【正文】 指軟件系統(tǒng)容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補充。 （ 2）實時性 要求系統(tǒng)及時響應外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結果。 （ 3）可測試性 兩方面含義：其一是比較容易制定出測試準則，并根據(jù)這些準則對軟件進行測試；其二軟件設計完成后，首先在模擬環(huán)境下運行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運行，證明正確無誤后才可投入實際運行。 （ 4）準確性 算法選擇、位數(shù)選擇等要符合要求。 （ 5）可靠性 最重要的指標之一，兩方面含義：第一是 運行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化 時，軟件能可靠運行并給出準確結果，即軟件應具有自適應性；第二是工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴重，軟件必須保證在 嚴重干擾條件 下也能可靠運行。 （補充） (1)采用軟件的方法抑制疊加在輸入輸出信號上 噪聲 影響，如模擬輸入信號的數(shù)字濾波技術； (2)由于干擾而使程序發(fā)生混亂，導致程序亂飛或陷入死循環(huán)，采取使程序納入正軌的措施，如指令冗余、軟件陷阱、 “ 看門狗 ” 技術等； (3)發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決系統(tǒng)恢復正常運行的方法，如重要信息的恢復，系統(tǒng)重入的條件等； 數(shù)字濾波技術 開關量的軟件抗干擾技術 指令冗余技術 軟件陷阱技術 所謂 數(shù)字濾波 ，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。故實質上它是一種程序濾波。 與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波有以下優(yōu)點： １ )數(shù)字濾波是用程序實現(xiàn)的 ， 無需增加硬件設備 ， 而且濾波器 （ 濾波程序 ） 可多通道共享 ，降低了開發(fā)成本 。 數(shù)字濾波技術 ２ )數(shù)字濾波可以對低頻信號 （ 如 ）實現(xiàn)濾波 ， 克服了模擬濾波器的缺陷 。 ３ )數(shù)字濾波可以根據(jù)信號的不同 ， 采取不同的濾波方法或濾波參數(shù) ， 使用方便靈活 。 ４ )數(shù)字濾波由于不用硬件設備 ， 各回路間不存在阻抗匹配等問題 ， 故可靠性高 ， 穩(wěn)定性好 。 主要數(shù)字濾波算法有： ? 平均值濾波法 ? 中位值濾波法 ? 限幅濾波法 ? 慣性濾波法 （ 1） 算術平均值濾波 ???NiixNy11N為采樣次數(shù)； xi為第 i次采樣值； y為 N個采樣值的算術平均值； 1. 平均值濾波程序設計 在 N次采樣值中 ， 突出最近幾次采樣值在平均值中所占比重 ， 這種方法稱為加權平均濾波方法 。加權平均濾波算法為： ???Niii xCy1N為采樣次數(shù)； xi為第 i次采樣值； y為 N次采樣值的濾波輸出值； Ci為加權系數(shù) , 對 Ci選取要求： 11???NiiC （ 2） 加權平均值濾波 3）平均值濾波法一般適用于具有周期性干擾噪聲的信號，但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，濾波效果尚不理想。 特點： 1） N值決定了信號平滑度和靈敏度。隨著 N的增大，平滑度提高，靈敏度降低。應該視具體情況選擇 N，以便得到滿意的濾波效果。 2） 算術平均值濾波 ,每次采樣值給出相同的加權系數(shù)，即 1/N，在不同采樣時刻采集數(shù)據(jù)受到同樣重視；加權平均值濾波增加了采樣值在平均值中的比重。 例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 24 25 20 27 24 60 24 25 26 23 序 號 采樣值 采樣數(shù)據(jù)明顯存在 被干擾 現(xiàn)象。 采用算術平均值濾波后，其采樣值為： Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+ 26+23)/10=28 干擾被平均到采樣值中去了 中位值濾波法的原理是對被測參數(shù)連續(xù)采樣 m次(m≥3)且是奇數(shù)，并按大小順序排列；再取 中間值 作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。 特點 : 1) 中位值濾波法對脈沖干擾信號等 偶然因素引發(fā)的干擾有良好的濾波效果 。如對溫度、液位等變化緩慢的被測參數(shù)采用此法會收到良好的濾波效果；對流量、速度等快速變化的參數(shù)一般不宜采用中位值濾波法 2)中位值濾波法和平均值濾波法結合起來使用，濾波效果會更好。即在每個采樣周期，先用中位值濾波法得到 m個濾波值，再對這 m個濾波值進行算術平均，得到可用的被測參數(shù)。也稱為 去脈沖干擾平均值濾波法 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 24 25 20 27 24 60 24 25 26 例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下： 序 號 采樣值 采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。 采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為： 25 對 3次采樣中位值濾波后值： 24 對 6次采樣中位值濾波后值： 27 對 9次采樣中位值濾波后值： 25 3. 