ch06 第6章 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)

第6章應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)6.1概述6.2應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)6.3查表技術(shù)6.4線性化處理技術(shù)6.5量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換和標(biāo)度變換6.6報(bào)警程序設(shè)計(jì)6.7DSP在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用6.8小結(jié)

6.2應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)6.2.1應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基本任務(wù)1.應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基本步驟程序設(shè)計(jì)的第一步是了解系統(tǒng)的工藝流程

程序設(shè)計(jì)最基本的問(wèn)題是定義輸入和輸出在輸入數(shù)據(jù)和送出控制信號(hào)之間是一個(gè)處理階段

6.1概述2.應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的方法1)模塊化程序把一個(gè)完備的功能由若干個(gè)小的程序或模塊共同完成。優(yōu)點(diǎn)：(1)單一功能模塊無(wú)論編寫或調(diào)試都很容易。(2)一個(gè)模塊可以被多個(gè)其他程序調(diào)用。(3)檢查錯(cuò)誤容易，因?yàn)槟K功能單一，且相對(duì)獨(dú)立，不牽涉其他模塊。缺點(diǎn)，比如有些程序難以模塊化，把模塊裝在一起時(shí)較困難，模塊相互調(diào)用時(shí)易產(chǎn)生相互影響。2)自頂向下程序設(shè)計(jì)先從系統(tǒng)級(jí)的管理程序或者主程序開始設(shè)計(jì)，低一級(jí)的從屬程序或者子程序用一些程序標(biāo)志來(lái)代替。當(dāng)系統(tǒng)級(jí)的程序編好后，再將各標(biāo)志擴(kuò)展成從屬程序或子程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)是:設(shè)計(jì)、測(cè)試和連接同時(shí)按一個(gè)線索進(jìn)行，矛盾和問(wèn)題可以較早發(fā)現(xiàn)和解決。而且測(cè)試能夠完全按真實(shí)的系統(tǒng)環(huán)境來(lái)進(jìn)行，不需要依賴于測(cè)試程序。比較習(xí)慣于人們?nèi)粘５乃季S，而且研制應(yīng)用程序的幾個(gè)步驟可以同時(shí)結(jié)合進(jìn)行，因而能提高研制效率。3)自底向上模塊化設(shè)計(jì)自底向上模塊化的設(shè)計(jì)是首先對(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(lái)開發(fā)較高層的模塊。這種方法是匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)常用的方法。6.2.3工業(yè)控制組態(tài)軟件組態(tài)軟件是指在軟件領(lǐng)域內(nèi)，操作人員根據(jù)應(yīng)用對(duì)象及控制任務(wù)的要求，配置(包括對(duì)象的定義、制作和編輯，對(duì)象狀態(tài)特征屬性參數(shù)的設(shè)定等)用戶應(yīng)用軟件的過(guò)程，也就是把組態(tài)軟件視為“應(yīng)用程序生成器”。從應(yīng)用角度講，組態(tài)軟件是完成系統(tǒng)硬件與軟件溝通、建立現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控層溝通的人機(jī)界面的軟件平臺(tái)。組態(tài)軟件的功能簡(jiǎn)介1．控制組態(tài)2．圖形生成系統(tǒng)3．顯示組態(tài)4.I/O通道登記5.單位名稱登記6.趨勢(shì)曲線登記7.報(bào)警系統(tǒng)登記8.報(bào)表生成系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)功能分為兩個(gè)主要方面，即硬件組態(tài)和軟件組態(tài)。硬件組態(tài)以總線式(PC總線或STD總線)工業(yè)控制機(jī)為主進(jìn)行選擇和配置，在硬件上可以根據(jù)不同的控制對(duì)象選擇相應(yīng)的功能模板，組成各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)，使硬件工作量幾乎接近于0，只需按要求對(duì)各種功能模塊進(jìn)行安裝和接線即可。軟件組態(tài)控制工程師不需了解計(jì)算機(jī)的硬件和軟件，就可在觸摸屏上采用菜單方式，用填表的辦法，對(duì)輸入、輸出信號(hào)用“儀表組態(tài)”的方法進(jìn)行軟連接。6.2.4軟件工程方法概述軟件工程的過(guò)程是將軟件工程的方法和工具綜合起來(lái)以達(dá)到合理、及時(shí)地進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)的目的。過(guò)程定義了方法使用的順序、要求交付的文檔資料、為保證質(zhì)量和協(xié)調(diào)變化所需要的管理及軟件開發(fā)各個(gè)階段完成的里程碑。軟件工程就是包含上述方法、工具及過(guò)程在內(nèi)的一些步驟。6.3查表技術(shù)常用的有三種方法：直接查找法、順序查找法和對(duì)分查找法。6.3.1順序查找法順序查找法的步驟如下。(1)設(shè)定表格的起始地址。(2)設(shè)定表格的長(zhǎng)度。(3)設(shè)定要搜索的關(guān)鍵字。(4)從表格的第一項(xiàng)開始，比較表格數(shù)據(jù)和關(guān)鍵字，進(jìn)行數(shù)據(jù)搜索。順序查表法程序流程圖順序查表法程序清單：SEARCH: MOV R0,TABLE ；設(shè)定表格起始地址

