網(wǎng)絡(luò)課件電子講稿規(guī)范(ppt、word、html)-西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院

1、1,第8章 微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 應(yīng)用程序就是面對(duì)控制系統(tǒng)本身的程序，它是根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，由用戶(hù)自己設(shè)計(jì)的。由于許多控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，所以目前主要采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。本章主要介紹四方面的內(nèi)容：應(yīng)用程序設(shè)計(jì)原則與方法，常用程序舉例，微機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和軟件抗干擾技術(shù)。,2,8.1 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)原則與方法  一、應(yīng)用程序軟件設(shè)計(jì)的一般目標(biāo) 1. 可靠性

2、 軟件可靠性意味著該軟件在測(cè)試運(yùn)行過(guò)程中避免可能發(fā)生故障的能力，且一旦發(fā)生故障后，具有解脫和排除故障的能力。軟件可靠性和硬件可靠性本質(zhì)的區(qū)別在于，后者為物理機(jī)理的病變和衰老所致，而前者是由于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的錯(cuò)誤所致。 2．可修改性 要求以科學(xué)的方法設(shè)計(jì)軟件，使之有良好的結(jié)構(gòu)化和完備的文檔。用該軟件所形成的系統(tǒng)性易于調(diào)整。 3．可理解性 軟件的可理解性是其可靠性和可修改性的前提。它要求軟件本身具有簡(jiǎn)

3、潔明了的結(jié)構(gòu)。這在很大程度上取決于設(shè)計(jì)者的洞察力和創(chuàng)造性，以及對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象掌握的透徹程度，當(dāng)然它還依賴(lài)于設(shè)計(jì)工具和方法的適當(dāng)運(yùn)用。,3,4．可測(cè)試性 可測(cè)試性就是設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)集合，用來(lái)測(cè)試所建立的系統(tǒng)，并保證系統(tǒng)得到全面的檢驗(yàn)。 5. 效率性 軟件的效率一般用程序的執(zhí)行時(shí)間和所占用的內(nèi)存容量來(lái)度量。 二、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法主要有結(jié)構(gòu)化編程和功能模塊編程兩種，

4、這兩種構(gòu)思的結(jié)合就可以得出更佳的程序結(jié)構(gòu)。 （一）、功能模塊編程1. 優(yōu)點(diǎn) 實(shí)際的應(yīng)用程序一般都由一個(gè)主程序(包括若干個(gè)功能模塊)和多個(gè)子程序構(gòu)成。每一個(gè)功能程序模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)具體的某個(gè)功能。采用這種模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，有下述優(yōu)點(diǎn)：,4,（1）單個(gè)模塊結(jié)構(gòu)的程序功能單一，因而易于縮寫(xiě)、調(diào)試和修改； （2）便于分工，可由多個(gè)程序員同時(shí)進(jìn)行編寫(xiě)、調(diào)試，加快軟件研制進(jìn)度； （3）程序可讀性好．便于功能擴(kuò)充和

5、版本升級(jí)； （4）程序的修改可局部進(jìn)行．而其它部分則可以相對(duì)保持不變； （5）使用頻繁的子程序可以匯編成子程序庫(kù)，以便于多個(gè)模塊調(diào)用。 2.程序模塊的劃分 模塊化程序設(shè)計(jì)是接自上而下的過(guò)程進(jìn)行的，主模塊即為總模塊，然后是多層次的子模塊。在進(jìn)行模塊劃分時(shí)，應(yīng)弄清楚每個(gè)模塊所需完成的功能、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及與其它模塊之間的關(guān)系等。模塊說(shuō)明應(yīng)包括實(shí)現(xiàn)模塊功能所用的基本算法，模塊入口參數(shù)、出口參散．模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及調(diào)用予程序等。,5,

6、3.劃分模塊的原則 模塊的劃分有很大的靈活性，應(yīng)遵循下述原則： (1) 每個(gè)模塊應(yīng)具有獨(dú)立的功能，能產(chǎn)生一個(gè)明確的結(jié)果，這就是單模塊功能的高內(nèi)聚性； (2) 模塊之間的控制耦合應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，模塊之間的數(shù)據(jù)耦合應(yīng)盡量少，這就是模塊間的低耦合性?？刂岂詈鲜侵改K進(jìn)入和退出的條件及方式，而數(shù)據(jù)耦合則是指模塊間的信息交換方式、交換信息量的多少及信息交換的頻繁程度。 (3) 模塊長(zhǎng)度適中，模塊語(yǔ)句的長(zhǎng)度通常在20～100條的范圍內(nèi)較

7、合適。（二）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是指程序的設(shè)計(jì)、編寫(xiě)和調(diào)試都采用一種規(guī)定的組織形式進(jìn)行，任何程序都可以由三種基本結(jié)構(gòu)程序構(gòu)成：,6,1.    順序結(jié)構(gòu)． 2.    條件結(jié)構(gòu)(即分支結(jié)構(gòu)) 3.    循環(huán)結(jié)構(gòu) 每個(gè)結(jié)構(gòu)只有一個(gè)入口和一個(gè)出口．三種結(jié)構(gòu)程序的任意組臺(tái)和嵌套就

