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第6章(6学时)
第6章 应用程序设计与实现技术 6.1 程序设计技术 6.2 测量数据预处理技术 6.3 数字控制器的工程实现 6.4 系统的有限字长数值问题 6.1 程序设计技术 6.1.1 模块化与结构化程序设计 6.1.2 面向过程与面向对象的程序设计 6.1.3 高级语言I/O控制台编程 6.1.1 模块化与结构化程序设计 1.模块化程序设计 (1)自底向上模块化设计 首先对最低层模块进行编码、测试和调试。这些模块正常工作后,就可以用它们来开发较高层的模块。这种方法是汇编语言设计常用的方法。 (2)自顶向下模块化设计 首先对最高层进行编码、测试和调试。为了测试这些最高层模块,可以用“结点”来代替还未编码的较低层模块,这些“结点”的输入和输出满足程序的说明部分要求,但功能少得多。 该方法一般适合用高级语言来设计程序。 2.结构化程序设计 1966年,C.Bohm 和G.Jacopini证明了只用三种基本的控制结构就能实现任何单入口单出口的程序。这三种基本的控制结构是“顺序”、“选择”、“循环”。如右图所示。 6.1.2 面向过程与面向对象的程序设计 1.面向过程的程序设计及其局限性 过程式程序设计是面向功能的。首先要定义所要实现的功能,然后设计为实现这些功能所要执行的步骤。这些步骤就是过程。编写代码实际上等于分解这些步骤,使每一步直接对应一行代码。这就是过程式编程中的“逐步求精”的过程。 这种方式不利于中大型软件的开发与维护,小部分数据或功能的改变会涉及到很多的相关程序。 2.面向对象的程序设计 以上两种方法在概念上存在以下主要区别: (1)模块与对象 (2)过程调用和消息传递 (3)类型和类 (4)静态链接和动态链接 6.1.3 高级语言I/O控制台编程 对于PC总线工业控制机,我们以Turbo C为例来说明其访问I/O端口的编程。 Turbo C通常有库函数,允许直接访问I/O端口,头文件〈conio.h〉中定义了I/O端口例程。 例如: a=inportw(0x210) b=inportb(0x220) 第一条指令表示将端口210H的16位二进制数(一个字)输入给变量a,第二条指令表示将端口220H的8位二进制数(一个字节)输入给变量b。在C语言中,0x起头的是16进制数。 又如: outportw(0x230,0x3435) outportb(0x240,0x26) 第一条指令表示将二字节数3435H输出到端口230H中,第二条指令表示将单字节数26H输出到端口240H中。 6.2 测量数据预处理技术 6.2.1 误差自动校准 6.2.2 线性化处理和非线性补偿 6.2.3 标度变换方法 6.2.4 越限报警处理 6.2.5 量化误差来源 6.2.6 A/D、D/A及运算字长的选择 6.2.1 误差自动校准 定义:系统误差是指在相同条件下,经过多次测量,误差的数值(包括大小符号)保持恒定,或按某种已知的规律变化的误差。 特点:在一定的测量条件下,其变化规律是可以掌握的,产生误差的原因一般也是知道的。 方法:偏移校准在实际中应用最多,并且常采用程序来实现,称为数字调零。 数字调零:在测量时,先把多路输入接到所需测量的一组输入电压上进行测量,测出这时的输入值为x1,然后把多路开关的输入接地,测出零输入时A/D转换器的输出为x0,用x1减去x0即为实际输入电压x。 除了数字调零外,还可以采用偏移和增益误差的自动校准。 1.全自动校准 2.人工自动校准 人工自动校准只测一个标准输入信号yR,零信号的补偿由数字调零来完成。 设数字调零后测出的数据分别为xR(接校准输入yR时)和x(接被测输入y时),则可按下式来计算y。 6.2.2 线性化处理和非线性补偿 1.铂热电阻的阻值与温度的关系 2.热电偶的热电势与温度的关系 3.孔板差压与流量的关系 4.气体体积流量的非线性补偿 6.2.3 标度变换方法 在工业测控系统中,如,压力的单位为Pa,流量的单位为m3/h,温度的单位为℃等,这些参数经传感器和A/D转换后得到一系列的数码,这些数码值并不一定等于原来带有量纲的参数值,它仅仅对应于参数值的大小,故必须把它转换成带有量纲的工程值后才能运算、显示或打印输出,这种转换就是标度变换。 标度变换有各种类型,它取决于被测
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