MOV R1,LENGTH ；設(shè)定表格長(zhǎng)度

CLR FLAG ；查找成功標(biāo)志位清零LOOP:MOVA,KEY；讀關(guān)鍵字

XRL A,@R0；比較

JNZ NEXT ；未查找到關(guān)鍵字，繼續(xù)

SETB FLAG ；查找到關(guān)鍵字，置位查找成功標(biāo)志位

MOV A,R0 ；讀出關(guān)鍵字在表中的地址

AJMP RETU ；退出查找NEXT:INC R0 ；指向表格的下一個(gè)數(shù)據(jù)

DJNZ R1,LOOP ；未檢索完全部數(shù)據(jù)，繼續(xù)RETU:RET ；退出查找程序，子程序返回6.3.2計(jì)算查找法計(jì)算查表法適用于數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律排列，并且搜索內(nèi)容和表格數(shù)據(jù)地址之間的關(guān)系能用公式表示的有序表格。只要根據(jù)所給的數(shù)據(jù)元素Xi

，通過(guò)一定的計(jì)算，求出元素Xi所對(duì)應(yīng)的數(shù)值的地址，然后將該地址單元的內(nèi)容取出即可。關(guān)鍵在于找出一個(gè)計(jì)算表地址的公式。設(shè)計(jì)一巡回檢測(cè)報(bào)警裝置，要求能對(duì)16個(gè)通道輸入值進(jìn)行比較，當(dāng)某一通道輸入值超過(guò)該路的報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。通道值和報(bào)警值的存放地址之間的關(guān)系可用下面的公式表示：報(bào)警值存放地址=數(shù)據(jù)表格起始地址+通道值×2設(shè)通道值（以16進(jìn)制表示）存放在CIRC單元中，查表后的上限報(bào)警值存放在UPPER單元中，下限報(bào)警值存放在LOWER單元中。查表程序清單如下：CLR C ；進(jìn)位標(biāo)志位清零

MOV DPTR,#TAB ；設(shè)置數(shù)據(jù)表首址

MOV A,CIRC ；讀檢測(cè)通道值

RLC A ；檢測(cè)通道值乘2 MOVC A,@A+DPTR ；讀上限值

MOV UPPER,A ；保存上限值

INC DPTR MOVC A,@A+DPTR ；讀下限值

MOV LOWER,A ；保存下限值

RETTAB: UPPER0，LOWER0，UPPER1，LOWER1，....，UPPER15，LOWER15 ；報(bào)警數(shù)據(jù)表6.3.3對(duì)分查找法對(duì)于從小到大(或從大到小)順序排列的表格，通常采用快速而有效的對(duì)分查找法。對(duì)分查表法的最高搜索次數(shù)Log2N-1。和順序查表法相比，對(duì)分法可以大大減少查表次數(shù)，提高檢索效率。對(duì)分查找法流程圖對(duì)分查表法程序清單：MOV BEGIN,#00H ；設(shè)置檢索范圍起點(diǎn)