8、構(gòu)成結(jié)構(gòu)化的程序。 子程序和宏指令不能作為一種基本結(jié)構(gòu)，但在應(yīng)用系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)中，通常把一些常用的功能編寫(xiě)成子程序或宏指令，構(gòu)成一個(gè)或幾個(gè)子程序庫(kù)，以便于其它功能模塊的隨時(shí)調(diào)用。,7,8．2判斷程序設(shè)計(jì) 在用微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和過(guò)程控制的系統(tǒng)中，通常需要對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)或狀態(tài)進(jìn)行分析，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的大小及狀態(tài)進(jìn)行判斷，以決定下一步程序運(yùn)行的方向。這些操作和過(guò)程都需要判斷程序來(lái)處理，判斷程序設(shè)計(jì)的基本思想是：

9、 1.   讀人數(shù)據(jù)或邏輯狀態(tài)； 2.   進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算； 3. 根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果狀態(tài)進(jìn)行判斷，并轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序入口地址。 在這種程序設(shè)計(jì)中，經(jīng)常用到的單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算指令有ADD、ADDC、SUBB、CJNE等．常用到的邏輯運(yùn)算指令有ANL、ORL以及XRL等。為了對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行判斷，一般的微機(jī)都設(shè)有狀態(tài)標(biāo)志寄存器，以便根據(jù)運(yùn)算后的狀態(tài)標(biāo)志寄存器的內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)移。,8,如M

10、CS-51系列單片機(jī)有一組標(biāo)志位，設(shè)置在程序狀態(tài)字(PSW)寄存器中，各個(gè)標(biāo)志位反映了單片機(jī)在處理數(shù)據(jù)或傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的某些特性，具體含義是： PSW.7 CY 數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)的進(jìn)位標(biāo)志 PSW.6 AC 輔助進(jìn)行標(biāo)志，用于十進(jìn)制運(yùn)算的調(diào)整 PSW.5 F0 可由用戶(hù)設(shè)定的軟標(biāo)志 ， PSW.4 RS1 用于寄存器區(qū)的選擇 PSW.3 RS0 用于寄存器區(qū)的選擇 PSW.2 OV 運(yùn)算結(jié)果

11、溢出標(biāo)志 PSW.1 一 不用 PSW.0 P 8位累加器的奇偶校驗(yàn)標(biāo)志，即1的個(gè)數(shù) 上面講的幾種標(biāo)志(CY、AC、OV、P)都是在運(yùn)算處理時(shí)由CPU自動(dòng)產(chǎn)生的，其有個(gè)別標(biāo)志位可以用軟件干預(yù)。 判斷程序是使用最廣泛的程序，包括算術(shù)判斷程序、邏輯判斷程序和標(biāo)志位判斷程序等三種。,9,一、算術(shù)判斷程序 算術(shù)判斷程序就是根據(jù)算術(shù)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行判斷．它常常用于報(bào)警系統(tǒng)、稱(chēng)重、計(jì)數(shù)系統(tǒng)、控

12、制系統(tǒng)以及中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)程序等等。如有M和N兩個(gè)數(shù)．在進(jìn)行算術(shù)比較后．會(huì)出現(xiàn)下列三種情況：MN。它們可以根據(jù)PSW寄存器中的AC、CY、OV等標(biāo)志位進(jìn)行判斷，其程序結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。,圖 8.1 算術(shù)判斷程序框圖,10,算術(shù)判斷程序清單： ARITH--CP；MOV A，#M ；取第一個(gè)需比較的數(shù)送A MOV R0，#N ；取第=個(gè)數(shù)送R0

13、 COMP： CLR C SUBB A，R0 ；比較兩個(gè)數(shù)據(jù) JZ MEQUN ；M與N相等，跳轉(zhuǎn)到M=N的處理 JNC MBIGN ；M大于N，跳轉(zhuǎn)M>N的處理

14、MLESSN： …… ；MN的處理 MEQUN： …… ；M=N的處理 二、邏輯判斷程序 在過(guò)程控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要根據(jù)一些邏輯關(guān)系決定控制過(guò)程。邏輯關(guān)系式基本邏輯函數(shù)有三種，即與、或、非。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，可以從這三種基本邏輯函數(shù)出發(fā)，去模擬任何函數(shù)和模擬數(shù)字電路。,11,模擬邏輯函數(shù)的程序設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)步驟； 1.

