微型计算机控制技术_第五章
第5章 常用的应用程序设计 本章以51台单片机为基础，主要介绍数字滤波技术、标度变换、插值算法和实时测控系统中最常用的报警程序设计理念。 程序设计的概念 使用计算机解决某些问题或完成特定功能，首先分析问题或特定功能，确定算法和步骤，然后选择相应的指令，按一定的顺序排列，构成解决问题或实现特定功能的程序。编程工作通常称为程序设计。 常用程序设计语言有汇编语言，C语言等。 5.1 软件程序设计理念 5.2 数字滤波技术 数字滤波器是通过一定的计算程序平稳处理测量信号（采样数据），提高其有用信号，消除或减少各种干扰和噪声，以确保计算机控制系统的可靠性。 信号特征及分类 从干扰信号的角度： 周期性:长期作用，幅值小 脉冲干扰：短时间作用，幅值较大 从原信号变化的角度来看 快变信号 慢变信号 主要掌握内容： ① 方法 ② 优缺点 ③ 使用场合 常用的数字滤波器 5.2.1 中值滤波 5.2.2 过滤器的程序判断 5.2.3 平均值滤波 5.2.4 滞后滤波滤波 5.2.1 中值滤波 5.2.2 过滤器的程序判断 5.2.3 平均值滤波 1.算术平均滤波 2.加权平均滤波器 3.滑动平均滤波器 2.加权平均滤波器 算术平均滤波与去极值平均滤波之间存在平滑度和灵敏度的矛盾。 采样次数过少，光滑效果差，灵敏度下降，对测量参数的变化趋势不敏感。 采样次数过少，光滑效果差，灵敏度下降，对测量参数的变化趋势不敏感。加权平均滤波器可用于协调两者之间的关系。加权平均滤波器是每个采样值的权重系数不同，以增加新采样值的权重。 3.滑动平均滤波器 特点：每计算一次有效采样值必须连续N次采样。滑动平均滤波器在每个采样周期中只采样一次，次采样值与过去几次采样值一起平均，结果为当前有效采样值。 具体方法：数据存储可以通过循环队列结构来实现。例如，只要取N个采样值需要平均滑动，RAM开放N个数据临时存储区域，每次收集一个新的数据，存储在临时存储区域的尾部，并冲走队长的数据，以便在存储器队列中始终保持N个最新数据。N个数据的算术平均值或加权平均值，包括新数据。 5.2.4 滞后滤波滤波 A、优点：??????? 对周期性干扰有很好的抑制作用?????? 适用于波动频率高的场合B、缺点：??????? 相位滞后，灵敏度低??????? 滞后取决于a值的大小??? 优点：具有中值滤波和算术平均滤波的优点。 缺点：执行时间长。 5.2.6 比较各种数字滤波性能 1．滤波效果 一般来说，对于变化缓慢的参数（如温度），可以选择程序来判断滤波一阶滞后滤波。对于变化较快的脉冲参数(如压力、流量等)，可选择算术平均和加权平均滤波法。对于要求较高的系统，可采用多种手段组合的复合滤波法。 5.2.6 比较各种数字滤波性能 2．滤波时间 在考虑滤波效果的前提下，应尽量采用执行时间较短的程序，如果计算机计算时间允许，可采用效果较好的复合滤波程序。 注：在实际应用中，采用哪种数字滤波，取决于具体情况。 若采用多种滤波方法，一般先采用中位值滤波或限幅滤波，再采用平均值滤波法。 数字滤波应用不当，不仅达不到滤波效果，还会降低控制质量。 5.3.1 线性参数的标度变化 5.4.1 线性插值算法 非线性函数关系可以通过高级语言程序进行分析清晰表达。 或者用高级语言完成离线计算，将结果存储在数据表中，通过查表完成线性化处理。 本节主要讲线性插值原理。 线性插值原理 如下图所示： 将非线性关系的曲线按一定要求分为几段，然后用直线连接相邻的分段。用直线代替相应的曲线。因此可以找到输入 x 对于的输出 y 设x在[xi，xi 在1]范围内，相应的接近类型为： 5.4.2 二次抛物线插值算法 5.4.2 二次抛物线插值算法 5.6.1 步进电机控制程序设计设计 5.6.2 直流电机控制程序设计 思考和练习 1. 常用的数字滤波方法有哪些？它们有什么优缺点？ 2. 与模拟滤波相比，数字滤波有哪些优点？ 6. 某个温度测量仪器的量程为100-900℃，利用89S52单片机和ADC0809进行AD转换。计算机在某一时刻采样，数字滤波后的数字量为0CDH，此时相应的温度值是多少？(仪器的量程是线性的)。 5.3 标度变换 为了计算、显示或打印输出，必须将数字量转换为操作人员熟悉的工程量，即带有原工程量纲的数值。这种转换称为工程量转换，也称为标准转换 5.3 标度变换 设被测参数和A/D转换后的数字