第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件

1、第第8章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件8.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件概述8.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件 8.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù) 8.4 輸入輸出數(shù)字量的軟件抗干擾技術(shù)輸入輸出數(shù)字量的軟件抗干擾技術(shù)第第8章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件8.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件概述8.1.1 軟件的含義軟件的含義 軟件是能夠完成預(yù)定功能和性能的可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序軟件是能夠完成預(yù)定功能和性能的可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序和使程序正常執(zhí)行所需要的數(shù)據(jù)，加上描述軟件開發(fā)過程及和

2、使程序正常執(zhí)行所需要的數(shù)據(jù)，加上描述軟件開發(fā)過程及其管理、程序的操作和使用的有關(guān)文檔。其管理、程序的操作和使用的有關(guān)文檔。 8.1.2 軟件的特點(diǎn)軟件的特點(diǎn)1.表現(xiàn)形式不同。表現(xiàn)形式不同。2.生產(chǎn)方式不同。生產(chǎn)方式不同。3. 要求不同。要求不同。4. 維護(hù)不同。維護(hù)不同。8.1.3 軟件的分類軟件的分類1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件2.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 3.工具軟件工具軟件 8.1.4 軟件設(shè)計(jì)的一般過程軟件設(shè)計(jì)的一般過程 先分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，畫出總體軟件功能框圖；然后先分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求，畫出總體軟件功能框圖；然后用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)每一軟件功能模塊，繪出每一功能模塊用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)每一軟件

3、功能模塊，繪出每一功能模塊的流程圖，選擇合適的語言編寫程序；最后按照總體軟件框圖，的流程圖，選擇合適的語言編寫程序；最后按照總體軟件框圖，將各模塊連接成一個(gè)完整的程序。將各模塊連接成一個(gè)完整的程序。 8.1.5 軟件設(shè)計(jì)的一般方法軟件設(shè)計(jì)的一般方法1.模塊化設(shè)計(jì)法模塊化設(shè)計(jì)法2. 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)法結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)法1.模塊化設(shè)計(jì)法模塊化設(shè)計(jì)法 模塊化設(shè)計(jì)法是把一個(gè)大的程序劃分成若干個(gè)程序模塊分模塊化設(shè)計(jì)法是把一個(gè)大的程序劃分成若干個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試 。（1）保證模塊的獨(dú)立性，即一個(gè)）保證模塊的獨(dú)立性，即一個(gè)模塊內(nèi)部的改動(dòng)不應(yīng)影響其他模塊。模塊內(nèi)部的改動(dòng)不應(yīng)影響其他模塊。模塊只能

4、有一個(gè)入口和一個(gè)出口。模塊只能有一個(gè)入口和一個(gè)出口。（2） 模塊不宜劃分得過大、過小。模塊不宜劃分得過大、過小。模塊過大會(huì)失去模塊化的特點(diǎn)，且模塊過大會(huì)失去模塊化的特點(diǎn)，且編程和連接時(shí)可能會(huì)遇到麻煩；編程和連接時(shí)可能會(huì)遇到麻煩； 模模塊過小會(huì)增加連接通信的工作量。塊過小會(huì)增加連接通信的工作量。（3）對(duì)每一模塊應(yīng)做出具體定義，定義包括解決問題的算）對(duì)每一模塊應(yīng)做出具體定義，定義包括解決問題的算法，允許的輸入、輸出值范圍等。法，允許的輸入、輸出值范圍等。（4）簡(jiǎn)單的任務(wù)不必模塊化。因?yàn)樵谶@種情況下，編寫和修）簡(jiǎn)單的任務(wù)不必模塊化。因?yàn)樵谶@種情況下，編寫和修改整個(gè)程序比起裝配和修改模塊要容易一些。改

5、整個(gè)程序比起裝配和修改模塊要容易一些。模塊化編程的優(yōu)點(diǎn)：模塊化編程的優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于整個(gè)程序，單個(gè)模塊易于編寫、調(diào)試及修改；相對(duì)于整個(gè)程序，單個(gè)模塊易于編寫、調(diào)試及修改； 便于程序設(shè)計(jì)任務(wù)的劃分，可以按照編程人員的經(jīng)驗(yàn)、熟悉便于程序設(shè)計(jì)任務(wù)的劃分，可以按照編程人員的經(jīng)驗(yàn)、熟悉 程度分配編程任務(wù)，提高編程效率；程度分配編程任務(wù)，提高編程效率； 程序的易讀性好；程序的易讀性好； 頻繁使用的任務(wù)可以編制成模塊存放在庫里，頻繁使用的任務(wù)可以編制成模塊存放在庫里，供多個(gè)任務(wù)使用。供多個(gè)任務(wù)使用。模塊化編程的缺點(diǎn)：模塊化編程的缺點(diǎn)：程序執(zhí)行時(shí)往往占有較多的內(nèi)存空間和程序執(zhí)行時(shí)往往占有較多的內(nèi)存空間和CPU時(shí)間

6、；時(shí)間； 其次，由于模塊獨(dú)立性的要求，可能使相互獨(dú)立的各模塊中有其次，由于模塊獨(dú)立性的要求，可能使相互獨(dú)立的各模塊中有重復(fù)的功能；重復(fù)的功能； 由于模塊劃分時(shí)考慮不周，容易使各模塊匯編在一起時(shí)發(fā)生連由于模塊劃分時(shí)考慮不周，容易使各模塊匯編在一起時(shí)發(fā)生連接上的困難。接上的困難。1）“自頂向下自頂向下”設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)法 從整體到局部再到細(xì)節(jié)，即把整體任務(wù)分成一個(gè)個(gè)子任務(wù)，從整體到局部再到細(xì)節(jié)，即把整體任務(wù)分成一個(gè)個(gè)子任務(wù)，子任務(wù)再分成子子任務(wù)，這樣一層一層地分下去，直到最底層子任務(wù)再分成子子任務(wù)，這樣一層一層地分下去，直到最底層的每一個(gè)任務(wù)都能單獨(dú)處理為止。的每一個(gè)任務(wù)都能單獨(dú)處理為止。具體步驟為：具

7、體步驟為：首先對(duì)最高層進(jìn)行編碼和調(diào)試，為了測(cè)試這些最首先對(duì)最高層進(jìn)行編碼和調(diào)試，為了測(cè)試這些最高層模塊，可以用高層模塊，可以用“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”來代替還未編碼的較低層模塊，來代替還未編碼的較低層模塊，“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”的輸入和輸出滿足程序的說明部分要求，但功能少的的輸入和輸出滿足程序的說明部分要求，但功能少的多。這種方法一般適合用高級(jí)語言來設(shè)計(jì)程序。多。這種方法一般適合用高級(jí)語言來設(shè)計(jì)程序。軟件設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)的“自頂向下自頂向下”設(shè)計(jì)法，需要遵循一下原則：設(shè)計(jì)法，需要遵循一下原則： （1） 對(duì)于每一個(gè)程序模塊，應(yīng)明確規(guī)定其輸入輸出和功能。對(duì)于每一個(gè)程序模塊，應(yīng)明確規(guī)定其輸入輸出和功能。 （2）一旦已認(rèn)定一