15、60;   從微機(jī)輸入端口讀入數(shù)據(jù)(開(kāi)關(guān)狀態(tài))； 2.    送屏蔽字，保留的位為1，其余的位則為0； 3.    與所要求的狀態(tài)進(jìn)行比較； 4.    判斷比較結(jié)果，進(jìn)而決定控制程序的走向。 例：模擬邏輯函數(shù)注：假設(shè)A、B、C由P1口輸入，其中A：P1.2、B：P1.3、C：P

16、1.7， 程序清單如下：LOGIC： MOV A，P1 ；讀入狀態(tài)字送累加器 MOV R0，A ；暫存狀態(tài)宇 ANL A，#0CH ；送屏蔽字0000 XX00B XRL A，#0CH ；檢查AB=1l? JZ OUTF ；AB=11時(shí)，轉(zhuǎn)輸出,12,MOV A，R0 ；進(jìn)狀態(tài)字 ANL A，#84H ；送屏

17、蔽字X000 0X00 XRL A，#80H ；檢查 =01? JNZ LOGIC ； ≠01，返回 OUTF：…… ；AB=11或 =01時(shí)，則輸出函數(shù)值 使用位處理指令，上述程序可改寫(xiě)，流程圖如下：,圖 8.2模擬邏輯函數(shù)程序框圖,13,START： MOV A，P1 ；讀入狀態(tài)字送累加器 JB A

18、CC.2 AA ；A=1時(shí)轉(zhuǎn)移 JB ACC.7 OUTF ；C=1輸出函數(shù)值 AJMP START ； AA： JB ACC.3 OUTF ；B=1輸出函數(shù)值 AJMP START OUTF：…… ；輸出函數(shù)值 三、標(biāo)志判斷程序 標(biāo)志判斷的基本設(shè)

19、計(jì)思想是根據(jù)某一標(biāo)志單元（或標(biāo)志位）的狀態(tài)進(jìn)行判斷，以決定下一步程序的前進(jìn)方向。如在馬達(dá)和步進(jìn)電機(jī)控制程序中，經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)題就是馬達(dá)和步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。為此可以設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位(F0)，根據(jù)標(biāo)志位(F0)的狀態(tài)來(lái)決定馬達(dá)和步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，其程序控制框圖如圖所示。,14,圖8.3 馬達(dá)方向標(biāo)志判斷程序,15,步進(jìn)電機(jī)方向判斷程序清單DIREC： MOV A，F(xiàn)0 ；狀態(tài)標(biāo)志位送A

20、 JZ PROTE ；狀態(tài)標(biāo)志為0轉(zhuǎn)FROTE： …… ；狀態(tài)標(biāo)志為l時(shí)，執(zhí)行反轉(zhuǎn)程序PROTE： …… ；狀態(tài)標(biāo)志為0時(shí)，執(zhí)行正轉(zhuǎn)程序 標(biāo)志判斷程序的設(shè)計(jì)是很簡(jiǎn)單的，主要采用比較、位檢測(cè)或邏輯判斷指令，然后根據(jù)所測(cè)得的標(biāo)志狀態(tài)進(jìn)行判斷和轉(zhuǎn)移，其設(shè)計(jì)方法與算術(shù)判斷程序和邏輯判斷程序非常相似。 算術(shù)判斷程序、邏輯判斷程序以及

21、標(biāo)志判斷程序的共同特點(diǎn)是首先經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算(算術(shù)或邏輯運(yùn)算)，然后根據(jù)標(biāo)志狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而決定程序的前進(jìn)方向。,16,8.3 巡回檢測(cè)程序 所謂巡回檢測(cè)就是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)以一定的周期進(jìn)行循環(huán)檢查和測(cè)量，檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)微機(jī)處理后進(jìn)行顯示、打印和報(bào)警，以供操作人員審查或提醒操作人員的注意。 巡回檢測(cè)程序主要包括以下幾個(gè)部分： (1) 采樣周期T的確定； (2) 采樣開(kāi)關(guān)

22、通道號(hào)的控制； (3) A／D轉(zhuǎn)換； (4) 數(shù)據(jù)處理。 巡回檢測(cè)系統(tǒng)原理圖，如圖所示。,17,圖8.4 巡回檢測(cè)系統(tǒng)原理圖,18,在巡回檢測(cè)程序中，為了充分發(fā)揮單片機(jī)的效率和檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)性，一般多采用中斷方式，程序框圖如圖所示， 8個(gè)模擬通道的采樣結(jié)果依次放在片內(nèi)RAM的30H～37H單元中。 ORG 2000H MAIN：MOV DPTR，#0F7F8H ；指向

23、A／D啟動(dòng)地址和lN0首地址 MOV R0，#30H ；存數(shù)據(jù)首地址 MOV R2，#08H ；8路計(jì)數(shù)初值 SETB ITl ；選脈沖觸發(fā)方式 SETB EXl ；外部中斷I

24、 SETB EA ；開(kāi)中斷START：MOVX @DPTR，A ；啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換 HE：SJMP HE ；等待中斷 DJNZ R2，START ；巡回完?否，繼續(xù)DONE： ……

25、 ；執(zhí)行其它過(guò)程,19,中斷服務(wù)程序清單 ORG 0013H INTl： MOVX A，@DPTR ；讀取數(shù)據(jù)至A MOVX @R0，A ；取數(shù)據(jù)至RAM單元 INC R0 ；數(shù)據(jù)地址指針加1 INC DPTR

26、 ；通道號(hào)加1 RETI ；中斷返回,20,8.4 數(shù)字濾波程序 一、數(shù)字濾波 所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)程序計(jì)算或判斷來(lái)減少干擾在有用信號(hào)中的比重，故實(shí)際上它是一種程序?yàn)V波。 二、優(yōu)點(diǎn) 數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