MOV END,#DVL ；設(shè)置檢索范圍終點(diǎn)

MOV KEY,#KEY ；設(shè)置關(guān)鍵字

MOV TIME,#01H ；置檢索次數(shù)初值LOOP: MOV R0,#ADD ；置數(shù)據(jù)區(qū)起始地址

MOV A,BEGIN ；取檢索范圍起點(diǎn)

ADD A,END ；起點(diǎn)+終點(diǎn)

CLR C RRC A ；除2 MOV FLAG,A ；存放對(duì)分檢索取數(shù)序號(hào)

CLR CXOR A,2AH ；判斷是否到檢索范圍邊緣

JZ LOOP3 ；是，跳轉(zhuǎn)至LOOP3 MOV A,FLAG ADD A,R0 ；形成對(duì)分檢索取數(shù)地址

MOV R0,A MOV A,@R0 ；讀數(shù)

MOV DATA,A ；保存檢索到的數(shù)據(jù)

CLR C SUBB A,KEY ；和關(guān)鍵字比較

JZ LOOP5 ；相等，則檢索成功

JNC LOOP2 ；取的數(shù)據(jù)大，跳轉(zhuǎn)至LOOP2 MOV 2AH,FLAG ；取的數(shù)據(jù)小，修改檢索范圍的起點(diǎn)INC TIME ；檢索次數(shù)加1 SJMP LOOP1 ；繼續(xù)檢索LOOP2: MOV A,FLAG ；取的數(shù)據(jù)大，修改檢索范圍的終點(diǎn)

MOV END,A INC TIME SJMP LOOP1 ；繼續(xù)檢索LOOP3: MOV R0,#DATA ；到達(dá)檢索邊緣，比較是否為關(guān)鍵字

MOV A,@R0 CJNE A,KEY,LOOP4 ；不是關(guān)鍵字，跳轉(zhuǎn)至LOOP4 MOV DATA,A ；是關(guān)鍵字，保存

SJMP LOOP5 ；退出檢索程序LOOP4: MOV A,#0FFH ；不是關(guān)鍵字，置檢索不成功標(biāo)志MOV FLAG,ALOOP5: RET ；檢索程序結(jié)束6.4線性化處理技術(shù)為了得到線性輸出的變量，需要引入非線性補(bǔ)償，將非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化成線性的，這種轉(zhuǎn)化過(guò)程稱為線性化處理。最常用的是線性插值法和拋物線插值法。6.4.1線性插值法1.線性插值原理將輸出特性曲線按一定的規(guī)則插入若干個(gè)點(diǎn)，將曲線分成若干段，插入點(diǎn)X0和Xi之間的間距越小，那么在區(qū)間(X0，Xi)上實(shí)際曲線和近似直線之間的誤差就越小。這就是線性插值法的思想。將相鄰兩點(diǎn)用直線連接起來(lái)，用直線替代相應(yīng)的曲線。這樣，原來(lái)復(fù)雜的非線性關(guān)系就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的線性方程加以表示。（1）曲線斜率變化越小，替代直線越逼近特性曲線，則線性插值法帶來(lái)的誤差就越小。因此，線性插值法適用于斜率變化不大的特性曲線的線性化。（2）插值基點(diǎn)取得越多，替代直線越逼近實(shí)際的曲線，插值計(jì)算的誤差就越小。因此，只要插值基點(diǎn)足夠多，就可以獲得足夠的精度。

