26 6.3 应用程序设计与实现技术(三).pptx

第1页：第26讲第6章应用程序设计与实现技术（三

第26讲第6章应用程序设计与实现技术（三

第2页：6.4.1 数字滤波技术6.4.2开关量

6.4.1 数字滤波技术6.4.2开关量

• 数字滤波技术
• 开关量的软件抗干扰技术
• 指令冗余技术
• 软件陷阱技术
• 软件抗干扰概述
• 软件抗干扰技术

第3页：1 测控系统软件的基本要求

1 测控系统软件的基本要求

• 易理解、易维护指软件系统容易阅读和理解，便于发现和纠正错误，易修改和补充。
• 实时性要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。
• 可测试性容易制定出测试准则，并据其对软件进行测试；先在模拟环境下运行，证明正确无误后可投入实际运行。
• 准确性算法准确、计算精确。
• 可靠性在运行参数环境发生变化以及恶劣的工业环境（如干扰严重）可靠运行。

第4页：2 软件抗干扰研究的主要内容

2 软件抗干扰研究的主要内容：(1)过程通道的软件抗干扰采取数字滤波技术；重复采集比较；重复输出(2) CPU系统抗干扰程序执行混乱、失控，如死机、动作混乱等，采取使程序纳入正规的措施，如指令冗余、软件陷阱、“看门狗”、系统重入等。

第5页：(3)数字滤波器可以根据信号的不同

(3)数字滤波器可以根据信号的不同：采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。 所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。与模拟滤波器相比，有以下几个优点:(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。(2)数字滤波可以对频率很低(如0．01HZ)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。常用的数字滤波算法：算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法

第6页：1 算术平均值法

1 算术平均值法：算术平均值法是对输入的N个采样数据xi(i=1～N)，寻找这样一个y，使y与各采样值间的偏差的平方和为最小，使由一元函数求极值原理可得

第7页：举例

举例：某压力仪表采样数据如下：1098765432123262524602427202524序号采样值采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。采用算术平均值滤波后，其采样值为：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=28干扰被平均到采样值中去了

第8页：（3）平均值滤波法一般适用于具有周期性干

（3）平均值滤波法一般适用于具有周期性干

• 扰噪声的信号，但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不理想。特点：
• N值决定了信号平滑度和灵敏度。随着N的增大，平滑度提高，灵敏度降低。应该视具体情况选择N，以便得到满意的滤波效果。
• 对每次采样值给出相同的加权系数，即1/N。在不同采样时刻采集数据受到同样重视。实际上某些场合需要增加新采样值在平均值中的比重，可采用加权平均值滤波法。滤波公式为：Y=R0Y0+ R1Y1+ R2Y2+…+RmYm。

第9页：2 中位值滤波法

2 中位值滤波法：中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次(m≥3)且是奇数，并按大小顺序排列；再取中间值作为本次采样的有效数据。特点:中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引发的干扰有良好的滤波效果。如对温度、液位等变化缓慢的被测参数采用此法会收到良好的滤波效果；对流量、速度等快速变化的参数一般不宜采用中位值滤波法中位值滤波法和平均值滤波法结合起来使用，滤波效果会更好。即在每个采样周期，先用中位值滤波法得到m个滤波值，再对这m个滤波值进行算术平均，得到可用的被测参数。也称为“中位值+平均值”滤波法。

第10页：9876

9876：其采样值为：25对1、2、3次采样中位值滤波后值：24对4、5、6次采样中位值滤波后值：27对7、8、9次采样中位值滤波后值：25

第11页：3 限幅滤波法由于大的随机干扰或采样器的

3 限幅滤波法由于大的随机干扰或采样器的：定，使得采样数据偏离实际值太远，为此采用上、下限限幅，即当y(n)≥yH时，则取y(n)=yH(上限值)；当y(n)≤yL时，则取y(n)=yL(下限值)；当yL＜y(n)＜yH时，则取y(n)。