8、部分問題能夠納入一個(gè)模塊之內(nèi)，就不要）一旦已認(rèn)定一部分問題能夠納入一個(gè)模塊之內(nèi)，就不要再進(jìn)一步地考慮如何具體地實(shí)現(xiàn)它，即不要糾纏于編程的一些再進(jìn)一步地考慮如何具體地實(shí)現(xiàn)它，即不要糾纏于編程的一些細(xì)節(jié)問題。細(xì)節(jié)問題。 （3）不論在哪一層次，每一模塊的具體說明、規(guī)定不要過）不論在哪一層次，每一模塊的具體說明、規(guī)定不要過分龐大，如果過分龐大，就應(yīng)該考慮進(jìn)一步細(xì)分。分龐大，如果過分龐大，就應(yīng)該考慮進(jìn)一步細(xì)分。 （4） 模塊間信息數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，與模塊中過程或算法的設(shè)計(jì)模塊間信息數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)，與模塊中過程或算法的設(shè)計(jì)同樣重要。這些數(shù)據(jù)是模塊之間的接口，必須予以仔細(xì)規(guī)定。同樣重要。這些數(shù)據(jù)是模塊之間的接口，必須

9、予以仔細(xì)規(guī)定。 “自頂向下自頂向下”設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是，比較符合人的日常思維、分，比較符合人的日常思維、分析習(xí)慣，能夠按照真實(shí)系統(tǒng)環(huán)境直接進(jìn)行設(shè)計(jì)。析習(xí)慣，能夠按照真實(shí)系統(tǒng)環(huán)境直接進(jìn)行設(shè)計(jì)。 其主要缺點(diǎn)是，其主要缺點(diǎn)是，某一級(jí)的程序?qū)?duì)整個(gè)程序產(chǎn)生影響，一處某一級(jí)的程序?qū)?duì)整個(gè)程序產(chǎn)生影響，一處修改可能牽動(dòng)全局，需要對(duì)程序全面修改；此外，這種設(shè)計(jì)法修改可能牽動(dòng)全局，需要對(duì)程序全面修改；此外，這種設(shè)計(jì)法也不便于使用現(xiàn)成軟件。也不便于使用現(xiàn)成軟件。因此自頂向下設(shè)計(jì)方法，僅適合于規(guī)模較小的任務(wù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)因此自頂向下設(shè)計(jì)方法，僅適合于規(guī)模較小的任務(wù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制中較為簡(jiǎn)單的任務(wù)。對(duì)于功能、

10、任務(wù)復(fù)雜的較大系統(tǒng)宜與控制中較為簡(jiǎn)單的任務(wù)。對(duì)于功能、任務(wù)復(fù)雜的較大系統(tǒng)宜采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法。采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法。2）自底向上模塊化設(shè)計(jì)）自底向上模塊化設(shè)計(jì) 這種方法首先對(duì)最低層模塊進(jìn)行編碼、測(cè)試和調(diào)試。這些模這種方法首先對(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。塊正常工作后就可以用它們來開發(fā)較高層的模塊。 實(shí)際工作中，最好將兩種方法結(jié)合起來，先開發(fā)高層模塊和實(shí)際工作中，最好將兩種方法結(jié)合起來，先開發(fā)高層模塊和關(guān)鍵性低層模塊，用關(guān)鍵性低層模塊，用“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”來代替以后開發(fā)的不太重要的模塊。來代替以后開發(fā)的不太重要的模塊。2. 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

11、法結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)法 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法是20世紀(jì)世紀(jì)70年代起逐漸被采用的一種新型年代起逐漸被采用的一種新型程序設(shè)計(jì)方法。采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法的目的是使程序易讀、程序設(shè)計(jì)方法。采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法的目的是使程序易讀、易查、易調(diào)試，并提高編程效率。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法綜合了易查、易調(diào)試，并提高編程效率。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)法綜合了“自頂向下自頂向下”設(shè)計(jì)法、模塊化設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)，并采用了三種基設(shè)計(jì)法、模塊化設(shè)計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)，并采用了三種基本的程序結(jié)構(gòu)編程。這三種基本結(jié)構(gòu)。即順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、本的程序結(jié)構(gòu)編程。這三種基本結(jié)構(gòu)。即順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，每一程序模塊可以是三種基本結(jié)構(gòu)之一

12、，循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，每一程序模塊可以是三種基本結(jié)構(gòu)之一，也可以是三種基本結(jié)構(gòu)的有限次組合。也可以是三種基本結(jié)構(gòu)的有限次組合。8.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件8.2.1 控制系統(tǒng)的輸入輸出軟件控制系統(tǒng)的輸入輸出軟件1. I/O接口程序接口程序：I/O接口程序是針對(duì)接口程序是針對(duì)I/O模板或模塊編寫的程序。模板或模塊編寫的程序。 2. I/O驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序：I/O驅(qū)動(dòng)程序是針對(duì)驅(qū)動(dòng)程序是針對(duì)I/O單元與主控單元之間的數(shù)單元與主控單元之間的數(shù)據(jù)交換或通信而編寫的程序，位于主控單元內(nèi)。據(jù)交換或通信而編寫的程序，位于主控單元內(nèi)。 3. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（：實(shí)時(shí)數(shù)

13、據(jù)庫（RTDB）的數(shù)據(jù)既有時(shí)間性也有時(shí)）的數(shù)據(jù)既有時(shí)間性也有時(shí)限性，所謂時(shí)間性是指某時(shí)刻的數(shù)據(jù)值，所謂時(shí)限性是指數(shù)據(jù)限性，所謂時(shí)間性是指某時(shí)刻的數(shù)據(jù)值，所謂時(shí)限性是指數(shù)據(jù)值在一定時(shí)間內(nèi)有效。值在一定時(shí)間內(nèi)有效。8.2.2 數(shù)字控制算法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制算法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)1.硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn) 利用數(shù)字電路（例如加法器、乘法器、延時(shí)電路等）實(shí)現(xiàn)利用數(shù)字電路（例如加法器、乘法器、延時(shí)電路等）實(shí)現(xiàn)D(Z)。這實(shí)際上是制作一個(gè)特殊的專用處理電路來完成特定形。這實(shí)際上是制作一個(gè)特殊的專用處理電路來完成特定形式式D(Z)的運(yùn)算，一般用于某些特定系統(tǒng)。的運(yùn)算，一般用于某些特定系統(tǒng)。 2. 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn) 軟