27、 1. 數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好； 2. 數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低(如0.0l Hz)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷； 3. 模擬濾波器通常是每個(gè)通道都有，而數(shù)字濾波器則可多個(gè)通道共用，從而降低成本； 4. 數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。,21,三、數(shù)字濾波的

28、幾種方法及程序舉例 （一）算術(shù)平均濾波程序 算術(shù)平均法是按輸入一次采樣N個(gè)數(shù)據(jù)xi（i=1，2，…，n），算式為： 算術(shù)平均值法適用于一般的具有隨機(jī)干擾的信號(hào)濾波，并特別適合于信號(hào)本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動(dòng)的情況．如流量、液面等信號(hào)的測(cè)量。算術(shù)平均值法對(duì)信號(hào)的平滑濾波程序完全取決于N。當(dāng)N較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度低，外界信號(hào)的變化對(duì)測(cè)量計(jì)算結(jié)果的影響小，當(dāng)N較小時(shí)，平滑度較低但靈敏度高

29、，因此應(yīng)按具體情況選取N，如對(duì)流量的測(cè)量，可取N=8～16；對(duì)壓力的測(cè)量，可取N=4等。,22,算術(shù)平均值法編程時(shí)只需注意兩點(diǎn)：一是xi的輸入方法。二是選取適當(dāng)?shù)膞、y的數(shù)據(jù)格式，即x、y是定點(diǎn)數(shù)還是浮點(diǎn)效。采用浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算比較方便，但計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)；采用定點(diǎn)數(shù)可加快計(jì)算速度，但是必須考慮累加時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生溢出。,23,（二）滑動(dòng)平均值濾波程序 滑動(dòng)平均值法采用隊(duì)列作為測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，隊(duì)列的隊(duì)長(zhǎng)固定為N，每進(jìn)行一次新的測(cè)量，把

30、測(cè)得的結(jié)果放入隊(duì)尾而扔掉原來(lái)隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，這樣在趴列中始終有N個(gè)“最新”的數(shù)據(jù)。計(jì)算平均值時(shí)，只要把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，就可得到新的算術(shù)平均值。這樣每進(jìn)行一次測(cè)量，就可計(jì)算得到一個(gè)新的算術(shù)平均值。 （三）中值濾波程序 對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣N次（一般N為奇數(shù)），然后將其由大到小或由小到大排隊(duì)，取中間值作為本次采樣值。 （四）加權(quán)平均值濾波程序 上面介紹的這兩種平均值方法，

31、都是采用算術(shù)平均的方法，在這種方法中，對(duì)于N次內(nèi)的所有采樣值，在其結(jié)果中的比重是相等的。但有時(shí)為了提高L濾波效果，各采樣值取不同的比例，后再相加，此種方法即為加權(quán)平均法。,24,一個(gè)N項(xiàng)加權(quán)平均式為： 式中口C0、C1、…、Cn-1均為常數(shù)項(xiàng)，應(yīng)滿(mǎn)足下列關(guān)系: 式中C0、C1、…、Cn-1為各次采樣值的系數(shù)，可根據(jù)具體情況決定，一般采樣次數(shù)愈靠后，取的比例愈大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例。其目的是增加信號(hào)

32、的某一部分，抑制信號(hào)的另一部分。算法流程圖如圖所示。,25,圖8.6 加權(quán)平均值濾波流程圖,26,（五）程序判斷濾波程序 當(dāng)采樣信號(hào)由于隨機(jī)干擾、誤檢測(cè)或者轉(zhuǎn)換器不穩(wěn)定而引起嚴(yán)重失真時(shí)，可采用程序判斷濾波。程序判斷濾波的方法，是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出兩次采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差值，若超過(guò)此偏差值，則表明本次輸入信號(hào)是干擾信號(hào)，應(yīng)該去掉，如小于偏差值則表明本次采樣信號(hào)有效，可作為本次采樣值。 程序判斷

33、濾波根據(jù)濾波方法不同，可分限幅濾波和限速濾波兩種。   1.    限幅濾渡 限幅濾波就是把兩次相鄰的采樣值進(jìn)行相減，求出其增量(以絕對(duì)值表示)，然后與兩次采樣允許的最大差值 (由被控對(duì)象的實(shí)際情況決定)進(jìn)行比較，如果小于或等于 ，則取本次采樣值；如果大于 ，則仍取上次采樣值作為本次采樣值，即：,27,，則xi=xi ，取本次采樣值

34、 ，則xi=xi-1 ，取上次采樣值式中xi——第n次采樣值；xi-1 ——第n-1次采樣值； ——兩次采樣值所允許的最大偏差，其大小取決于采樣周期T及x值的變化動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 為了加快程序的判斷速度，將經(jīng)驗(yàn)限額值取反(即加1后取補(bǔ))后以立即數(shù)的形式編入程序中，然后用加法運(yùn)算來(lái)取代比較(減法)運(yùn)算。例如，相鄰兩次采樣值最大變化范圍不超過(guò)#04

35、H，取反后即為#0FBH。當(dāng)變化量為#05H時(shí)，與經(jīng)驗(yàn)限額值的反碼0FBH相加后即產(chǎn)生進(jìn)位，從而為判斷指令提供了判斷標(biāo)志位。其程序流程如圖所示。設(shè)當(dāng)前有效采樣值放在31H單元。上次采樣有效值存放在30H單元。最大允許偏差以反碼立即數(shù)方式編入程序中。,28,圖 8.7 限幅濾波程序框圖,29,程序清單如下: FILTl： MOV 30H，31H ；采樣系列迭代 ACALL LOAD ；采

36、樣新值 MOV 31H， A ；暫存新值 CLR C SUBB A，30H ；求與上次采樣值偏差 JNC FILT11 CPL A INC AFILTll：ADD A，#0FBH ；超限否?

