WX05微型计算机控制技术第五章

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1、第5章常用应用程序设计本章以51单片机为基础，主要介绍结构化汇编语言的监控程序设计思想和实时测控系统中最常用的数字滤波技术、标度变换、插值算法以及报警程序设计等。程序与程序设计的概念使用计算机求解某些问题或完成某一特定功能，就要先对问题或特定功能进行分析，确定形成的算法和步骤，然后选择相应的指令，按一定顺序排列起来，这样就构成了求解某一问题或实现特定功能的程序。通常把这一编制程序的工作称为程序设计。常用程序设计语言有汇编语言、C语言等。5.1软件程序设计思想程序设计的基本概念程序=算法+数据结构+程序设计方法+语言工具和环境算法是灵魂，数据结构是加工对象，语言是工具，编程需要采用

2、合适的方法。程序设计的基本步骤：(1)分析问题。弄清问题要求，对问题有正确理解。(2)算法设计。针对问题设计一个能完成相应功能的算法，尽可能速度快，占有计算机存储量小。(3)程序结构设计。模块化方法、自顶向下逐步求精的方法进行设计。(4)编写源程序。(5)建立可运行的目标程序。(6)程序的调试与修改。(7)编制程序的说明文件。5.2数字滤波技术数字滤波就是通过一定的计算程序，对测量信号(采样数据)进行平滑加工，提高其有用信号，消除或减少各种干扰和噪音，以保证计算机控制系统的可靠性。数字滤波器与模拟滤波器相比优点如下：(1)无需增加任何硬件设备，在程序进入数据处理和控制算法之前，附

3、加一段数字滤波程序即可。(2)由于数字滤波器不需要增加硬件设备，各回路间不存在阻抗匹配问题，所以系统可靠性高。(3)数字滤波器可多通道共享，从而降低了成本，而对于模拟滤波器，通常是各通道专用的。(4)可以对频率很低的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。(5)可根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波器的参数，使用灵活、方便。主要掌握内容：①方法②优缺点③使用场合常用数字滤波器5.2.1中值滤波5.2.2程序判断滤波5.2.3平均值滤波5.2.4一阶滞后滤波5.2.1中值滤波中值滤波的设计思想对某一参数连续采样N次(一般N取奇数，多数情况下N=3)，然后把N

4、次采样值从小到大(或从大到小)排队，取中间值作为本次采样值。中值滤波的特点这种方法对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉冲干扰比较有效。若变量变化比较缓慢，则采用中值滤波效果比较好，但对快速变化的参数，则不宜采用。5.2.2程序判断滤波程序判断滤波的设计思想根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差Δy。若信号采样值与上次采样值的偏差超过此偏差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉；若小于此偏差值，则可将该信号作为本次采样值。程序判断滤波的分类程序判断滤波根据滤波方法的不同，可分为限幅滤波和限速滤波两种。限幅滤波限幅滤波是把两次相邻的采样

5、值相减，求出增量(以绝对值表示)，然后与两次采样允许的最大差值Δy(由被控对象的实际情况决定)进行比较。若小于或等于Δy，则表明没有受到干扰，取本次采样值作为系统采样值；若大于Δy，则表明输入信号受到干扰，用上次采样值作为本次采样值，即：

6、y(k)–y(k–1)

7、≤Δy，则取y(k)为本次采样值；

8、y(k)–y(k–1)

9、>Δy，则取y(k-1)为本次采样值。y(k)为第k次采样值；y(k-1)为第(k-1)次采样值；Δy为相邻两次采样值所允许的最大偏差。限幅滤波的用途和使用注意事项：限幅滤波主要用于变化比较缓慢的参数，如温度。使用时，关键问题是最大允许误差Δy的选取，Δy太大，

10、各种干扰信号将“乘机而入”，使系统误差增大；Δy太小，又会使某些有用信号被“拒之门外”，使计算机采样效率变低。因此，门限值Δy的选取是非常重要的。限速滤波方法是：当

11、y(2)–y(1)

12、>Δy时，不像限幅滤波那样，用y(1)作为本次采样值，而是再采样一次，取得y(3)，然后根据

13、y(3)–y(2)

14、与Δy的大小关系来决定本次采样值。其具体判别式如下：设顺序采集的参数分别是y(1)，y(2)，y(3)，那么当

15、y(2)–y(1)

16、≤Δy时，则取y(2)；当

17、y(2)–y(1)

18、>Δy时，则不采用y(2)，继续采样取得y(3)；当

19、y(3)–y(2)

20、≤Δy时，则取y(3)；当

21、y(

22、3)–y(2)

23、>Δy时，则取

24、y(3)+y(2)

25、/2。限速滤波的用途和使用注意事项：限速滤波是一种折衷的方法，既照顾了采样的实时性，又顾及了采样值变化的连续性。但这种方法也有明显的缺点：第一，Δy的确定不够灵活，必须根据现场的情况不断更换新值；第二，不能反映采样点数N>3时各采样数值受干扰的情况。因此，它的应用受到一定的限制。在实际使用中，可用[

26、y(1)–y(2)

27、+

28、y(2)–y(3)

29、]/2取代Δy，这样也基本保持限速滤波的特性，虽增加运算，但灵活性有所提高。5.2.3