傳感器的輸出特性曲線圖2.線性插值的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)線性插值的步驟如下：（1）用實(shí)驗(yàn)法測(cè)出傳感器輸出特性曲線，應(yīng)盡可能保證該曲線的精確性；（2）選取插值點(diǎn)，將繪制好的曲線分段。（3）計(jì)算并存儲(chǔ)各相鄰插值點(diǎn)間逼近曲線的斜率Ki；（4）計(jì)算X-Xi；（5）讀出X所在區(qū)間的斜率Ki，計(jì)算Ki（X-Xi）；（6）計(jì)算。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的線性插值計(jì)算流程圖3.線性插值法非線性補(bǔ)償實(shí)例熱電偶的輸出特性曲線由圖可以看出，該熱電偶的輸出特性曲線斜率的變化不大，可以采用線性插值法進(jìn)行非線性補(bǔ)償。選擇4個(gè)插值基點(diǎn)（V1，T1）、（V2，T2）、（V3，T3）、（V4，T4），然后寫出每段曲線的插值函數(shù)表達(dá)式，表達(dá)式如式所示。程序略6.4.2非線性插值法僅靠增加插值基點(diǎn)的數(shù)量來(lái)減少誤差是不可行的。拋物線插值法可以很好的解決斜率變化較大曲線的非線性補(bǔ)償問(wèn)題。拋物線插值法能夠提高非線性補(bǔ)償?shù)木?。線性插值法和拋物線插值法補(bǔ)償精度比較6.5量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換和標(biāo)度變換在計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)中的各個(gè)參數(shù)都有著不同的數(shù)值和量綱，所有這些參數(shù)都經(jīng)過(guò)變送器，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。為實(shí)現(xiàn)顯示、記錄、打印以及報(bào)警等操作，必須把這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換成不同的單位，以便操作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和管理，這就是所謂的標(biāo)度變換。6.5.1量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換可編程增益放大器(PGA，ProgrammableGainAmplifier)是一種通用性很強(qiáng)的放大器，其放大倍數(shù)可根據(jù)需要用程序進(jìn)行控制，使A/D轉(zhuǎn)換器滿量程信號(hào)達(dá)到均一化，而大大提高測(cè)量精度。集成電路PGA102內(nèi)部結(jié)構(gòu)增益可編程儀用放大器利用PGA可進(jìn)行量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。特別是當(dāng)被測(cè)參數(shù)動(dòng)態(tài)范圍比較寬時(shí)，使用PGA的優(yōu)越性更為顯著。6.5.2線性參數(shù)標(biāo)度變換1.線性參數(shù)的標(biāo)度變換所謂線性參數(shù)，指一次儀表測(cè)量值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果具有線性關(guān)系。A0為一次測(cè)量?jī)x表的下限；AM為一次測(cè)量?jī)x表的上限；AX為實(shí)際測(cè)量值(工程量)；N0為儀表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NM為儀表上限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；NX為測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。

例6.6某熱處理爐溫度測(cè)量?jī)x表的量程為200～800℃，在某一時(shí)刻計(jì)算機(jī)采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量為0xCDH。求此時(shí)溫度值為多少(設(shè)儀表量程為線性的)？解根據(jù)標(biāo)度變換公式，已知A0＝200℃、AM＝800℃。Nx＝0xCDH＝(205)D，NM＝0xFFH＝(255)D，所以此時(shí)溫度為2.非線性參數(shù)標(biāo)度變換1)公式變換法例如，在流量測(cè)量中，流量與差壓間的關(guān)系式為據(jù)此，可得測(cè)量流量時(shí)的標(biāo)度變換為GX為被測(cè)量的流量值；GM為流量?jī)x表的上限值；G0為流量?jī)x表的下限值；NX為差壓變送器所測(cè)得的差壓值(數(shù)字量)；NM為差壓變送器上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；N0為差壓變送器下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。2)其他標(biāo)度變換法6.6報(bào)警程序設(shè)計(jì)6.6.1簡(jiǎn)單報(bào)警程序設(shè)計(jì)1.微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中常用的報(bào)警方式1)簡(jiǎn)單聲光報(bào)警2)聲音報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路聲音集成芯片HY8000A系列引腳圖與應(yīng)用電路原理圖簡(jiǎn)單報(bào)警電路原理圖2.報(bào)警程序的設(shè)計(jì)技術(shù)1)軟件報(bào)警程序設(shè)計(jì)技術(shù)2)硬件直接報(bào)警的程序設(shè)計(jì)技術(shù)硬件直接報(bào)警原理圖6.6.2越限報(bào)警程序設(shè)計(jì)設(shè)定報(bào)警上下限回差帶越限報(bào)警處理1．上限報(bào)警：若xn＞xmax，則上限報(bào)警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。2．下限報(bào)警若xn<xmin，則下限報(bào)警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。3．上下限報(bào)警若