37、 JNC FILTl2 ；不超限，本次有效 MOV 31H，30H ；超限，以上次為準(zhǔn) FILTl2：RET,30,2.    限速濾波程序設(shè)順序采樣時(shí)刻t1、t2、t3所采集的參數(shù)分別為x1、x2、x3，當(dāng) ，則將x2輸入計(jì)算機(jī)；

38、 ，則將x2不采用，但仍保留，再繼續(xù)采樣一次， 得x3； ，則將x3輸入計(jì)算機(jī)； ，則將(x2+x3)／2輸入計(jì)算機(jī)。 這是一種折中的方法，既照顧了采樣的實(shí)時(shí)性，又照顧了不采樣時(shí)的連續(xù)性。程序判斷濾波程序可用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、液位等。,31,（

39、六）數(shù)字濾波 仿造模擬系統(tǒng)RC低通濾波器的方法，用數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)低通濾波。（七）復(fù)合濾波 為了進(jìn)一步提高濾波效果，可以把兩種或兩種以上不同濾波功能的數(shù)字濾波器組合起來(lái)，組成復(fù)合數(shù)字濾波器或多級(jí)濾波器。例如，算術(shù)平均值濾波只能對(duì)周期性的脈動(dòng)采樣值進(jìn)行平滑加工，中值濾波能消除隨機(jī)的脈沖干擾，二者組合起來(lái)形成防脈沖干擾平均值濾波。具體方法：可采取先對(duì)平均值法的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較．并按大小順序排隊(duì)后；

40、除掉其中最大值和最小值，然后計(jì)算余下的N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值．這種方法既可濾去脈沖干擾，又可濾除小的隨機(jī)干擾。 在實(shí)際應(yīng)用中，N可取任何值，但為了加快數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理速度，一般N不能太大，通常N取值為，這時(shí)即為四取二再取平均值法。它具有計(jì)算方便、速度快、需存儲(chǔ)容量小等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。,32,程序清單如下： DAVG： CLR A MOV R2，A

41、 ；最大值初態(tài) MOV R3，A MOV R6，A ；累加和初態(tài) MOV R7，A MOV R4，#3FH ；最小值初態(tài) MOV R5，#0FFH

42、 MOV R0，#04H ；N=4 DAV1： LCALL RDVD ；A/D輸入值送寄存器B，A中 MOV R1，A ；保存輸入值低位 ； ADD A，R7 ；累加輸入值 MOV R7，A

43、 MOV A，B ADDC A，R6 MOV R6，A,33,CLR C ；輸入值與最大值作比較 MOV A，R3 SUBB A，R1 MOV A，R2

44、 SUBB A，B JNC DAV2 ；輸入值小于最大值 MOV A，R1 ；輸入值大于最大值 MOV R3，A MOV R2，BDAV2：CLR C ；輸入值與最小值作比較 MOV A，R1

45、 SUBB A，R5 MOV A，B SUBB A，R4 JNC DAV3,34,MOV A，R1 ；輸入值小于最小值 MOV R5，A MOV R4，B DAV3：DJNZ R0，DAV1

46、 CLR C MOV A，R7 ；累加和中減去最小值 SUBB A，R3 XCH A，R6 SUBB A，R2 XCH A，R6 SUBB A，R5 XCH

47、 A，R6 SUBB A，R4,35,CLR C ；除以2 RRC A XCH A，R6 RRC A MOV R7，A ；R6R7中為平均值 RET說(shuō)明：該程序調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)輸入子程序RDAD．該程序輸入一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并送到寄存器B和累加器A中，輸入數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)為小

48、于或等于14位的二進(jìn)制數(shù)。程序運(yùn)算過(guò)程中，用R0作為計(jì)數(shù)器，R2R3存放最大值，R4R5存放最小值，R6R7存放累加值和最后的結(jié)果。四、幾種濾波方法的比較 隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字濾波方法將越來(lái)越完善，每種濾波程序都有其各自的特點(diǎn)，可根據(jù)具體的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行合理的選用。在具體選用濾波方法時(shí)，需從以下幾個(gè)方面加以考慮。,36,1．濾波效果 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于變化比較緩慢的參數(shù)(如溫度)，可選用程序判斷濾波以及一階滯后濾

