【正文】 第⑥章 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù) 程序設(shè)計(jì)技術(shù) 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的有限字長(zhǎng)數(shù)值問題 軟件是工業(yè)控制機(jī)的程序系統(tǒng)， 它可分為 系統(tǒng)軟件 和 應(yīng)用軟件 。 所謂 應(yīng)用軟件 就是面向控制系統(tǒng)本身的程序，它是根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，由 用戶自己設(shè)計(jì) 的。 軟件設(shè)計(jì)的方法：利用 計(jì)算機(jī)語言 自己編制需要的應(yīng)用程序；利用 組態(tài)軟件 。 程序設(shè)計(jì)技術(shù) 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 面向過程與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 高級(jí)語言 I/O控制臺(tái)編程 模塊化與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 一個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)過程可以用左圖來說明。 首先要分析用戶的要求，這大約占整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作量的 10%； 然后編寫程序的說明，這大約也占 10%； 接著進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)與編碼，這大約占 30%左右，其中設(shè)計(jì)與編碼幾乎各占 15%； 最后進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，這要花費(fèi)整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作量的 40%以上。 （ 1） 首先對(duì)最低層模塊進(jìn)行編碼、測(cè)試和調(diào)試。這些模塊正常工作后，就可以用它們來開發(fā)較高層的模塊。這種方法 是匯編語言設(shè)計(jì)常用的方法 。 （ 2 首先對(duì)最高層進(jìn)行編碼、測(cè)試和調(diào)試。為了測(cè)試這些最高層模塊，可以用 “ 結(jié)點(diǎn) ” 來代替還未編碼的較低層模塊，這些 “ 結(jié)點(diǎn) ” 的輸入和輸出滿足程序的說明部分要求，但功能少得多。 該方法一般 適合用高級(jí)語言來設(shè)計(jì)程序 。 1966年， 和 只用三種基本的控制結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)任何單入口單出口的程序。這三種基本的控制結(jié)構(gòu)是 “ 順序 ” 、 “ 選擇 ” 、 “ 循環(huán) ” 。如右圖所示。 面向過程與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 過程式程序設(shè)計(jì)是面向功能的。首先要定義所要實(shí)現(xiàn)的功能，然后設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)這些功能所要執(zhí)行的步驟。這些步驟就是過程。編寫代碼實(shí)際上等于分解這些步驟，使每一步直接對(duì)應(yīng)一行代碼。這就是過程式編程中的 “ 逐步求精 ” 的過程。 這種方式不利于中大型軟件的開發(fā)與維護(hù)，小部分?jǐn)?shù)據(jù)或功能的改變會(huì)涉及到很多的相關(guān)程序。 以上兩種方法在概念上存在以下主要區(qū)別： （ 1）模塊與對(duì)象 （ 2）過程調(diào)用和消息傳遞 （ 3）類型和類 （ 4）靜態(tài)鏈接和動(dòng)態(tài)鏈接 高級(jí)語言 I/O控制臺(tái)編程 對(duì)于 PC總線工業(yè)控制機(jī)，我們以 Turbo C為例來說明其訪問 I/O端口的編程。 Turbo C通常有庫函數(shù)，允許直接訪問 I/O端口，頭文件 〈 〉中定義了 I/O端口例程。 例如 ： a=inportw(0x210) b=inportb(0x220) 第一條指令表示將端口 210H的 16位二進(jìn)制數(shù) (一個(gè)字 )輸入給變量 a，第二條指令表示將端口 220H的 8位二進(jìn)制數(shù) (一個(gè)字節(jié) )輸入給變量 b。在C語言中， 0x起頭的是 16進(jìn)制數(shù)。 又如： outportw(0x230,0x3435) outportb(0x240,0x26) 第一條指令表示將二字節(jié)數(shù) 3435H輸出到端口 230H中，第二條指令表示將單字節(jié)數(shù) 26H輸出到端口 240H中。 