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1、3.1 测量数据预处理技术 3.2 判断程序设计 3.3 巡回检测程序设计 3.4 数字滤波程序设计 3.5 标度变换程序设计 3.6 上下限报警处理程序设计 3.7 LED数码管显示程序设计 3.8 定时程序设计 3.9 键盘控制程序设计 3.10 抗干扰技术 3.11 电机控制程序设计 3.12 步进电机控制,在计算机控制系统中，数据采集是最基本的一种模式。一般是通过传感器、变送器把生产过程的各种物理参数转换成电信号，然后经A/D通道或DI通道，把数字量送入计算机中。计算机在对这些数字量进行显示和控制之前，还必须根据需要进行相应的数据处理。数据处理离不开数值计算，而最基本的数值计算为四则运
2、算。由于控制系统中遇到的现场环境不同，采集的数据种类与数值范围不同，精度要求也不一样，各种数据的输入方法及表示方法也各不相同。因此，为了满足不同系统的需要，设计出了许多有效的数据处理技术方法，如预处理，数字滤波，标度变换，查表和越限报警等。,3.1 测量数据预处理技术, 对测量数据的予处理是计算机控制系统数据处理的基础，这包括数字调零技术、系统校准技术以及输入、输出数据的极性与字长的予处理技术。,3.1.1 系统误差的自动校准,在控制系统的测量输入通道中，一般均存在放大器等器件的零点偏移和漂移，会造成放大电路的增益误差及器件参数的不稳定等现象，它们都会影响测量数据的准确性，这些误差都属于系统误
3、差。它的特点是在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的，产生误差的原因一般也是知道的。因此，系统误差是可以通过适当的技术方法来确定并加以校正的，一般采用软件程序进行处理，即可对这些系统误差进行自动校准。,1.数字调零零点偏移是造成系统误差的主要原因之一，因此零点的自动调整在实际应用中最多，常把这种用软件程序进行零点调整的方法称为数字调零。,图3-1 数字调零电路,数字调零电路如图3-1所示。在测量输入通道中，CPU分时巡回采集1路校准电路与n路传感变送器送来的电压信号。首先是第0 路的校准信号即接地信号，理论上电压为零的信号，经放大电路、A/D转换电路进入CPU的数值应当为零，而实际上由于零
4、点偏移产生了一个不等于零的数值，这个值就是零点偏移值N0；然后依次采集1、2、 n路，每次采集到的数字量N1、N2、 Nn值就是实际值与零点偏移值N0之和。计算机要进行的数字调零就是做一次减法运算，使（Ni- N0）的差值成为本次测量的实际值。很显然，采用这种方法，可去掉放大电路、A/D转换电路本身的偏移及随时间与温度而发生的各种漂移的影响，从而大大降低对这些电路器件的偏移值的要求，降低硬件成本。,2系统校准上述数字调零不能校正由传感器本身引入的误差。为了克服这种缺点，可采用系统校准处理技术。系统校准的原理与数字调零差不多，只是把测量电路扩展到包括现场的传感器，而且不是在每次采集数据时都进行校
5、准，而是在需要时人工接入标准参数进行校准测量，把测得的数据存储起来，供以后实际测量使用。一般自动校准系统只测一个标准输入信号VR，零点漂移的补偿仍由数字调零来完成。 数字调零后测得标准输入信号VR的数据为NR，而测得实际被测输设数字调零后测得标准输入信号VR的数据为NR，而测得实际被测输入信号V时的数据为N，则可按如下校准式来计算V。,（3-1）,系统校准特别适于传感器特性随时间会发生变化的场合。如电容式湿度传感器，其输入输出特性会随着时间而发生变化，一般一年以上变化会大于精度容许值，这时可每隔一段时间（例如3个月或6个月），用其它精确方法测出这时的湿度值，然后把它作为校准值输入测量系统。在实
6、际测量湿度时，计算机将自动用该输入值来校准以后的测量值。,3.1.2 数据极性的预处理,控制系统中处理的信号很多是双极性的，如温度,压力、位置、角度信号等。这就要求在实施控制时，不仅要考虑信号的幅度，还要考虑到信号的极性。为此，在对A/D转换后的数据和D/A转换前的数据进行处理前，必须根据数据的极性先进行预处理，才能保证得到正确的结果。系统中有的输入信号是单极性的，而输出信号则要求是双极性的，如流量、压力等控制回路；有的则是要求输入和输出信号都是双极性的，如位置、角度等控制回路。下面就这两种情况分别加以讨论。,1输入、输出信号同为双极性在输入、输出都是双极性信号的控制系统中，程序处理的输入和输
7、出数据不仅反映信号幅度的大小，,也反映信号的极性。假设信号的变化范围为-5V+5V，信号经A/D转换得到的数字量为00HFFH 数字量的最高位D7表示信号的极性。当D70时，表示输入信号为负极性，即数字量00H7FH表示-5V0V的模拟信号；当D71时，表示输入信号为正极性，即数字量7FHFFH表示0V+5V的模拟信号。在由双极性信号组成的闭环定值控制系统中，设给定信号为R，采样输入信号为Z，则偏差值E = R - Z。因为R 和 Z 的值对应的是双极性信号，所以偏差值E 也是双极性信号，因此在参加运算前也必须进行预处理才能保证最终结果的正确。,预处理的规则：如果偏差值的绝对值大于80H（此为