14、件實(shí)現(xiàn)是通過編制計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)是通過編制計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)D(Z)的方法，稱為的方法，稱為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。由計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)以及從計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。由計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)以及從D(Z)算式的復(fù)雜性和設(shè)計(jì)算式的復(fù)雜性和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的靈活性出發(fā)，采用計(jì)算機(jī)軟件的方法實(shí)現(xiàn)更具有優(yōu)控制系統(tǒng)的靈活性出發(fā)，采用計(jì)算機(jī)軟件的方法實(shí)現(xiàn)更具有優(yōu)勢(shì)。因而在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中都采用軟件實(shí)現(xiàn)方法。勢(shì)。因而在許多工業(yè)控制系統(tǒng)中都采用軟件實(shí)現(xiàn)方法。1）直接程序法）直接程序法1010111( ).( )( )1.1mimiminniniib zU Zbb zb zD zE Za za za z 由此得出數(shù)字控制器輸出量的由此得出數(shù)字控制

15、器輸出量的z變換為：變換為：01U( )( )( )(81)mniiiiiizb z E Za z U Z對(duì)上式進(jìn)行對(duì)上式進(jìn)行z反變換，在初始靜止條件下可以得到差分方程：反變換，在初始靜止條件下可以得到差分方程：01u()()()(82)mniiiikTbe kTiTau kTiT式（式（8-2）的實(shí)現(xiàn)形式如圖）的實(shí)現(xiàn)形式如圖8-3所示，該形式稱為直接程序形式，所示，該形式稱為直接程序形式，它對(duì)于脈沖傳遞函數(shù)的分子分母分別用了兩組純滯后元件。分它對(duì)于脈沖傳遞函數(shù)的分子分母分別用了兩組純滯后元件。分子用了子用了m個(gè)原件，分母用了個(gè)原件，分母用了n個(gè)元件，共用了個(gè)元件，共用了m+n個(gè)純滯后元件。個(gè)

16、純滯后元件。由式（由式（8-2）即可編制出計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算）即可編制出計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算u(kT)。2） 串聯(lián)程序法串聯(lián)程序法串聯(lián)程序法是指將數(shù)字控制器串聯(lián)程序法是指將數(shù)字控制器D(Z)分解為一階或二階脈沖傳遞分解為一階或二階脈沖傳遞函數(shù)的串聯(lián)連接。如果數(shù)字控制器函數(shù)的串聯(lián)連接。如果數(shù)字控制器D(Z)的零、極點(diǎn)為已知時(shí)，的零、極點(diǎn)為已知時(shí)，D(Z)可以寫為：可以寫為：0i1( )D (z)jiD zd式中，式中， 通?？梢员硎緸椋和ǔ？梢员硎緸椋?( )iD z11212j01121111D(z)D (z)D (z)D11jliiiii liiib zc zd zda ze zf z L那么數(shù)字

17、控制器那么數(shù)字控制器 就可以看成由就可以看成由 串聯(lián)而成，如圖串聯(lián)而成，如圖8-4所示。所示。 ( )D z12( )( )( )jD zDzDzL，為了計(jì)算為了計(jì)算 ，可以先求出可以先求出 ，然后通過迭代方法，然后通過迭代方法求出求出 ，最后求出最后求出 。 ( )u k1( )u k2( )uk( )u k【例【例8.1】 設(shè)數(shù)字控制器設(shè)數(shù)字控制器試用串聯(lián)程序法實(shí)現(xiàn)試用串聯(lián)程序法實(shí)現(xiàn)D(z)表達(dá)式，畫出串聯(lián)程序法的框圖。表達(dá)式，畫出串聯(lián)程序法的框圖。 2222.50.5( )0.10.02zzD zzz解：解：將將D(z)變?yōu)樽優(yōu)?1121122.50.5(20.5) (1)20.51(

18、)(85)0.10.02(0.1) (0.2)10.110.2zzzzzzD zzzzzzz可以寫出子脈沖傳遞函數(shù)可以寫出子脈沖傳遞函數(shù)D1(z)、D2(z)，分別為，分別為11120.5( )(86)10.1zD zz1211( )(87)10.2zD zz由式（由式（8-6）和式（）和式（8-7）可得）可得111111111( )2 ( )0.5 ( )0.1( )(88)( )( )( )0.2( )U ZE ZE Z ZU Z ZU ZU ZU Z ZU Z Z由式（由式（8-8）可得差分方程組為）可得差分方程組為1111( )2 ( )0.5 (1)0.1 ( )( )( )(1)0

19、.2 (1)u ke ke ku ku ku ku ku k由式（由式（8-5）可畫出串聯(lián)程序法的原理框圖，如圖）可畫出串聯(lián)程序法的原理框圖，如圖8-5所示。所示。3）并聯(lián)程序法）并聯(lián)程序法對(duì)于數(shù)字控制器對(duì)于數(shù)字控制器D(z)，若能寫成部分分式形式，可以將其化，若能寫成部分分式形式，可以將其化簡(jiǎn)為多個(gè)一階或二階脈沖傳遞函數(shù)相加的形式。簡(jiǎn)為多個(gè)一階或二階脈沖傳遞函數(shù)相加的形式。01( )( )jiiD zdD z 式中，式中， 通?？梢员硎緸椋和ǔ？梢员硎緸椋?111201121111( )( )( )11jliijii liiib zc zD zD zD zDda zd ze z L 那么數(shù)字

20、控制器那么數(shù)字控制器D (z)就可以看成由就可以看成由D1(z)，D2(z)，Dj (z)并聯(lián)而成，如圖并聯(lián)而成，如圖8-6所示。所示。( )iD z先求出先求出 然后通過求和的方法求出求出然后通過求和的方法求出求出 12( ),( ),u kuk L L( )u k【例【例8-2】 設(shè)數(shù)字控制器設(shè)數(shù)字控制器 2221( )56zzD zzz試用并聯(lián)程序法實(shí)現(xiàn)試用并聯(lián)程序法實(shí)現(xiàn)D(z)表達(dá)式，畫出并聯(lián)程序法的框圖。表達(dá)式，畫出并聯(lián)程序法的框圖。解：解：對(duì)對(duì)D(z)進(jìn)行因式分解，以部分分式形式表示。進(jìn)行因式分解，以部分分式形式表示。22( )2114( )1( )5623U zzzD zE zz

21、zzz 由上式可得差分方程組如下：由上式可得差分方程組如下： 12233( )( )( )(1)2(1)( )4 (1)3(1)u ke ku ke ku ku ke ku k 根據(jù)該方程組可得并聯(lián)程序法的原理框圖，如圖根據(jù)該方程組可得并聯(lián)程序法的原理框圖，如圖8-7所示。所示。8.2.3 控制系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件控制系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件1. 組態(tài)軟件的含義組態(tài)軟件的含義組態(tài)（組態(tài)（Configuration）的含義是使用軟件工具，按用戶的需）的含義是使用軟件工具，按用戶的需要對(duì)計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行組合，達(dá)到應(yīng)用的目的。組態(tài)的過程可以要對(duì)計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行組合，達(dá)到應(yīng)用的目的。組態(tài)的過程可以看作是軟件裝配的