測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 誤差自動(dòng)校準(zhǔn) 線性化處理和非線性補(bǔ)償 標(biāo)度變換方法 越限報(bào)警處理 量化誤差來源 A/D、 D/A及運(yùn)算字長(zhǎng)的選擇 傳感器把生產(chǎn)過程的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后用 A／ D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，讀入計(jì)算機(jī)中。 對(duì)于這樣得到的數(shù)據(jù)，一般要進(jìn)行一些預(yù)處理，其中最基本的處理有 線性化處理 、 標(biāo)度變換 和 誤差自動(dòng)校準(zhǔn) 。 誤差自動(dòng)校準(zhǔn) 系統(tǒng)誤差 定義： 是指在相同條件下，經(jīng)過多次測(cè)量，誤差的數(shù)值 (包括大小符號(hào) )保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差。 特點(diǎn)： 在一定的測(cè)量條件下，其變化規(guī)律是可以掌握的，產(chǎn)生誤差的原因一般也是知道的。 方法： 偏移校準(zhǔn)在實(shí)際中應(yīng)用最多，并且常采用 程序 來實(shí)現(xiàn)，稱為數(shù)字調(diào)零。 數(shù)字調(diào)零： 在測(cè)量時(shí)，先把多路輸入接到 所需測(cè)量 的一組輸入電壓上進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出這時(shí)的輸入值為 x1,然后把多路開關(guān)的輸入接地，測(cè)出 零輸入 時(shí) A／ D轉(zhuǎn)換器的輸出為 x0，用 x1減去 x0即為實(shí)際輸入電壓 x。圖 63 除了數(shù)字調(diào)零外，還可以采用偏移和增益誤差的 自動(dòng)校準(zhǔn) 。 RVV ???? )(010xxxx 采用這種方法測(cè)得的 V與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，與 V和 R的精度也無關(guān)。這樣可大大提高測(cè)量精度，降低對(duì)電路器件的要求。 先把 開關(guān)接地 ，測(cè)出這時(shí)的輸入值 x0，然后把開關(guān)接 基準(zhǔn)電壓 VR，測(cè)出輸入值 x1，并存放 x x0，在 正式測(cè)量 時(shí)，如測(cè)出的輸入值為 x，則這時(shí)的 V可用下式計(jì)算 全自動(dòng)校準(zhǔn)只適于基準(zhǔn)參數(shù)是 電信號(hào) 場(chǎng)合，并且不能校正由 傳感器 引入的誤差。為克服這種缺點(diǎn)，采用人工自動(dòng)校準(zhǔn)。 自動(dòng)校準(zhǔn)：自動(dòng)測(cè)量基準(zhǔn)參數(shù)，計(jì)算誤差模型，獲得并存儲(chǔ)誤差補(bǔ)償因子 。 人工自動(dòng)校準(zhǔn)只測(cè)一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào) yR， 零信號(hào)的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零來完成 。 設(shè)數(shù)字調(diào)零后測(cè)出的數(shù)據(jù)分別為 xR(接校準(zhǔn)輸入 yR時(shí) )和 x(接被測(cè)輸入 y時(shí) )， 則可按下式來計(jì)算 y。 xxyyRR ?? 如果在校準(zhǔn)時(shí) ， 計(jì)算并存放 yR／ xR的值 ， 則測(cè)量校準(zhǔn)時(shí) ， 只需行一次乘法即可 。 有時(shí)也可用 yi代替 yR 人工自動(dòng)校準(zhǔn)特別適于 傳感器特性 隨時(shí)間會(huì)發(fā)生變化的場(chǎng)合 。 如常用的濕敏電容等濕度傳感器 。 線性化處理和非線性補(bǔ)償 1．鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系 離線計(jì)算溫度與鉑 熱電阻阻值 對(duì)應(yīng)關(guān)系表即 分度表 ，然后分段進(jìn)行線性化。 2．熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系 與熱電阻方法相同。測(cè)量的參數(shù)為熱電偶的 熱電勢(shì) 。 3．孔板差壓與流量的關(guān)系 4．氣體體積流量的非線性補(bǔ)償 PK ??F01100F PTPTF? 線性化處理和非線性補(bǔ)償 過程控制作業(yè) P102第 30題 已知熱電偶的分度號(hào)為 K,工作時(shí)的冷端溫度為 30℃ ，測(cè)得 熱電勢(shì) 以后， 錯(cuò)用 E分度表查得工作端的溫度 ℃ ，試求工作端實(shí)際溫度是多少？ 解：首先求出工作端溫度 相對(duì) 0 ℃ 冷端的 熱電勢(shì)的值，設(shè)該值為 X，按 E分度表 ，可列出方程： mVEtEEEEmVtE)30,t,)30,()0,30()30,t0,t,???????（求得（）（又由于），（即：）（求得 mVXX , ??????mVC o 時(shí)測(cè)得的熱電勢(shì)為即熱電偶在冷端溫度為 ( 30,0)E ( t ,30)t ,0)(E??