。当冷物料的初始温度与其设定值相比发生变化时，如果变化很小，将完全由前馈控制来克服这一变化给系统带来的影响；如果变化大，前馈控制不能完全克服这一变化给系统带来的影响，反馈控制则开始动作。当冷物料的初始温度不变，而由其他干扰引起贮液容器的温度发生变化时，只有反馈控制动作，最终使系统重新达到稳态。

1．前向通道的设计

采用jumu90系列的温度传感变送器，其输入范围为：0℃～500℃，输出为4ma～20ma(dc)，测量精度为0.5％．选用10位逐次逼近式a／d转换芯片ad571[2]，接收到有效的conv ert命令后，内部的逐次逼近寄存器从最高位开始顺次经电流输出的dac在比较器上与模拟量经5k8电阻所产生的电流相比较。检测完所有位后，sap中包含转换后的10位二进制码。转换完成后，sap发出dr信号(低电平有效)，单片机查询到dr=0时，便使其打开三态缓冲器输出数据。

2．后向通道的设计

(1)d／a转换器的设计。为了满足系统的精度要求，选用10位的d／a转换器dac1020。由于其内部不带有锁存器，所以必须通过i／o 口才能与at89c51单片机连接，又由于at89c51的字长是8位的，一次操作只能传输8位数据．因此at89c51必须进行两次操作才能把一个完整的10位数据送到ac1020。为了使10位数据能够同时送人dac1020，避免输出电压波形出现毛刺现象，故必须采用双缓冲器方式。at89c51先把高2位数据输出到74ls74(1)，接着把低8位数据输出到74ls377，与此同时74ls377的片选信号也作为74ls74(2)的时钟脉冲，把74is74(1)的内容打人74ls74(2)中，从而使一个完整的数据同时到达dac1020的数据输入端．这样就消除了dac输出端的毛刺现象。

(2)执行器及调理电路的设计。系统中选用的是zman 16bg，zgicr18ni9ti型号的对数流量特性的调节阀。阀的输入信号为气信号，而d／a转换器的输出为ov～5 v的电压信号．所以在d／a转换器和调节阀之间要加一个v／i转换器和一个电气阀门定位器，将0v～5v的电压信号先转换成4ma～20ma的电流信号后，再将4ma～20ma的电流信号转换成0．02mpa～0．1mpa的气信号。使调节阀接收气信号而工作。

（二）软件设计。经分析，系统软件可采用结构化模块程序设计，主要有系统主程序、看门狗中断服务程序、键盘扫描子程序、显示子程序、报警子程序、a／d转换子程序、d／a转换子程序、pid数据处理子程序、bcd码转换子程序。

主程序开始后，先对单片机at89c51和8155芯片进行初始化，接下来是开中断，调用键盘扫描子程序，选通多路模拟开关的1号通道，将采集的数据送人a／d转换器转换后传入单片机。若温度越限就报警处理，否则直接处理后送显示，再选通多路模拟开关的2号通道，将采集的数据送人a／d转换器转换后送人单片机进行总的运算处理，输出给d／a转换器变成模拟信号去改变调节阀的开度。

二、单片机在汽车空调温控系统中的应用

（一）硬件系统。本系统选用atmel公司的at89系列单片机中的at89c52，at89c52单片机是一种新型的低功耗、高性能且内含8k字节闪电存储器的8位cmos微控制器，与工业标准mcs一51指令系列和引脚完全兼容。有超强的加密功能，其片内闪电存储器的编程与擦除完全用电实现，数据不易挥发，编程／擦除速度快。at89c52芯片内部有6个中断源：两个外部中断into和int1．三个定时器中断(定时器0，1，2)和一个串行口中断。在本系统中涉及到at89c52芯片的中断源有五个：分别是外部中断int1，定时／计数器t0，t1和t2以及串行口中断。本测控系统采用电平激活方式，也即是int1=0；一旦int1引脚的采样值为低电平，则tcon寄对于定时器to和tl，通过寄存器tmod，tcon来控制和选择定时／计数器的功能和操作模式。这些寄存器的内容靠软件设置，系统复位时，寄存器的所有位都被清零。而t2的工作是靠对t2con寄存器进行软件设置而定义的。本系统采用定时to来计算车厢温度采集的时间间隔，设置为工作方式1，即l6位计数定时方式：定时tl作波特率发生器使用，选择在工作方式2，即8位自动加载方式；定时器t2用于确定混合风门步进电机输入脉冲的频率，设置位l6位常数自动重装人的工作方式。