22、過程，軟件提供了各種看作是軟件裝配的過程，軟件提供了各種“零部件零部件”供用戶選供用戶選擇，如輸入功能塊、輸出功能塊、控制功能塊、運(yùn)算功能塊、擇，如輸入功能塊、輸出功能塊、控制功能塊、運(yùn)算功能塊、子圖、動(dòng)態(tài)點(diǎn)、動(dòng)態(tài)控件、操作點(diǎn)、操作顯示窗口、通用畫面子圖、動(dòng)態(tài)點(diǎn)、動(dòng)態(tài)控件、操作點(diǎn)、操作顯示窗口、通用畫面（如總貌、組、點(diǎn)、趨勢(shì)畫面）模板和打印模板等。（如總貌、組、點(diǎn)、趨勢(shì)畫面）模板和打印模板等。 常用的工業(yè)組態(tài)軟件有美國商業(yè)組態(tài)軟件公司常用的工業(yè)組態(tài)軟件有美國商業(yè)組態(tài)軟件公司W(wǎng)onderware的的Intouch， Rock-Well公司的公司的Rsview32，德國西門子公司的，德國西門子公司

23、的WinCC等。國內(nèi)的組態(tài)軟件有北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有等。國內(nèi)的組態(tài)軟件有北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司的限公司的MCGS、北京三維力控科技有限公司的力控、北京亞、北京三維力控科技有限公司的力控、北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王以及臺(tái)灣研華的控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王以及臺(tái)灣研華的GENIE等。等。2. 開放軟件開放軟件 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的對(duì)外開放除了提供硬件接口（如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的對(duì)外開放除了提供硬件接口（如RS-232，RS-485和網(wǎng)絡(luò)）之外，還需要有對(duì)外開放的軟件接口或與其他和網(wǎng)絡(luò)）之外，還需要有對(duì)外開放的軟件接口或與其他軟件通信的接口。例如工業(yè)軟件通信的接口。例如工業(yè)PC機(jī)常

24、用的軟件接口有以下四種：機(jī)常用的軟件接口有以下四種：1）DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（dynamic data exchange，DDE）是兩個(gè)同時(shí)運(yùn)）是兩個(gè)同時(shí)運(yùn)行的程序之間建立行的程序之間建立client/server（客戶（客戶/服務(wù)器）連接關(guān)系，所服務(wù)器）連接關(guān)系，所建立的數(shù)據(jù)連接通道是雙向的，即建立的數(shù)據(jù)連接通道是雙向的，即client方既可以讀取方既可以讀取server方方的數(shù)據(jù)，也可以修改的數(shù)據(jù)，也可以修改server方的數(shù)據(jù)。一個(gè)程序可以同時(shí)是方的數(shù)據(jù)。一個(gè)程序可以同時(shí)是client方和方和server方，當(dāng)然可以只是其中一方。方，當(dāng)然可以只是其中一方。2）OLE 對(duì)象連接

25、嵌入（對(duì)象連接嵌入（object link embedding，OLE）的初始）的初始含義是一個(gè)程序引用另一個(gè)程序中的某個(gè)對(duì)象時(shí)，直接用指含義是一個(gè)程序引用另一個(gè)程序中的某個(gè)對(duì)象時(shí)，直接用指針指向該對(duì)象，而不必將被引用對(duì)象拷貝到程序中。針指向該對(duì)象，而不必將被引用對(duì)象拷貝到程序中。 OLE的含義擴(kuò)展后制定了規(guī)范的接口，并產(chǎn)生了構(gòu)件對(duì)的含義擴(kuò)展后制定了規(guī)范的接口，并產(chǎn)生了構(gòu)件對(duì)象模型（象模型（component object model，COM）、分布式構(gòu)件對(duì)）、分布式構(gòu)件對(duì)象模型（象模型（distributed COM，DCOM）和）和Active X技術(shù)，使得技術(shù)，使得程序之間交換數(shù)據(jù)有了更

26、高效的手段。程序之間交換數(shù)據(jù)有了更高效的手段。3) OPC 用于過程控制的用于過程控制的OPC（OLE for process control）是）是OLE的的擴(kuò)展，為工業(yè)控制設(shè)備硬件和應(yīng)用軟件之間提供了數(shù)據(jù)訪問和擴(kuò)展，為工業(yè)控制設(shè)備硬件和應(yīng)用軟件之間提供了數(shù)據(jù)訪問和通信接口的標(biāo)準(zhǔn)。通信接口的標(biāo)準(zhǔn)。4) ODBC 開放的數(shù)據(jù)庫連接（開放的數(shù)據(jù)庫連接（open data base connectivity，ODBC）規(guī)定了開放數(shù)據(jù)庫互連的標(biāo)準(zhǔn)，其目的是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的互規(guī)定了開放數(shù)據(jù)庫互連的標(biāo)準(zhǔn)，其目的是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的互連。支持連。支持ODBC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫都提供基于自己數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)

27、庫都提供基于自己數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（data base management system，DBMS）的）的ODBC接口程序。接口程序。這樣支持這樣支持ODBC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序通過標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序通過DBMS的的ODBC接口程序，接口程序，就可以直接訪問就可以直接訪問DBMS中的數(shù)據(jù)項(xiàng)，進(jìn)行讀寫操作。中的數(shù)據(jù)項(xiàng)，進(jìn)行讀寫操作。 數(shù)據(jù)庫支持結(jié)構(gòu)化查詢語言（數(shù)據(jù)庫支持結(jié)構(gòu)化查詢語言（structured query language，SQL），這是一種數(shù)據(jù)庫訪問語言。盡管不同數(shù)據(jù)庫的），這是一種數(shù)據(jù)庫訪問語言。盡管不同數(shù)據(jù)庫的SQL語語法不盡相同，但都支持標(biāo)準(zhǔn)版本的法不盡相同，但都支持標(biāo)準(zhǔn)版本的SQL。O

28、DBC就是建立在標(biāo)就是建立在標(biāo)準(zhǔn)版本準(zhǔn)版本SQL之上的，通過之上的，通過ODBC和和SQL就可以編寫?yīng)毩⒂谌魏尉涂梢跃帉應(yīng)毩⒂谌魏蜠BMS的數(shù)據(jù)庫訪問程序。的數(shù)據(jù)庫訪問程序。8.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)8.3.1 軟件抗干擾技術(shù)軟件抗干擾技術(shù)1. 數(shù)字濾波數(shù)字濾波 在控制系統(tǒng)的輸入輸出通道中，采用某種計(jì)算方法對(duì)通道在控制系統(tǒng)的輸入輸出通道中，采用某種計(jì)算方法對(duì)通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V除干擾噪聲，這就是數(shù)字的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V除干擾噪聲，這就是數(shù)字濾波方法。濾波方法。 數(shù)字濾波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字濾波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）因?yàn)橛贸绦驗(yàn)V波，數(shù)字濾波只