限幅濾波法 由于大的隨機干擾或采樣器的不穩(wěn)定 ， 使得采樣數(shù)據(jù)偏離實際值太遠 ， 為此 采用上 、 下限限幅 ， 即 當 y(n)≥yH時 ， 則取 y(n)=yH(上限值 )； 當 y(n)≤yL時 ， 則取 y(n)=yL(下限值 )； 當 yL＜ y(n)＜ yH時 ， 則取 y(n)。 也可采用 限速濾波 (亦稱限制變化率 ) ， 即 當 |y(n)y(n1)|≤Δy 0時 ， 則取 y(n)。 當 |y(n)y(n1)|＞ Δy 0時 ， 則取 y(n)=y(n1)。 其中 Δy 0為兩次相鄰采樣值之差的可能最大變化量 。Δy 0值的選取 ， 取決于采樣周期 T及被測參數(shù) y應有的正常變化率 。 因此 ， 一定要按照實際情況來確定 Δy 0、yH及 yL， 否則 ， 非但達不到濾波效果 ， 反而會降低控制品質 。 在模擬量輸入通道中 ， 常用一階低通濾波器來消弱干擾 ， 慣性濾波運算公式源于 RC低通濾波器的傳遞函數(shù) sTsXsYf??11)()(后向差分離散化處理得 4. 慣性濾波 )()()1()( nxnyTnynyTsf ????整理后得 式中 稱為濾波系數(shù)，且 ； TTTff???10 ?? ?T為采樣周期； Tf為濾波器時間常數(shù)； x (n)為本次采樣輸入； y (n) 、 y (n1)為本次和上次濾波輸出。 )n(y)n(x)α()n(yTTT)n(xTT T)n(ysffsfs 111 ????????? α 根據(jù)慣性濾波器的頻率特性，若濾波系數(shù) α越大，則帶寬越窄，濾波頻率也越低。因此，需要根據(jù)實際情況，適當選取 α值，使得被測參數(shù)既不出現(xiàn)明顯的紋波，反應又不太遲緩。 在實際應用中，究竟應該選擇哪種數(shù)字濾波方法，應視具體情況而定。平均值濾波適用于周期性干擾；中位值和限幅濾波適合于偶然的干擾；慣性濾波適合于高頻和低頻的干擾；加權平均值濾波適合于純遲延較大的被控對象。 開關量的軟件抗干擾技術 (數(shù)字量 )信號輸入抗干擾措施 干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一特點，我們在采集某一開關量信號時， 可多次重復采集 ，直到連續(xù)兩次或兩次以上結果完全一致方為有效。 (數(shù)字量 )信號輸出抗干擾措施 在軟件上，最為有效的方法就是 重復輸出同一個數(shù)據(jù) 。只要有可能，其重復周期盡可能短些。 輸出設備是 電位控制型 還是 同步鎖存型 ，對干擾的敏感性相差較大。前者有良好的抗 “ 毛刺 ”干擾能力，后者不耐干擾，當鎖存線上出現(xiàn)干擾時，它就會盲目鎖存當前的數(shù)據(jù)，也不管此時數(shù)據(jù)是否有效。 指令冗余技術 CPU受干擾后，往往將操作數(shù)當作操作碼執(zhí)行，造成程序混亂。 ※ 當程序彈飛到一單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌； ※ 當程序彈飛到一雙字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)），有可能落到操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯； ※ 當程序彈飛到一三字節(jié)指令上時（操作碼、操作數(shù)、操作數(shù)），因其有兩個操作數(shù)，從而繼續(xù)出錯機會更大 。 應多采用單字節(jié)指令，并在關鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或將有效單字節(jié)指令重復書寫，提高彈飛程序納入正軌的機會，這便是 指令冗余 。 實現(xiàn)方法： 在一些對程序流向起決定作用的 指令之前 插入兩條 NOP指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。這些指令有： RET、 RETI、 LCALL、LJMP、 JZ/JNZ、 JC/JNC、 JB/JNB、 JBC、 CJNE、DJNZ等。 如：利用減法比較兩無符號數(shù)的大小程序（數(shù)放 A、B中）： 無指令冗余程序 ： CLR C SUBB A, B JC BBIG … … BBIG:NOP ….. 有指令冗余的情況： CLR C SUBB A, B NOP NOP JC BBIG … … BBIG:NOP ….. 指令冗余缺點： 降低指令執(zhí)行效率 指令冗余特點： ； ，使其很快納入程序軌道，但不能保證失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后太平無事。因為彈飛的程序已經(jīng)偏離正常順序，做了不該做的事。解決這個問題還要靠軟件容錯技術，減少或消滅程序誤動作。 3. 指令冗余使彈飛程序安定下來是有條件的，首先彈飛的程序要落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余的指令。 當程序彈飛到非程序區(qū)時，或彈飛的程序碰到冗余指令前已形成死循環(huán)，都會使冗余指令失去作用。 軟件陷阱技術 ☆ 所謂軟件陷阱 ，就是一條引導指令，強行將撲獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。 ☆ 軟件陷阱由三條指令構成： NOP NOP LJMP ERR 。ERR錯誤處理程序入口 ☆ 軟件陷阱安排在下列四種地方： 1）未使用的中斷向量區(qū) 2）未使用的大片 ROM區(qū) 3）表格區(qū)尾部 4）程序區(qū) 習 題 l．在計算機控制系統(tǒng)中，一般要對測量數(shù)據(jù)進行哪些預處理技術？ 2．何為數(shù)字調零？何為系統(tǒng)校準？ 3．簡述數(shù)字濾波及其特點。 4．簡述各種數(shù)字濾波方法的原理或算法及適用場合。 5．分析說明標度變換的概念及其變換原理。