49、波方法比較好；而對(duì)于變化比較快的脈沖參數(shù)(如壓力、流量等)，則可選用算術(shù)平均和加權(quán)平均濾波方法，而且加權(quán)平均濾波比算術(shù)平均濾波的效果更好；對(duì)于要求比較高的系統(tǒng)可選用復(fù)合濾波方法。 另一方面，在算術(shù)平均濾波和加權(quán)平均濾波方法中，其濾波效果與所選擇的采樣次數(shù)N有關(guān)，N越大，則效果越好，但此時(shí)花費(fèi)的時(shí)間也越長(zhǎng)。 2. 濾波時(shí)間 在考慮濾波效果的前提下．應(yīng)盡量采用執(zhí)行時(shí)聞比較短的程序。如果微機(jī)的時(shí)間允許，則可采用效果較好的復(fù)

50、合濾波程序。 需要說(shuō)明的是，數(shù)字濾波固然是消除微機(jī)控制系統(tǒng)干擾的好方法．但一定要注意．并不是在任何一個(gè)系統(tǒng)中都需要進(jìn)行數(shù)字濾波。有時(shí)采用數(shù)字濾波反而適得其反，造成不良影響。,37,8．5標(biāo)度變換和漂移誤差的自校準(zhǔn) 一、標(biāo)度變換 微機(jī)控制系統(tǒng)在讀入被測(cè)模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，往往還要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工程值。這是因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的各種數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)變進(jìn)器轉(zhuǎn)換成A／D所能接收的信號(hào)0～5 v，又由A/D轉(zhuǎn)換

51、成00H～FFH(8位)的數(shù)字量。這些數(shù)字量并不一定等于原來(lái)帶有量綱的參數(shù)值，它僅僅對(duì)應(yīng)于參數(shù)值的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換就是標(biāo)度變換。二、 方法 標(biāo)度變換有各種類(lèi)型，它取決于被測(cè)參數(shù)的傳感器的類(lèi)型，應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求來(lái)選用適當(dāng)?shù)臉?biāo)度變換方法。,38,（一）線(xiàn)性?xún)x表標(biāo)度變換程序 這種標(biāo)度變換的前提是參數(shù)值與A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果之間為線(xiàn)性關(guān)系，這是最常用的變換方法。它的變

52、換公式如下：式中：Y表示參數(shù)測(cè)量值； ， Ymax表示參數(shù)量程最大值； Ymin表示參數(shù)量程最小值； Nmax表示Ymax對(duì)應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換后的輸入值； Nmin表示Ymin對(duì)應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換后的輸入值 X表示測(cè)量值Y對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值。,39,例：一個(gè)數(shù)字電阻表中，量程為1～1000 ，轉(zhuǎn)換輸出為0～1876，若現(xiàn)在已知某一電阻經(jīng)測(cè)量后輸出數(shù)字量為640 ，問(wèn)測(cè)量值實(shí)為多少？解：已知當(dāng)Ym

53、in=1 時(shí)，Nmin=0，當(dāng) Ymax=1000 ，Nmax=1876，X=640，則 =341.8 一般在編程序時(shí)，Ymin、Nmin、Ymax、Nmax都是已知的，因而可把上式變換成如下形式： Y=SCl×X+SCO 式中：SCl 、SCO為一次多項(xiàng)式的兩個(gè)系數(shù)，SC0取決于

54、零點(diǎn)值，SC1為擴(kuò)大因子。使用上式進(jìn)行標(biāo)度變換時(shí)，只需進(jìn)行一次乘法和一次加法。在編寫(xiě)程序前，應(yīng)根據(jù)Ymin、Nmin、Ymax、Nmax先算出托SC1和SCO，然后編寫(xiě)按X計(jì)算Y的程序。,40,（二）非線(xiàn)性?xún)x表標(biāo)度變換1.公式轉(zhuǎn)換法 有些傳感器測(cè)出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線(xiàn)性關(guān)系，它們有著由傳感器和測(cè)量方法決定的函數(shù)關(guān)系，并且這些函數(shù)關(guān)系可以用解析式來(lái)表示，這時(shí)可以直接接解析式來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)度變換。2．多項(xiàng)式變換 許

55、多傳感器測(cè)出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)為非線(xiàn)性關(guān)系，而且它們的函數(shù)關(guān)系無(wú)法用一個(gè)解析式來(lái)表示，或者該解析式難以直接計(jì)算,這時(shí)可采用多項(xiàng)式來(lái)進(jìn)行非線(xiàn)性標(biāo)度變換。 進(jìn)行非線(xiàn)性標(biāo)度變按時(shí)，應(yīng)先決定多項(xiàng)式的次數(shù)N，然后選取N+1個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)出過(guò)時(shí)實(shí)際的參數(shù)值Yi與傳感器的輸出值(經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后)Xi(i=O～N)，再用插值多項(xiàng)式求出各個(gè)參數(shù)，最后使用多項(xiàng)式計(jì)算程序來(lái)完成實(shí)際的標(biāo)度變換。 使用插值多項(xiàng)式，可對(duì)多種傳感器的傳輸特性進(jìn)行補(bǔ)償，