29、是一個(gè)計(jì)算過程，無需）因?yàn)橛贸绦驗(yàn)V波，數(shù)字濾波只是一個(gè)計(jì)算過程，無需硬件，且可多通道共享一個(gè)濾波器硬件，且可多通道共享一個(gè)濾波器(多通道共同調(diào)用一個(gè)濾波多通道共同調(diào)用一個(gè)濾波子程序子程序)，從而降低了成本。，從而降低了成本。（2）各回路之間不存在阻抗匹配、特性波動(dòng)、非一致性等）各回路之間不存在阻抗匹配、特性波動(dòng)、非一致性等問題。模擬濾波器在頻率很低時(shí)較難實(shí)現(xiàn)的問題，不會(huì)出現(xiàn)問題。模擬濾波器在頻率很低時(shí)較難實(shí)現(xiàn)的問題，不會(huì)出現(xiàn)在數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)過程中，故可靠性高，穩(wěn)定性好。在數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)過程中，故可靠性高，穩(wěn)定性好。（3）可以對(duì)頻率很低的信號(hào)）可以對(duì)頻率很低的信號(hào)(如如0.01Hz以下以下)

30、進(jìn)行濾波，這是進(jìn)行濾波，這是模擬濾波器做不到的。模擬濾波器做不到的。（4）只要適當(dāng)改變數(shù)字濾波程序有關(guān)參數(shù)，就能方便的改）只要適當(dāng)改變數(shù)字濾波程序有關(guān)參數(shù)，就能方便的改變?yōu)V波特性，因此數(shù)字濾波使用時(shí)方便靈活。變?yōu)V波特性，因此數(shù)字濾波使用時(shí)方便靈活。1）程序判斷濾波）程序判斷濾波方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定出兩次采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定出兩次采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差x，若相鄰兩次采樣信號(hào)的差值大于，若相鄰兩次采樣信號(hào)的差值大于x，則表明該采樣信號(hào)是，則表明該采樣信號(hào)是干擾信號(hào)，應(yīng)去掉；若小于干擾信號(hào)，應(yīng)去掉；若小于x，則該信號(hào)作為本次采樣信號(hào)。，則該信號(hào)作為本次采樣信號(hào)。A:

31、限幅濾波限幅濾波 如果前后兩次采樣的實(shí)際增量如果前后兩次采樣的實(shí)際增量 ，則認(rèn)為是，則認(rèn)為是正常的，否則認(rèn)為是干擾造成的，這種情況下用上次的采樣正常的，否則認(rèn)為是干擾造成的，這種情況下用上次的采樣代替本次采樣。即：代替本次采樣。即：1kkxxx 111,;,.kkkkkkkxxxxyxxxx 這種方法適用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物位等測(cè)量這種方法適用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物位等測(cè)量系統(tǒng)。使用時(shí)關(guān)鍵問題是最大允許誤差系統(tǒng)。使用時(shí)關(guān)鍵問題是最大允許誤差x的選取。的選取。x是相鄰兩是相鄰兩個(gè)采樣值的最大允許增量，其數(shù)值可根據(jù)個(gè)采樣值的最大允許增量，其數(shù)值可根據(jù)x的最大變化速率的最大變化

32、速率Vmax及采樣周期及采樣周期T確定，即確定，即 maxxVT B：限速濾波：限速濾波 ，若，若 ；則認(rèn)為本次采樣有效；否；則認(rèn)為本次采樣有效；否則再重新采樣一次，得則再重新采樣一次，得 ；如果；如果 ,則則 作濾波輸出；相反，就以作濾波輸出；相反，就以 和和 算術(shù)平均值作為濾波算術(shù)平均值作為濾波輸出。即：輸出。即： 1kkkxxxkxx 1kx1kkxxx 1kx1kxkx1111,;,;,.kkkkkkkkkkkxxxxxxxxyxxxxx （再次采樣） 2 這種方法抑制帶有隨機(jī)性的干擾，適用于變化比較緩慢這種方法抑制帶有隨機(jī)性的干擾，適用于變化比較緩慢的參數(shù)的參數(shù),如溫度、液位。關(guān)鍵問

33、題仍是如溫度、液位。關(guān)鍵問題仍是 的確定。的確定。 值太大，值太大，干擾會(huì)乘機(jī)而入，干擾會(huì)乘機(jī)而入， 值太小，會(huì)使某些有用信號(hào)被拒之門外，值太小，會(huì)使某些有用信號(hào)被拒之門外，使采樣效率變低。使采樣效率變低。 值往往需要經(jīng)過大量的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)才能值往往需要經(jīng)過大量的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)才能確定。確定。xxxx2）算術(shù)平均濾波）算術(shù)平均濾波 方法：算術(shù)平均濾波就是連續(xù)采樣方法：算術(shù)平均濾波就是連續(xù)采樣n次，把次，把n次采樣結(jié)果的算次采樣結(jié)果的算術(shù)平均值作為本次濾波器的輸出。即：術(shù)平均值作為本次濾波器的輸出。即：11nkkiiyxn濾波效果主要取決于采樣次數(shù)濾波效果主要取決于采樣次數(shù)n，n越大，結(jié)果越準(zhǔn)確，濾波

34、越大，結(jié)果越準(zhǔn)確，濾波效果越好，但計(jì)算時(shí)間也越長，系統(tǒng)的靈敏度要下降效果越好，但計(jì)算時(shí)間也越長，系統(tǒng)的靈敏度要下降,通常，通常，流量流量n=12；壓力壓力n=14。這種濾波方法適用于對(duì)壓力、流量等。這種濾波方法適用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對(duì)脈沖性干擾的平滑作用周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對(duì)脈沖性干擾的平滑作用不理想，不宜用于脈沖性干擾較嚴(yán)重的場(chǎng)合。因此這種方法只不理想，不宜用于脈沖性干擾較嚴(yán)重的場(chǎng)合。因此這種方法只適用于慢變信號(hào)。適用于慢變信號(hào)。 3）滑動(dòng)平均濾波）滑動(dòng)平均濾波 滑動(dòng)平均濾波法把滑動(dòng)平均濾波法把N個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長度個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)看成一個(gè)隊(duì)

35、列，隊(duì)列的長度固定為固定為N，每進(jìn)行一次新的采樣，把測(cè)量結(jié)果放入隊(duì)尾，而去，每進(jìn)行一次新的采樣，把測(cè)量結(jié)果放入隊(duì)尾，而去掉原來隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，這樣在隊(duì)列中始終有掉原來隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，這樣在隊(duì)列中始終有N個(gè)個(gè)“最新最新”的的數(shù)據(jù)，對(duì)這數(shù)據(jù)，對(duì)這n個(gè)數(shù)據(jù)求算術(shù)平均值，得到的數(shù)據(jù)也可以較有效個(gè)數(shù)據(jù)求算術(shù)平均值，得到的數(shù)據(jù)也可以較有效地減小隨機(jī)誤差。地減小隨機(jī)誤差。101Nnn iiXXN 其中其中 為第為第n次采樣經(jīng)濾波后的輸出；次采樣經(jīng)濾波后的輸出； 為未經(jīng)濾波的為未經(jīng)濾波的第次采樣值；第次采樣值；N為滑動(dòng)平均項(xiàng)數(shù)。為滑動(dòng)平均項(xiàng)數(shù)。 nXn iX 這種方法的特點(diǎn)是平滑度高，靈敏度低；對(duì)于周期性干擾