当采用12mhz的晶振时，计数速率为lmhz．微机串口通常采用rs232电平，而单片机串口是1trl电平，二者不兼容。所以，接口必须做电平转换处理。采用maxim公司的max232电平转换芯片。单片机串行口的txd，rxd和gnd经电平转换分别与微机的rxd，txd和sg相连，max232电平转换芯片的第9，10引脚分别接单片机的l0和11引脚。db9串口的第2，3引脚分别接max232电平转换芯片的7，8引脚。通过max232的ttl电平和rs232的输入／输出端口，自动地调节了单片机串口的ttl电平信号和rs232的串行通信信号的电平匹配。数据发送是由一条写发送寄存器(sbuf)的指令开始，随后在串行口由硬件自动加人起位和停止位，构成一个完整的帧格式，然后在移位脉冲的作用下，由txd端串行输出。一个字符帧发送完后。使txd输出线维持在“1”状态下，并将串行控制寄存器scon的ti位置“1”，通知cpu可以接着发送下一个字符。

（二）软件系统。轿车空调智能温控系统的工作模式分为“正常运行模式”、“软关机模式”、“手动控制模式”和“自动控制模式”。系统上电时，软件进人上电自检状态，这时系统会首先从监控芯片x25045读入上次断电前存人eeprom的系统状态信息，初始化各个中断并恢复空调控制器到上次关机前状态。经过上电初始化，智能温控系统会恢复到上次关机前的“正常运行模式”。此时，通过温度调节按键可以设定需要的温度值，温度传感器定时检测车厢温度，显示器显示温度设定值和温度测量值，混合风门的开度会根据温差和温差变化自动调节，温控系统能够与pc机通过串口通讯交换数据。按一下“on／off”键，可使温控系统进入“软关机模式”。此时，系统不能再进行温度检测、温度设定和串行通讯，显示器熄灭，混合风门步进电机停止运转。

参考文献：

[1]李华，mcs一51系列单片机实用接口技术[m]．北京：北京航空航天大学出版社．1993．306405．

单位转换篇8

1 MAX1230的主要特点

对于在野外工作的数据采集系统来说，由于环境的影响和条件的限制，往往需要系统具有比较低的功率消耗,同时应带有温度补偿等功能，因此，笔者在继电保护装置的数据采集系统设计中采用MAX1230来完成A／D转换功能。MAX1230是MAX-IM公司2003年推出的一种低功耗、可进行温度补偿并带有采样保持功能的多通道12位串行模数转换器。它内置基准电压源、时钟电路和温度传感器，具有16个模拟输入通道，可实现输入通道扫描、输出数据平均和自动关断功能，此外，该芯片还具有一个高速的串行接口。与其它的模数转换器相比，MAX1230具有较多的功能，且工作方式灵活多样，可应用于系统监视、数据采集、病人监护、工业控制和仪器制造等多种领域。

MAX1230的主要特点如下：

所有输入通道均可按单端或差分方式进行配置，单端方式下可配置为16个通道，差分方式下可配置为8个通道；

转换速率可达300kSPS，此时的功耗仅为1．8mW；

在整个温度范围内不会丢码，精度为±1LSB INL和±1LSB DNL；

采用单电源＋5V供电，内部具有4．096V的基准电压和时钟电路，也可使用外部差分基准或外部时钟输入；

具有10MHz可兼容SPI／QSPI／MICROWIRE的接口；

工作温度范围为－40～＋85℃，且内部带有精度为±1℃的温度传感器，同时可进行温度补偿。

2　MAX1230的内部结构

MAX1230的内部结构如图1所示，它由跟踪／保持放大器（T／H）、12位逐次逼近型ADC、控制逻辑、内部时钟、串行接口、先入先出寄存器（FIFO）、内部基准电压源和温度传感器等组成。

3　MAX1230的引脚排列

MAX1230有24脚QSOP和28脚QFN两种封装形式，其引脚排列如图2所示。各引脚的功能如下：

AIN0～AIN15：模拟量输入；

REF－：使用外部差分基准源时的负输入，与A14复用；

CNVST：“转换开始”信号输入，低电平有效，与A15复用；

REF＋：基准电压源的正输入，该脚和地之间要加0．1μF的电容；

GND：接地脚；

VDD：电源输入，电压范围为4．75～5．25V，它和地之间应加0．1μF的电容；

SCLK：串行时钟输入，用作采样和转换，使用外部时钟时，其频率范围为0．1MHz～4．8MHz，当其作为读写串行数据的时钟频率时，可达到10MHz，占空比范围为40％～60％；