56、從而大大降低了對(duì)傳感器的要求．這樣就可使用廉價(jià)的非線(xiàn)性傳感器來(lái)代替昂貴的線(xiàn)性傳感器。,41,三、數(shù)字調(diào)零和誤差自動(dòng)校準(zhǔn) （一） 數(shù)字調(diào)零 在微機(jī)控制系統(tǒng)的測(cè)量輸入電路中，一般均存在零點(diǎn)偏差和漂移、放大電路的增益誤差及器件參數(shù)的不穩(wěn)定等現(xiàn)象，它們會(huì)影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因而必須對(duì)這些偏差進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。其中零點(diǎn)偏差校準(zhǔn)在實(shí)際中應(yīng)用最多，且常用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，稱(chēng)為數(shù)字調(diào)零。 （二）自動(dòng)校準(zhǔn) 除了數(shù)字調(diào)零外，還可采用

57、零點(diǎn)偏差和增益誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)。自動(dòng)校準(zhǔn)的基本思想是在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后或每隔一定時(shí)間自動(dòng)測(cè)量基準(zhǔn)參數(shù)，如數(shù)字電壓表中的基準(zhǔn)參數(shù)為基準(zhǔn)電壓和零電壓，然后計(jì)算誤差模型，獲得并存儲(chǔ)誤差補(bǔ)償因子。在正式測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和誤差補(bǔ)償因子，計(jì)算校準(zhǔn)方程，從而消除誤差。 （三）自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)的常用方法 l.全自動(dòng)校準(zhǔn) 全自動(dòng)校準(zhǔn)由系統(tǒng)自動(dòng)完成，不需人的介入，其電路結(jié)構(gòu)如圖所示。,42,圖8.8 全自動(dòng)校準(zhǔn)電路框圖,該電路的輸入部分加有一個(gè)多路

58、開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)在剛加電時(shí)或每隔一定時(shí)間，自動(dòng)進(jìn)行一次校準(zhǔn)。這時(shí)，先把開(kāi)關(guān)接地，測(cè)出這時(shí)的輸入值X0，然后把開(kāi)關(guān)接VR，測(cè)出輸入值X1，并存放X1、X0。在正式測(cè)量時(shí)，如測(cè)出的輸入值為X，則這時(shí)的V可用下式計(jì)算得到；,,43,2.人工自動(dòng)校準(zhǔn) 全自動(dòng)校準(zhǔn)只適于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號(hào)的場(chǎng)合，并且它不能校正由傳感器引入的誤差。為了克服這些缺點(diǎn)，可采用人工自動(dòng)校準(zhǔn)。 一般人工自動(dòng)校準(zhǔn)只測(cè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)YR，零信號(hào)的補(bǔ)償由數(shù)字調(diào)零來(lái)完成

59、。設(shè)數(shù)字調(diào)零后測(cè)出的數(shù)據(jù)分別為XR(接標(biāo)準(zhǔn)輸入YR時(shí))和X(接被測(cè)輸入Y時(shí))，則可按下式來(lái)計(jì)算Y： 人工自動(dòng)校準(zhǔn)特別適合于傳感器特性隨時(shí)間發(fā)生變化的場(chǎng)合。,44,8.6上下限報(bào)警處理程序 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)，可以通過(guò)指示燈或數(shù)碼顯示來(lái)指示，以供操作人員參考。但對(duì)于某些緊急狀態(tài)，為了使操作人員不致忽視，以便及時(shí)采取措施，往往還需要能引人注意的報(bào)警信號(hào)。 這種報(bào)警信號(hào)，通常

60、有三種類(lèi)型： 一、閃光報(bào)警：因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意； 二、鳴音報(bào)警：發(fā)出特定的鳴音，易于引起和加強(qiáng)警覺(jué)； 三、語(yǔ)音報(bào)警：不僅能起到報(bào)警作用，還能報(bào)警種類(lèi)的信息。 閃光報(bào)警只不過(guò)是指示燈顯示軟件功能的擴(kuò)展，只要在指示燈的控制程序中加入定時(shí)程序(用軟件或硬件實(shí)現(xiàn)均可)，然后按一定的間隔交替點(diǎn)亮與熄滅指示燈即可。下面我們介紹兩種鳴音報(bào)警方法。,45,1.單頻音報(bào)警接口 實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單。

61、其發(fā)音元件通常采用壓電式蜂鳴器，這種蜂鳴器只需在其兩引線(xiàn)上加3～1 5 V的直流電壓，就能產(chǎn)生3kHz左右的蜂鳴振蕩音響。比電動(dòng)式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電少，且更適合于在單片機(jī)系統(tǒng)中使用。,圖8.9 使用7406作驅(qū)動(dòng)的單頻音報(bào)警電路,46,壓電式蜂鳴器約需IO mA的驅(qū)動(dòng)電流。因此，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)，如圖8.10所示。兩個(gè)接口電路的程序可以通用。,圖8.10 使用740

62、6作驅(qū)動(dòng)的單頻音報(bào)警電路,47,下面是一個(gè)控制其連續(xù)鳴音30 ms的控制子程序的程序清單： SND： SETB P1.0 ；Pl 0輸出高電平，啟動(dòng)鳴音 MOV R7，#1EH ；延時(shí)30 ms DL： M0V R6，#0F9H DLl： DJNZ R6，DLl ；小循環(huán)延時(shí)l ms DJNZ R7，DL CLR