36、這種方法的特點(diǎn)是平滑度高，靈敏度低；對(duì)于周期性干擾有良好的抑制作用，但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用差。有良好的抑制作用，但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用差。4）加權(quán)平均濾波）加權(quán)平均濾波 上述各種平均濾波法中，每次采樣在平均結(jié)果中的比重是均上述各種平均濾波法中，每次采樣在平均結(jié)果中的比重是均等的，即等的，即1/N。用這樣的濾波算法，對(duì)于時(shí)變信號(hào)會(huì)引入滯后，。用這樣的濾波算法，對(duì)于時(shí)變信號(hào)會(huì)引入滯后，N越大，滯后越嚴(yán)重。為了增強(qiáng)最后一次（或某一次）在平均越大，滯后越嚴(yán)重。為了增強(qiáng)最后一次（或某一次）在平均結(jié)果中的比重，以增強(qiáng)實(shí)時(shí)性，可采用加權(quán)平均濾波結(jié)果中的比重，以增強(qiáng)實(shí)時(shí)性，可采用加權(quán)平

37、均濾波 。增加新的采樣數(shù)據(jù)在滑動(dòng)平均中的比重，以提高系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前采增加新的采樣數(shù)據(jù)在滑動(dòng)平均中的比重，以提高系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前采樣值的靈敏度，即對(duì)不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)。通常越接樣值的靈敏度，即對(duì)不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)。通常越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大，以提高系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前采樣值的靈近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大，以提高系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前采樣值的靈敏度。這種方法可以根據(jù)需要，突出信號(hào)的某一部分，抑制信敏度。這種方法可以根據(jù)需要，突出信號(hào)的某一部分，抑制信號(hào)的另一部分。號(hào)的另一部分。 具體方法是在算術(shù)平均濾波基礎(chǔ)上，對(duì)不同時(shí)刻的采樣值賦具體方法是在算術(shù)平均濾波基礎(chǔ)上，對(duì)不同時(shí)刻的采樣值賦以不同的加權(quán)因子。即：以

38、不同的加權(quán)因子。即：1nkiiiyx 其中其中 ，且，且 。 01i11nii該方法適用于系統(tǒng)純延遲時(shí)間常數(shù)較大而采樣周期較短的情況。該方法適用于系統(tǒng)純延遲時(shí)間常數(shù)較大而采樣周期較短的情況。該方法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于加權(quán)因子的選取。一般是愈新的采樣值該方法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于加權(quán)因子的選取。一般是愈新的采樣值賦以較大的比重，以迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度。賦以較大的比重，以迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度。5）中值濾波）中值濾波 方法：中值濾波是對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣方法：中值濾波是對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣n次次( ，n為奇數(shù)為奇數(shù))，取采樣值居中者作為濾波器的輸出。一般，取采樣值居中者作為濾波器的

39、輸出。一般，n取取3或或5。對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣。對(duì)某一被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣n次（一般次（一般n應(yīng)為奇數(shù)），然后將應(yīng)為奇數(shù)），然后將這些采樣值進(jìn)行排序，選取中間值為本次采樣值。這些采樣值進(jìn)行排序，選取中間值為本次采樣值。 3n 適用：濾除由于偶然因素引起采樣值波動(dòng)的脈沖干擾，對(duì)變化適用：濾除由于偶然因素引起采樣值波動(dòng)的脈沖干擾，對(duì)變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果，但不適用于快速變化的過程緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果，但不適用于快速變化的過程參數(shù)。參數(shù)。6）慣性濾波）慣性濾波 硬件硬件RC濾波器的缺點(diǎn)：難以實(shí)現(xiàn)抑制低頻干擾濾波器的缺點(diǎn)：難以實(shí)現(xiàn)抑制低頻干擾大時(shí)間常數(shù)大時(shí)間常數(shù)的的RC網(wǎng)絡(luò)不易制

40、作。因?yàn)樵龃缶W(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)不易制作。因?yàn)樵龃缶W(wǎng)絡(luò)的R值會(huì)引起信號(hào)較大幅值衰值會(huì)引起信號(hào)較大幅值衰減，而增大減，而增大C值，則使電容的漏電和等效串聯(lián)電感也隨之增大，值，則使電容的漏電和等效串聯(lián)電感也隨之增大，影響濾波效果。影響濾波效果。 方法：模擬方法：模擬RC濾波器電路如圖濾波器電路如圖8-9所示。設(shè)采樣周期為所示。設(shè)采樣周期為T,離離散化后有散化后有dyRCyxdx1kkkkyyRCyxT1kkkRCTyyxRCTRCT令濾波平滑系數(shù)：令濾波平滑系數(shù)： 顯然平滑系數(shù)小于顯然平滑系數(shù)小于1，則，則RCRCT1(1)kkkyyx此式即為慣性濾波算法，其中的此式即為慣性濾波算法，其中的根據(jù)實(shí)際情況確定

41、。根據(jù)實(shí)際情況確定。2. 冗余技術(shù)冗余技術(shù) 所謂冗余，也稱容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，就是為了保證整所謂冗余，也稱容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，就是為了保證整個(gè)系統(tǒng)在局部發(fā)生故障時(shí)能夠正常工作，而在系統(tǒng)中設(shè)置一些個(gè)系統(tǒng)在局部發(fā)生故障時(shí)能夠正常工作，而在系統(tǒng)中設(shè)置一些備份部件，一旦故障發(fā)生便啟動(dòng)備份部件投入工作，使系統(tǒng)保備份部件，一旦故障發(fā)生便啟動(dòng)備份部件投入工作，使系統(tǒng)保持正常工作。持正常工作。1）硬件冗余）硬件冗余 2）信息冗余技術(shù)）信息冗余技術(shù)3）指令冗余）指令冗余 在程序中人為地插入一些空操作指令在程序中人為地插入一些空操作指令NOP或?qū)⒂行У膯巫只驅(qū)⒂行У膯巫止?jié)指令重復(fù)書寫，此即指令冗余技術(shù)。由

42、于空操作指令為單字節(jié)指令重復(fù)書寫，此即指令冗余技術(shù)。由于空操作指令為單字節(jié)指令，且對(duì)計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)無任何影響，這樣就會(huì)使失控節(jié)指令，且對(duì)計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)無任何影響，這樣就會(huì)使失控的程序在遇到該指令后，能夠調(diào)整其的程序在遇到該指令后，能夠調(diào)整其 PC 值至正確的軌道，使值至正確的軌道，使后續(xù)的指令得以正確地執(zhí)行。后續(xù)的指令得以正確地執(zhí)行。3. 軟件陷阱技術(shù)軟件陷阱技術(shù) 指令冗余使跑飛的程序安定下來是有條件的，首先跑飛的程指令冗余使跑飛的程序安定下來是有條件的，首先跑飛的程序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。當(dāng)跑飛的程序序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。當(dāng)跑飛的程序落到非程序區(qū)落到