8、无符号数），则偏差信号取最大值，即信号极性为,负时取00H，信号极性为正时取FFH。否则，将运算结果直接作为偏差信号。,2输入、输出信号分为单双极性在控制系统中，有时会出现输入信号和给定信号是单极性的，即数字量00HFFH对应同极性的信号，如0+5V；而输出信号则要求是双极性的，即数字量00HFFH对应的是双极性的，如-5V5V。这类系统的数据预处理与双极性的输入输出系统的方法相同，由于系统的输入是单极性的，因此不必判断极性，只需根据偏差值的大小和符号判断即可。系统的数据预处理程序流程图如图3-2所示。,图3-2 输入单极性输出双极性的数据预处理程序流程图,3.1.3 数据字长的预处理在计算机
9、控制系统中经常会出现数据字长不一致的情况。如有的系统采用12位A/D转换器采样数据，而输出采用8位D/A转换器；有的系统使用8位A/D转换器进行采样，而为了提高计算的精度，采用双字节运算程序计算。为了满足不同的精度要求，数据在进行数字滤波、标度变换和控制运算后必须对数字量的位数加以处理。,1. 输入位数大于输出位数当输入器件的分辨率高于输出器件时，如采用10位A/D转换器采样，而CPU把处理后的10位二进制数通过8位D/A转换器输出，就会出现输入位数大于输出位数的情况。,对输入位数大于输出位数的处理方法就是忽略高位数的最低几位。如：10位A/D转换器的输入值为0011111010，此值经处理后
10、送入8位D/A转换器的值就变为00111110。这在计算机中通过向右移位的方法是很容易实现的。由于10位A/D转换器的采样分辨率要比8位A/D转换器高的多，因此，虽然舍去了最低的两位数会产生一定的误差，但这一误差仍比采用8位输入8位输出系统的误差小。,2输入位数小于输出位数 当输入器件的分辨率比输出器件低时，如采用8位A/D转换器采样，而通过10位D/A转换器进行输出，就会出现输入位数小于输出位数的情况,输入位数小于输出位数的最好处理方法是：将8位数左移两位构成10位数，10位数的最低两位用“0”填充。如； 转换前的8位输入值为：； 转换后的10位输出值为：00。这种处理方法的优点在于构成的1
11、0位数接近10位A/D转换器的满刻度值，其误差在10位数字量的3个步长电压之内。,3.2 判断程序设计 判断程序就是分支执行程序。程序在执行时，首先判定给定的条件是否满足，根据判定的结果（真或假）再执行相应的操作。 例如：在转速控制系统中，电机的恒速运转一般是通过控制输入电压来实现的，首先检测出电机的实际转速，再比较电机的实际转速和给定转速，如果电机的转速低于给定转速，就需要增加输入电压；如果电机的转速高于给定转速，就需要降低输入电压。上述功能的执行过程如图3-2所示。,图3-2 判断程序框图,MCS-51系列的程序状态字（PSW）是一个用于存储程序运行状态信息的8位寄存器，其位定义如表3-1
12、所示。其中有些位状态是根据程序运算结果由硬件自动设置；而有些位状态则是通过软件设定的。PSW的位状态可通过指令读出，以实现程序的转移。,返回本节,3.2.1 算术判断程序,1. 两个8位无符号数比较 2. 两个16位无符号数比较 3. 两个8位有符号数的比较,两个8位无符号数比较,图3-2 8位无符号数的比较流程框图,CLR CY ；进位标志清零 MOV A,M ；AMSUBB A,N ；求MNJZ EQU ；累加器A=0，则M=N，转EQUJC LESS ；CY=1，有借位，则MN处理程序 ；无借位，则MN，执行BIG处理程序 EQU: M=N处理程序 LESS: MN 理程序 EUQ: M
13、=N 处理程序 LESS: M0，N0, 即两数均为正数。 （2）M0，N0, 即M为负数，N为正数。 （4）M0，NN LESS: MN处理程序 EUQ: M=N处理程序 ,返回本节,3.2.2 逻辑判断程序,逻辑判断程序的设计步骤： （1）读入数据（开关状态或阀门的位置）； （2）屏蔽不需要的状态位； （3）与所要求的状态比较； （4）判断比较结果，选择程序入口。,例3-1 图3-5中A、B、C、D表示4个开关，当四个开关均闭合时，顺序执行相应的程序，否则，继续检测。 逻辑判断程序流程框图如图3-6所示。,图3-5 开关位置检测图,图3-6 开关状态检测流程图,逻辑判断程序清单：, CHE
14、CK: MOV A,P1 ；读入开关状态 ANL A,#55H ；屏蔽无用位XRL A,#00H ；判断A、B、C、D是否全部闭合JNZ CHECK ；A、B、C、D没全部闭合，继续检测 ；否则顺序执行相应程序 ,返回本节,3.2.3 标志判断程序,标志判断的设计思想是：根据某一设定的标志单元（或标志位）的状态，决定程序的执行方向。电机旋转方向控制程序流程图如图3-7所示。,图3-7 电机旋转方向控制程序流程图,电机旋转方向控制程序清单：,FLAG BIT 00H ；设定00H为电机旋转方向控制位 JB FLAG RIGHT ；FLAG=1，转RIGHT LEFT: ；FLAG=0，顺时针旋转控制程序 RIGHT: ；逆时针旋转控制程序,返回本节,3.3 巡回检测程序设计,3.3.1 概述 3.3.2 巡回检测举例,返回本章首页,3.3.1 概述,