CS：片选端，低电平有效；

DIN：串行数据输入，输入的串行数据在SCLK的上升沿被锁存。通过SCLK、CS、DIN三根信号线可组成与SPI／QSPI／MICROWIRE相兼容的串行输入接口；

DOUT：串行数据输出，它与SCLK的下降沿同步。当CS为高电平时，DOUT为高阻态；

EOC：“转换结束”标志输出，当它变为低电平时表明转换结束，输出数据有效。

4　MAX1230的工作过程(文秘站:)

4．1 转换参数的配置

MAX1230的工作方式由其内部的控制寄存器决定，这些寄存器主要有转换方式寄存器、工作方式寄存器、均值方式寄存器和复位寄存器等。工作时，首先要对这些寄存器进行正确配置，配置参数可通过MAX1230的串行口写入。在进行配置时，CS置为低电平，配置参数从DIN引脚输入，并在串行时钟SCLK的上升沿被锁存，此过程中，SCLK的频率不能高于10MHz。表1所列是这几个寄存器的参数定义。下面是对它们的具体说明。

表1 MAX1230主要寄存器的参数定义

寄存器名称BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0转换方式1CHSEL3CHSEL2CHSEL1CHSEL0SCAN1SCAN0TEMP工作方式01CKSEL1CKSEL0REFSEL1REFSEL0DIFFSEL1DIFFSEL0均值方式001AVGONNAVG1NAVG0NSCAN1NSCAN0复位0001RESETXXX（1）在转换方式寄存器中，BIT7为标志位，BIT6～BIT3用以选择输入通道，0000～1111分别对应着AIN0～AIN15的各个输入；BIT2和BIT1用以确定输入通道的扫描方式；BIT0是温度测量方式位，该位为1时，只进行1次温度测量，并在第一次的转换数据中输出。

（2）工作方式寄存器中，BIT7和BIT6为标志位；BIT5和BIT4用于选择时钟的使用方式，可确定具体使用内部时钟还是外部时钟；BIT3和BIT2用于选择是用内部还是外部的基准源；BIT1和BIT0的值用于在差分输入方式下决定选择是单极性工作模式还是双极性工作模式，当这两位的值为00和01时，对应的寄存器不作修改，当其为10时，系统将修改单极性模式寄存器，而当为11时，修改双极性模式寄存器。实际上，在配置了工作方式寄存器后，也就对单／双极性模式寄存器进行了配置。

（3）在均值方式寄存器中，BIT7～BIT5是标志位；BIT4是均值功能控制位，该位写入1时开启均值功能，写入0时关闭；BIT3和BIT2用于定义计算均值时所需的数据个数；BIT1和BIT0用于设置对某一通道扫描时返回结果的个数。

（4）复位寄存器中的BIT7～BIT4为标志位；BIT3是复位操作控制位，该位写入1时，仅复位内部FI-FO，写入0时复位所有的寄存器至默认状态；BIT2～BIT0为保留位，一般不影响操作。

4．2 转换过程的控制

按照采样和转换过程中时钟工作方式的不同，MAX1230的工作方式分为四种，可根据情况灵活选择。转换的结果有12位，高位在前，并以“0000”为前导形成两个字节从DOUT引脚输出，同时与串行时钟SCLK的下降沿同步。这四种工作方式如下：

（1）采样和转换都使用内部时钟，并用CONVST信号进行初始化，其时序如图3所示。工作时，CONVST需要产生一个宽度大于40ns的低电平来对采样和转换进行初始化。转换结束后，信号EOC变成低电平表示转换结果有效，可以从DOUT引脚读出数据。在EOC信号产生前，CONVST信号不能出现低电平，否则会引起内部FIFO操作的错误。

（2）采样使用外部时钟，而转换使用内部时钟，并用CONVST信号进行初始化。此种模式下的读写操作和第一种类似，区别是当需要进行均值运算时，该方式还需要再产生一个CONVST信号来初始化均值运算。

（3）采样和转换都使用内部时钟，并通过串行口写入命令字来进行初始化，该模式的时序如图4所示。写入命令字后转换开始，转换完成时，EOC信号变为低电平，数据可以从DOUT读取。这种方式是芯片上电后默认的工作方式。

（4）采样和转换都使用外部时钟，并通过串行口写入命令字来进行初始化。该方式与第三种方式的区别是采样和转换都使用外部时钟，此时外部时钟的频率不能超过4.8MHz。在这种方式下，结果在转换的过程中就可读取，信号EOC始终为高电平，此种方式下，输入通道扫描和输出数据均值等功能都不可用。