43、非程序區(qū)(如如EPROM中未使用的空間、程序中的數(shù)據(jù)表格中未使用的空間、程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū)區(qū))時(shí)，對(duì)此情況采取的措施就是設(shè)立軟件陷阱。時(shí)，對(duì)此情況采取的措施就是設(shè)立軟件陷阱。軟件陷阱，就是在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱，軟件陷阱，就是在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱，即通過一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個(gè)指定的地址，即通過一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果我們把這在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號(hào)稱為段程序的入口標(biāo)號(hào)稱為ERROR的話，軟件陷阱即為一條的話，軟件陷阱即為一條 J

44、MP ERROR指令。為加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加上兩條指令。為加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加上兩條NOP指令，因此真正的軟件陷阱是由指令，因此真正的軟件陷阱是由3條指令構(gòu)成：條指令構(gòu)成：NOPNOPJMP ERROR4. 程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)1）Watchdog Timer工作原理工作原理2）Watchdog Timer實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法 在在CPU正常工作時(shí)，每隔一定時(shí)間正常工作時(shí)，每隔一定時(shí)間(小于小于X5045的定時(shí)時(shí)間的定時(shí)時(shí)間)運(yùn)行一次這個(gè)訪問程序，運(yùn)行一次這個(gè)訪問程序，X5045就不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖。一旦就不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖。一旦CPU陷入死循環(huán)，不再執(zhí)行該程序也即

45、不對(duì)陷入死循環(huán)，不再執(zhí)行該程序也即不對(duì) X5045進(jìn)行訪問，進(jìn)行訪問，則則X5045就會(huì)在就會(huì)在RESET端輸出寬度端輸出寬度100ms400ms的正脈沖，足的正脈沖，足以使以使CPU復(fù)位。復(fù)位。5. 編寫軟件的其他注意事項(xiàng)編寫軟件的其他注意事項(xiàng)1）盡量采用單字節(jié)指令，以減少因干擾而程序亂飛的機(jī)率。）盡量采用單字節(jié)指令，以減少因干擾而程序亂飛的機(jī)率。2）慎用堆棧。）慎用堆棧。 3）屏蔽中斷是受）屏蔽中斷是受CPU內(nèi)部中斷允許控制寄存器控制的中斷。內(nèi)部中斷允許控制寄存器控制的中斷。不可屏蔽中斷不受不可屏蔽中斷不受CPU內(nèi)部中斷允許控制寄存器控制。系統(tǒng)受內(nèi)部中斷允許控制寄存器控制。系統(tǒng)受到干擾時(shí)，

46、很有可能使中斷允許控制寄存器失效，從而使中斷到干擾時(shí)，很有可能使中斷允許控制寄存器失效，從而使中斷關(guān)閉。因此，關(guān)閉。因此，“看門狗看門狗”發(fā)生的故障信號(hào)應(yīng)接入發(fā)生的故障信號(hào)應(yīng)接入CPU的不可屏的不可屏蔽中斷輸入端蔽中斷輸入端NMI。MCS-51單片機(jī)沒有不可屏蔽中斷控制方單片機(jī)沒有不可屏蔽中斷控制方式，式，“看門狗看門狗”電路輸出的故障信號(hào)應(yīng)接復(fù)位信號(hào)電路輸出的故障信號(hào)應(yīng)接復(fù)位信號(hào)RESET端。端。4）微機(jī)系統(tǒng)所采用的可編程）微機(jī)系統(tǒng)所采用的可編程I/O芯片，如芯片，如8255、8251等，原則等，原則上在上電啟動(dòng)后初始化一次即可。但工作模式控制字可能因噪上在上電啟動(dòng)后初始化一次即可。但工作模

47、式控制字可能因噪聲干擾等原因受到破壞，使系統(tǒng)輸入聲干擾等原因受到破壞，使系統(tǒng)輸入/輸出狀態(tài)發(fā)生混亂。因此，輸出狀態(tài)發(fā)生混亂。因此，在應(yīng)用過程中，每次用到這種接口時(shí)，都要對(duì)有關(guān)功能重新設(shè)在應(yīng)用過程中，每次用到這種接口時(shí)，都要對(duì)有關(guān)功能重新設(shè)定一次，確保接口的可靠工作。定一次，確保接口的可靠工作。8.3.2 系統(tǒng)誤差的校正系統(tǒng)誤差的校正1系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差1）恒定系統(tǒng)誤差：指在某些測(cè)量條件改變時(shí)，其絕對(duì)值和）恒定系統(tǒng)誤差：指在某些測(cè)量條件改變時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)保持不變的誤差。校驗(yàn)儀表時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表存在的固有誤差、儀符號(hào)保持不變的誤差。校驗(yàn)儀表時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表存在的固有誤差、儀表的基準(zhǔn)誤差等；表的基準(zhǔn)誤差等；2）變

48、化系統(tǒng)誤差：指在測(cè)量條件改變時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)）變化系統(tǒng)誤差：指在測(cè)量條件改變時(shí)，其絕對(duì)值和符號(hào)按照一定規(guī)律變化的誤差。儀表的零點(diǎn)和放大倍數(shù)的漂移、溫按照一定規(guī)律變化的誤差。儀表的零點(diǎn)和放大倍數(shù)的漂移、溫度變化而引入的誤差等；度變化而引入的誤差等；3）非線性系統(tǒng)誤差：使用測(cè)試儀器時(shí)，總希望得到線性的）非線性系統(tǒng)誤差：使用測(cè)試儀器時(shí)，總希望得到線性的輸入輸出關(guān)系，但實(shí)際上，很多變量與測(cè)量轉(zhuǎn)換所獲得的電信輸入輸出關(guān)系，但實(shí)際上，很多變量與測(cè)量轉(zhuǎn)換所獲得的電信號(hào)（往往因傳感器的特性是非線性的）都呈非線性關(guān)系。例如號(hào)（往往因傳感器的特性是非線性的）都呈非線性關(guān)系。例如熱電偶在測(cè)溫中產(chǎn)生的毫伏信號(hào)與溫度

49、之間為非線性關(guān)系，紙熱電偶在測(cè)溫中產(chǎn)生的毫伏信號(hào)與溫度之間為非線性關(guān)系，紙漿濃度變送器在測(cè)量中輸出的電流信號(hào)與紙漿濃度之間是非線漿濃度變送器在測(cè)量中輸出的電流信號(hào)與紙漿濃度之間是非線性關(guān)系，等等。性關(guān)系，等等。 由于傳感器、測(cè)量電路、放大器等不可避免地存在溫度漂由于傳感器、測(cè)量電路、放大器等不可避免地存在溫度漂移和時(shí)間漂移，所以會(huì)給儀器引入零位誤差和增益誤差。移和時(shí)間漂移，所以會(huì)給儀器引入零位誤差和增益誤差。 這些漂移和增益波動(dòng)誤差屬于系統(tǒng)誤差，必須先建立系統(tǒng)這些漂移和增益波動(dòng)誤差屬于系統(tǒng)誤差，必須先建立系統(tǒng)誤差模型，再根據(jù)模型通過自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)削弱該系統(tǒng)誤差。誤差模型，再根據(jù)模型通過自動(dòng)校準(zhǔn)技