第12页：3 限幅滤波法而且采用限速

3 限幅滤波法而且采用限速：(亦称限制变化率)，即当|y(n)-y(n-1)|≤Δy0时，则取y(n);当|y(n)-y(n-1)|＞Δy0时，则取y(n)=y(n-1)。其中Δy0为两次相邻采样值之差的可能最大变化量。Δy0值的选取，取决于采样周期T及被测参数y应有的正常变化率。因此，一定要按照实际情况来确定Δy0、yH及yL，否则，非但达不到滤波效果，反而会降低控制品质。

第13页：4 惯性滤波法RC滤波器的传递函数是其中

4 惯性滤波法RC滤波器的传递函数是其中：=RC,它的滤波效果取决于滤波时间常数Tf。因此，RC滤波器不可能对极低频率的信号进行滤波。为此，人们模仿上式做成一阶惯性滤波器亦称低通滤波器。离散化后

第14页：差分方程稍加整理得其中

差分方程稍加整理得其中：α称为滤波系数，且0＜α＜1，Ts为采样周期，Tf为滤波器时间常数。根据惯性滤波器的频率特性，若滤波系数α越大，则带宽越窄，滤波频率也越低。因此，需要根据实际情况，适当选取α值，使得被测参数既不出现明显的纹波，反应又不太迟缓。

第15页：2 开关量(数字量)信号输出抗干扰措施在

2 开关量(数字量)信号输出抗干扰措施在：上，最为有效的方法就是重复输出同一个数据。只要有可能，其重复周期尽可能短些。输出设备是电位控制型还是同步锁存型，对干扰的敏感性相差较大。前者有良好的抗“毛刺”干扰能力，后者不耐干扰，当锁存线上出现干扰时，它就会盲目锁存当前的数据，也不管此时数据是否有效。1.开关量(数字量)信号输入抗干扰措施干扰信号多呈毛刺状，作用时间短，利用这一特点，我们在采集某一开关量信号时，可多次重复采集，直到连续两次或两次以上结果完全一致方为有效。

第16页：CPU受干扰后

CPU受干扰后

措施

应多采用单字节指令，并在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重复书写，提高弹飞程序纳入正轨的机会，这便是指令冗余。

第17页：如：利用减法比较两无符号数的大小程序

如：利用减法比较两无符号数的大小程序：B中）：无指令冗余程序：CLRCSUBBA,BJCBBIG……BBIG:NOP…..有指令冗余的情况：CLRCSUBBA,BNOPNOPJCBBIG……BBIG:NOP…..指令冗余缺点：降低指令执行效率

第18页：指令冗余特点

指令冗余特点

• 降低正常程序执行的效率；
• 可以减少程序弹飞的次数，使其很快纳入程序轨道，使CPU按“操作码、操作数”方式运行，但不能保证失控期间不干坏事，更不能保证程序纳入正常轨道后太平无事。因为弹飞的程序已经偏离正常顺序，做了不该做的事。解决这个问题还要靠软件容错技术，减少或消灭程序误动作。
• 指令冗余使弹飞程序安定下来是有条件的，首先弹飞的程序要落到程序区，其次必须执行到冗余的指令。当程序弹飞到非程序区时，或弹飞的程序碰到冗余指令前已形成死循环，都会使冗余指令失去作用。

第19页：☆所谓软件陷阱

☆所谓软件陷阱

☆所谓软件陷阱：就是一条引导指令，强行将扑获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。如增加下面这些指令：RET、RETI、LCALL、LJMP、JZ/JNZ、JC/JNC、JB/JNB、JBC、CJNE、DJNZ等，强制程序转向。☆软件陷阱由三条指令构成：NOPNOPLJMPERR;ERR错误处理程序入口☆软件陷阱安排在下列四种地方：1）未使用的中断向量区2）未使用的大片ROM区3）表格区尾部4）程序区

第20页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。