5　典型应用

单位转换篇9

1．1声音采集模块

声音采集模块是实现声音的采集与处理的第一步，其中传感器采用驻极体传声器。传声器的主要作用是将声音传换成电压量，以供后级电路的滤波和放大。经过调理后的电压信号再送入模数转换器(ADC)进行数字量化。

1．2A/D控制电路的设计

AD转换部分是整个声音采集系统的关键。本设计选用了一款精度采样频率较高(12位，1．65μs)的模数转换芯片AD7864，其采用5V单电源供电。4个通道上的输入信号可同步进行采样，因而可保留4个输入通道上的信号相位信息。模数转换器控制模块主要在FPGA的基础上来实现，其中FPGA采用Altera公司的Cyclone系列EP1C12FQ240C8。ADC控制器采用VerilogHDL程序编程实现，设计过程中主要采用了状态机。模数转换器控制流程图AD7864模数转换后数据的读取有两种方法:转换中读取和转换后读取。本设计采用先转换后读取数据的方法，具体工作过程如下:当转换起始信号CONVST上升沿时，4个采样保持器进入保持状态，开始对选择的通道采样。同时，BUSY输出信号被触发为高电平，并在转换过程中一直保持为高，当全部通道转换结束后，才变为低电平。EOC信号在AD7864，其采用5V单电源供电。4个通道上的输入信号可同步进行采样，因而可保留4个输入通道上的信号相位信息。AD7864模数转换后数据的读取有两种方法:转换中读取和转换后读取。本设计采用先转换后读取数据的方法，具体工作过程如下:当转换起始信号CONVST上升沿时，4个采样保持器进入保持状态，开始对选择的通道采样。同时，BUSY输出信号被触发为高电平，并在转换过程中一直保持为高，当全部通道转换结束后，才变为低电平。EOC信号在每一个通道转换结束时均有效。全部通道转换后的数据保存在AD7864内部相应的锁存器中。全部通道转换结束后，当片选信号和读信号有效时，就可以按照转换顺序从数据总线上并行读取数据。

1．3存储模块

模数转换的数据经过FPGA芯片内部的存储器进行缓存，之后通过UART向上位机传输或者存入SD卡。SD卡是基于快速闪存的新一代存储器，具有体积小、容量大、移动方便等特点。本设计采用闪迪公司的8G容量SD卡作为系统的存储模块。SD卡的读写采用SPI模式。SPI模式使用字节传输，其优点是简化主机的设计。读写SD卡的操作都需要先对SD卡进行初始化，完成SD卡的初始化之后即可进行读写操作。SPI总线模式支持单块(CMD24)和多块(CMD25)写操作，多块操作是指从指定位置开始写下去，直到SD卡收到一个停止命令CMD12才停止。单块写操作的数据块长度只能是512字节。单块写入时，命令为CMD24，当应答为0时说明可以写入数据，大小为512字节。SD卡对每个发送给自己的数据块都通过一个应答命令加以确认，其数据长度为1个字节，当低5位为00101时，表明数据块被正确写入SD卡。

2结论

单位转换篇10

1．信号放大滤波电路

传感器的输出信号一般幅值较小，需要经过相应的放大滤波电路。在实验中，心电、脉搏、呼吸等信号频率不同，而且相应传感器输出的幅值也不同，因此放大滤波电路的参数指标也要求不同，如放大倍数、滤波带宽、截止频率等。对学生而言，在实验中设计3个不同参数的放大滤波电路需要花费大量时间，考虑到有限的实验学时数，我们采用现有的放大倍数可调、滤波参数可调的专用集成模块来完成相关信号的放大滤波处理。该模块主要侧重培养学生电路调试及信号测试能力。

2．信号调理电路

在实验过程中会遇到放大滤波后的信号电压与单片机集成的A／D转换器要求的转换电压不匹配的问题［9－10］，需要对放大滤波后的医学信号进行信号调理，使其符合A／D转换器转换电压的要求。信号调理电路是模拟电子技术的一个重要的知识点，通用的信号调理电路较多，如采用电阻分压及电压跟随器组合进行信号调理［11－12］。具体实验中，我们选用由OP07与INA114组成的电路来完成信号调理，如图2所示。图2中的IN＋和IN－表示经过放大滤波后传感器信号正端和负端，OUT1输入到dsPIC30F4011单片机集成的A／D转换器进行转换。通过调节R2的阻值来改变INA114第5脚REF的电压值，随着REF电压的变化，OUT1输出势必会有一个电压的抬升，来满足A／D转换器输入的要求。同时，要充分考虑上一级专用放大模块的放大倍数，放大倍数过大，信号调理就失去了作用，放大倍数过小，则不能充分发挥A／D转换分辨率的优势。例如：经放大滤波后的心电信号幅值范围为－1．5～＋1．5V，在理想状态下，调节REF电压为1．5V时，OUT1输出范围为0～＋3V满足dsPIC30F4011单片机A／D转换输入的要求。