63、P1 0 ；Pl.0輸出低電平，停止鳴音 RET2.音樂(lè)聲報(bào)警接口 單頻音報(bào)管電路，簡(jiǎn)單實(shí)用，已能滿(mǎn)足音響報(bào)警的一般需要。不足之處在于音調(diào)單一，而且采用壓電鳴音元件，音量也較小，且不可調(diào)整。音樂(lè)聲報(bào)警電路，與單片機(jī)系統(tǒng)連接，也很方便易行，而且報(bào)警的音響又優(yōu)美動(dòng)聽(tīng)。該接口電路由兩部分組成：一部分是“樂(lè)曲發(fā)生器”電路，使用普通的集成電子音樂(lè)芯片組成；另一部分是“放大電路”，也可采用集成放大器

64、組成。,48,8.7 LED數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)  發(fā)光二極管顯示器，通常用來(lái)顯示數(shù)字和狀態(tài)。發(fā)光二極管根據(jù)制造材料的不同，可發(fā)出紅、黃、蘭、紫等各種單色光，發(fā)光二極管可以有多種形式，而應(yīng)用最多的是七段發(fā)光二極管顯示器。一、LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) LED數(shù)碼管由七段發(fā)光線(xiàn)段組成。每條線(xiàn)段可以是一個(gè)(或幾個(gè))發(fā)光二極管。其結(jié)構(gòu)如圖所示。,49,圖8.11 共陰極數(shù)碼管引腳定義圖,50,在圖中，

65、只要使不同段的發(fā)光二極管發(fā)光，即可改變所顯示的數(shù)字和字母。例如，a、b、g、e、d各段的二板管發(fā)光，即可顯示“2”，使圖中的a、f、g、e、d五個(gè)發(fā)光二極管亮則可顯示英文大寫(xiě)字母“E”。LED七段數(shù)碼管根據(jù)其內(nèi)部LED的連接方法不同，有共陰極和共陽(yáng)極兩種接法，如圖8.12所示。 在共陰極接法中，當(dāng)某一段發(fā)光二極管輸入為高電平時(shí)，該發(fā)光二極管亮，反之，則熄滅。而在共陽(yáng)極接法中，剛好與共陰極接法相反。 由于

66、發(fā)光二極管通常需幾個(gè)～幾十個(gè)毫安的驅(qū)動(dòng)電流才能發(fā)光，因此，每個(gè)顯示器必須用一個(gè)七位的驅(qū)動(dòng)器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)電路也可以用集成電路驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)出帶譯碼器的驅(qū)動(dòng)器，如74LS47、74LS48等。此外，由于要顯示的數(shù)字為BCD碼，而七段數(shù)碼管的顯示模型為七段代碼，所以在顯示之前，必須把BCD碼轉(zhuǎn)換成七段代碼。,51,(a) 共陰極 (b)共陽(yáng)極圖8.12 LED數(shù)碼管的兩種接法,52,二、LED顯示器與顯示方式

67、 在單片機(jī)系統(tǒng)中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。N位LED顯示器有N根位選線(xiàn)和N*8根段選線(xiàn)。根據(jù)顯示方式的不同，位選線(xiàn)與段選線(xiàn)的接法不同。段選線(xiàn)控制字符選擇，位選線(xiàn)控制顯示位的亮、暗。 LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 （一）LED靜態(tài)顯示方式 LED顯示器工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極或共陽(yáng)極連接在一起接地或+5V；每位的段選線(xiàn)(a—dp)與一個(gè)8位并行口相連。如

68、圖8.13所示，該圖表示了一個(gè)四位靜態(tài)LED顯示器電路。該電路每一位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選線(xiàn)上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個(gè)8位輸出口控制段選碼，故在同一時(shí)間里每一位顯示的字符可以各不相同。,53,N位靜態(tài)顯示器要求有N*8根I／0口線(xiàn)，占用I／0資源較多。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。,圖8.13 四位靜態(tài)LED顯示器電路,54,（二）LED動(dòng)態(tài)顯示方式 在多位LED顯示時(shí)，

69、為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I／O口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由相應(yīng)的I/O口線(xiàn)控制。,圖8.14 八位動(dòng)態(tài)LED顯示器電路,55,如圖所示，一個(gè)8位LED動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)8位I/O口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個(gè)I/O控制，因此，在每個(gè)瞬間，八位LED只可能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方式，即在每一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。在此

70、瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)段選碼，位選控制I/O在該顯示位送入選通電平(共陰極送低電平、共陽(yáng)極送高電平)以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺(jué)暫留效果。不斷循環(huán)送出相應(yīng)的段選碼、位選碼，就可以獲得視覺(jué)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。三、LED顯示器接口（一）靜態(tài)LED顯示接口電路 多位靜態(tài)LED顯示接口電路如圖所示，該電路中可直接顯示多位16進(jìn)制數(shù)，若要顯示帶小數(shù)點(diǎn)的十進(jìn)制