【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(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。 （ 2）實(shí)時(shí)性 要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。 （ 3）可測試性 兩方面含義：其一是比較容易制定出測試準(zhǔn)則，并根據(jù)這些準(zhǔn)則對軟件進(jìn)行測試；其二軟件設(shè)計(jì)完成后，首先在模擬環(huán)境下運(yùn)行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)仿真運(yùn)行，證明正確無誤后才可投入實(shí)際運(yùn)行。 （ 4）準(zhǔn)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(biāo)之一，兩方面含義：第一是 運(yùn)行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化 時(shí)，軟件能可靠運(yùn)行并給出準(zhǔn)確結(jié)果，即軟件應(yīng)具有自適應(yīng)性；第二是工業(yè)環(huán)境極其惡劣，干擾嚴(yán)重，軟件必須保證在 嚴(yán)重干擾條件 下也能可靠運(yùn)行。 （補(bǔ)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(shù)； (2)由于干擾而使程序發(fā)生混亂，導(dǎo)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(shù)等； (3)發(fā)現(xiàn)程序失控后，解決系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的方法，如重要信息的恢復(fù)，系統(tǒng)重入的條件等； 數(shù)字濾波技術(shù) 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) 指令冗余技術(shù) 軟件陷阱技術(shù) 所謂 數(shù)字濾波 ，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。 與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波有以下優(yōu)點(diǎn)： １ )數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的 ， 無需增加硬件設(shè)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(shù) ２ )數(shù)字濾波可以對低頻信號 （ 如 ）實(shí)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?yàn)V波參數(shù) ， 使用方便靈活 。 ４ )數(shù)字濾波由于不用硬件設(shè)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(shù)平均值濾波 ???NiixNy11N為采樣次數(shù)； xi為第 i次采樣值； y為 N個(gè)采樣值的算術(shù)平均值； 1. 平均值濾波程序設(shè)計(jì) 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(quán)平均濾波方法 。加權(quán)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(quán)系數(shù) , 對 Ci選取要求： 11???NiiC （ 2） 加權(quán)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(diǎn)： 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(yīng)該視具體情況選擇 N，以便得到滿意的濾波效果。 2） 算術(shù)平均值濾波 ,每次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即 1/N，在不同采樣時(shí)刻采集數(shù)據(jù)受到同樣重視；加權(quán)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(shù)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(diǎn) : 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(huì)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(jié)合起來使用，濾波效果會(huì)更好。即在每個(gè)采樣周期，先用中位值濾波法得到 m個(gè)濾波值，再對這 m個(gè)濾波值進(jìn)行算術(shù)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(jī)干擾或采樣器的不穩(wěn)定 ， 使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值太遠(yuǎn) ， 為此 采用上 、 下限限幅 ， 即 當(dāng) y(n)≥yH時(shí) ， 則取 y(n)=yH(上限值 )； 當(dāng) y(n)≤yL時(shí) ， 則取 y(n)=yL(下限值 )； 當(dāng) yL＜ y(n)＜ yH時(shí) ， 則取 y(n)。 也可采用 限速濾波 (亦稱限制變化率 ) ， 即 當(dāng) |y(n)y(n1)|≤Δy 0時(shí) ， 則取 y(n)。 當(dāng) |y(n)y(n1)|＞ Δy 0時(shí) ， 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(yīng)有的正常變化率 。 因此 ， 一定要按照實(shí)際情況來確定 Δy 0、yH及 yL， 否則 ， 非但達(dá)不到濾波效果 ， 反而會(huì)降低控制品質(zhì) 。 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(yùn)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(shí)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(shí)際情況，適當(dāng)選取 α值，使得被測參數(shù)既不出現(xiàn)明顯的紋波，反應(yīng)又不太遲緩。 在實(shí)際應(yīng)用中，究竟應(yīng)該選擇哪種數(shù)字濾波方法，應(yīng)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(quán)平均值濾波適合于純遲延較大的被控對象。 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) (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(shí)間短，利用這一特點(diǎn)，我們在采集某一開關(guān)量信號時(shí)， 可多次重復(fù)采集 ，直到連續(xù)兩次或兩次以上結(jié)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(fù)輸出同一個(gè)數(shù)據(jù) 。只要有可能，其重復(fù)周期盡可能短些。 輸出設(shè)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(dāng)鎖存線上出現(xiàn)干擾時(shí)，它就會(huì)盲目鎖存當(dāng)前的數(shù)據(jù)，也不管此時(shí)數(shù)據(jù)是否有效。 指令冗余技術(shù) CPU受干擾后，往往將操作數(shù)當(dāng)作操作碼執(zhí)行，造成程序混亂。 ※ 當(dāng)程序彈飛到一單字節(jié)指令上時(shí)，便自動(dòng)納入正軌； ※ 當(dāng)程序彈飛到一雙字節(jié)指令上時(shí)（操作碼、操作數(shù)），有可能落到操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯(cuò)； ※ 當(dāng)程序彈飛到一三字節(jié)指令上時(shí)（操作碼、操作數(shù)、操作數(shù)），因其有兩個(gè)操作數(shù)，從而繼續(xù)出錯(cuò)機(jī)會(huì)更大 。 應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，提高彈飛程序納入正軌的機(jī)會(huì)，這便是 指令冗余 。 實(shí)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(diǎn)： 降低指令執(zhí)行效率 指令冗余特點(diǎn)： ； ，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?yàn)閺楋w的程序已經(jīng)偏離正常順序，做了不該做的事。解決這個(gè)問題還要靠軟件容錯(cuò)技術(shù)，減少或消滅程序誤動(dòng)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(dāng)程序彈飛到非程序區(qū)時(shí)，或彈飛的程序碰到冗余指令前已形成死循環(huán)，都會(huì)使冗余指令失去作用。 軟件陷阱技術(shù) ☆ 所謂軟件陷阱 ，就是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將撲獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。 ☆ 軟件陷阱由三條指令構(gòu)成： NOP NOP LJMP ERR 。ERR錯(cuò)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(xí) 題 l．在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一般要對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行哪些預(yù)處理技術(shù)？ 2．何為數(shù)字調(diào)零？何為系統(tǒng)校準(zhǔn)？ 3．簡述數(shù)字濾波及其特點(diǎn)。 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(biāo)度變換的概念及其變換原理。