3．dsPIC30F4011单片机处理电路

结合实验条件及学生所学的单片机类型，实验中，选用dsPIC30F4011设计单片机处理电路。dsPIC30F4011是Microchip推出的一款16位的自带DSP引擎的单片机，内部集成了10位高速A／D转换器、UART模块、30个中断源及7个中断优先级设计模块、I／O复用等功能［13］。

3．1单片机硬件电路设计

实验中完成单片机硬件电路设计、焊接调试需要花费大量的时间，为此学生可在现有的开发装置上利用跳线的方式完成硬件电路设计。图3为本实验系统所用的单片机硬件电路，IN1、IN2、IN3分别连接心电、脉搏、呼吸信号，经过放大滤波模块、信号调理模块处理后的信号。单片机利用UART模块经串口电压转换芯片MAX3232与上位机进行命令的解析及数据的传输。

3．2单片机软件程序设计

dsPIC30F4011单片机软件设计在Microchip为其所有的开发工具研发的MPLAB集成环境中完成［13］。实验中，学生设计的单片机软件应实现以下功能：单片机通过通信协议接收上位机传输的数据，同时对传输的数据进行命令解析，当解析到开始进行数据采集命令后，启动A／D转换子程序；A／D转换子程序中，依次对心电、脉搏、呼吸信号进行A／D通道选择、采集、标志并存储到相应的通道缓存区中，例如在对心电信号采集时，通道缓存区中的16位数标志为“000001”（通道数）＋10位A／D转换后的有效数据。在A／D转换完成且转换后的数据填满相应的通道缓存区后，单片机根据数据传输协议将3个通道缓存区中数据依次发送到上位机，上位机在接收完成数据后同时发送下次采集命令或停止命令。单片机软件实现的功能是唯一的，但实现的编程思想是灵活多样的，如软件设计采用中断嵌套或采用优先级由高到低或采用查询等待，每种软件编程思想都能实现系统要求的同一功能。这样设计实验，有利于挖掘学生软件编程潜力，充分发挥学生的主观能动性，锻炼学生的自主学习和创新能力。

以下采用中断优先级由高到低编程思想为例作具体说明。系统的软件设计主要由：主程序、A／D转换子程序、串口通信等程序构成。（1）主程序。整个系统的运行需要对单片机一些资源进行初始化，如I／O初始化、系统时钟选择初始化、中断优先级初始化等。初始化中，串口通信中断、A／D转换中断、CPU内部中断三者中断优先级由高到低。主程序控制流程如图4所示。（2）A／D转换子程序。实验设计中要求对心电，脉搏、呼吸3种信号完成数据采集，考虑到3种信号的频率（分别为0．05～100Hz、0．3～3．33Hz、0．3～10Hz）相对较低，可采用适当的A／D数据采样率。本例A／D数据采样率为75kS／s，采样方式为三通道逐次采样，即每个通道理论采样为25kS／s。每个通道A／D转换后数据缓存区设为16个字长，每个通道填满相应的数据缓存区视为1次采集的结束。图5所示为A／D转换流程图。（3）串口通信子程序。为了让单片机及时地接收到上位机发送的指令，以及将A／D转换后的数据有效地上传上位机，本实验系统中上位机与单片机采用全双工异步串口通信，程序命令接收、数据发送流程如图6所示。本例中指令作为控制系统有效运行的唯一识别条件，同时缓存区数据能否及时上传将影响A／D采样率及整个系统的协调运行，因此将串口通信的中断优先级设置为最高级，通过串口中断来完成命令解析及采集数据的上传。

二、实验系统测试结果及扩展

本实验系统要求采集的心电、脉搏、呼吸3种信号在上位机显示，为此需设计相应的上位机软件来配合单片机实现数据的接收显示、命令的传输等功能。学生需要对计算机编程语言有深刻的理解才能完成上位机软件编程。考虑到学生掌握程度的差异，在实验中，一般提供具有通行协议的现成软件来配合完成，学生只需按照提供的通行协议来完成单片机串口通信编程便可实现上位机与单片机的数据交互。本实验系统经过适当的变换和扩展还可以用于其他课程设计或实验中。本实验是在固定采集频率下对3种信号进行采集的，在具体实验中可扩展为通过上位机发送命令的方式改变数据采集频率，达到可调采样频率的目的。

三、结束语