50、術(shù)削弱該系統(tǒng)誤差。 2零位誤差的校正方法零位誤差的校正方法 在每一個(gè)測(cè)量周期或中斷正常的測(cè)量過程中，把輸入接地在每一個(gè)測(cè)量周期或中斷正常的測(cè)量過程中，把輸入接地(即使輸入為零即使輸入為零)，此時(shí)整個(gè)測(cè)量輸入通道的輸出即為零位輸出，此時(shí)整個(gè)測(cè)量輸入通道的輸出即為零位輸出N0(一般其值不為零一般其值不為零) ；再把輸入接基準(zhǔn)電壓；再把輸入接基準(zhǔn)電壓VR測(cè)得數(shù)據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù) NR，并將并將N0和和NR存于內(nèi)存；然后輸入接存于內(nèi)存；然后輸入接Vx ，測(cè)得，測(cè)得 Nx ，則測(cè)量結(jié)，則測(cè)量結(jié)果可用下式計(jì)算出來。果可用下式計(jì)算出來。 ()VRVN xNoxNNoR3增益誤差的自動(dòng)校正方法增益誤差的自動(dòng)校正方法

51、其基本思想是測(cè)量基準(zhǔn)參數(shù)，建立誤差校正模型，確定并存其基本思想是測(cè)量基準(zhǔn)參數(shù)，建立誤差校正模型，確定并存儲(chǔ)校正模型參數(shù)。在正式測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和校正模型求儲(chǔ)校正模型參數(shù)。在正式測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和校正模型求取校正值，從而消除誤差。取校正值，從而消除誤差。 需要校正時(shí)，先將開關(guān)接地，所測(cè)數(shù)據(jù)為需要校正時(shí)，先將開關(guān)接地，所測(cè)數(shù)據(jù)為X0，然后把開關(guān)接到，然后把開關(guān)接到VR，所測(cè)數(shù)據(jù)為，所測(cè)數(shù)據(jù)為X1，存儲(chǔ)，存儲(chǔ)X0和和X1，得到校正方程：，得到校正方程： 10YA XA1100001/()/()RRAVX XAV XX X這種校正方法測(cè)得信號(hào)與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，降這種校正方法測(cè)得信號(hào)

52、與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，降低了對(duì)電路器件的要求，達(dá)到與低了對(duì)電路器件的要求，達(dá)到與VR等同的測(cè)量精度，但增等同的測(cè)量精度，但增加了測(cè)量時(shí)間。加了測(cè)量時(shí)間。 我們要設(shè)法找到一個(gè)函數(shù)我們要設(shè)法找到一個(gè)函數(shù) ，使，使 在在 處與處與 相等，此即為插值問題。滿足這個(gè)條件的函數(shù)相等，此即為插值問題。滿足這個(gè)條件的函數(shù) 稱為的插稱為的插值函數(shù)，值函數(shù)， 稱為插值節(jié)點(diǎn)。有了稱為插值節(jié)點(diǎn)。有了 ，在以后的計(jì)算中可以，在以后的計(jì)算中可以用用 在區(qū)間在區(qū)間 上近似代替上近似代替 8.3.3 非線性處理非線性處理0011 1(,),(,),(,), , nnnxyxyxyxa b 設(shè)設(shè)有有組組離離散散點(diǎn)點(diǎn)：和

53、和未未知知函函數(shù)數(shù)，0011(), (), ()nng xyg xyg xy并并有有：( )f x( )f x(0,1)ix inL()ig x( )f xix( )f x( )f x , a b( )g x在插值法中，在插值法中， 有多種選擇方法，由于多項(xiàng)式是最容易計(jì)算有多種選擇方法，由于多項(xiàng)式是最容易計(jì)算的一類函數(shù)，一般選取的一類函數(shù)，一般選取 為為n次多項(xiàng)式，這種插值方法叫做次多項(xiàng)式，這種插值方法叫做代數(shù)插值，或多項(xiàng)式插值。代數(shù)插值，或多項(xiàng)式插值。( )f x( )f x因此，所謂代數(shù)插值，就是用一個(gè)因此，所謂代數(shù)插值，就是用一個(gè)n次多項(xiàng)式次多項(xiàng)式1110( )nnnnf xa xaxa

54、 xaL去逼近去逼近 ，使，使 在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn) 處滿足處滿足 ( )g x( )f xix()()0,1,iiif xg xyinL對(duì)于前述對(duì)于前述 組離散數(shù)據(jù)，系數(shù)組離散數(shù)據(jù)，系數(shù) 應(yīng)滿足的方程組為應(yīng)滿足的方程組為 1n 10,naa aL1111000001111 1011111110nnnnnnnnnnnnnnnna xaxa xaya xaxa xaya xaxa xayLLLL要用已知的要用已知的 去求解方程組，即可求得去求解方程組，即可求得 從而得到此即為求出插值多項(xiàng)式的最基本的方法。對(duì)于每一從而得到此即為求出插值多項(xiàng)式的最基本的方法。對(duì)于每一個(gè)信號(hào)的測(cè)量數(shù)值個(gè)信號(hào)的測(cè)量數(shù)值 就可近

55、似地實(shí)時(shí)計(jì)算出被測(cè)量就可近似地實(shí)時(shí)計(jì)算出被測(cè)量 ( ,) (0,1)iix yinL(0,1)ia inLix()()iiiyg xf x1.線性插值線性插值 從一組數(shù)據(jù)從一組數(shù)據(jù) 中選取兩個(gè)有代表性的點(diǎn)中選取兩個(gè)有代表性的點(diǎn) 和和 ，然后根據(jù)插值原理，求出插值方程然后根據(jù)插值原理，求出插值方程 ( ,)iix y00(,)xy11(,)x y1001100110( )xxxxf xyya xaxxxx上式中的待定系數(shù)：上式中的待定系數(shù)：101001010,yyaaya xxx并用插值函數(shù)并用插值函數(shù) 代替未知非線性函數(shù)代替未知非線性函數(shù) ( )f x( )g x當(dāng)當(dāng) 取在非線性特性曲線或數(shù)組的兩端點(diǎn)取在非線性特性曲線或數(shù)組的兩端點(diǎn)A，B時(shí)，線性插值的幾何意義就如圖時(shí)，線性插值的幾何意義就如圖8-13所示。所示。 0011(,) ( ,)xyx y、在上圖所示的線性插值中，當(dāng)在上圖所示的線性插值中，當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 與與 一般一般不相等，存在擬合誤差不相等，存在擬合誤差 : ,ixa b()if x()ig xiV( )( )iiiVf xg x，121inL， ，若在若在x的全部取值區(qū)間的全部取值區(qū)間 上始終有上始終有 ，則直線方程，則直線方程 就是滿足允許誤差的插值方程。用線性插值法校正系統(tǒng)誤差時(shí)，就是滿足允許誤差的插值方程。用線性插值法校正系統(tǒng)誤差時(shí)，只需將測(cè)量值只需將測(cè)