第6章 应用程序设计与实现技术 计算机控制技术 课件 ppt

程序清晰
易读性强
调试、修改方便
任何程序都可以由三种基本结构程序构成——顺序 结构、条件结构和循环结构。每个结构只有一个入口和 一个出口，三种结构程序的任意组合和嵌套就构成了结 构化的程序。
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第六章应用程序设计与实现技术
A B 顺序结构
EXP
A
EXP
➢控制耦合：指模块进入和退出的条件及方式， ➢数据耦合：指模块间的信息交换方式、交换信息量的 多少及信息交换的频繁程度。
模块长度适中，模块语句的长度通常在20~100条 的范围较合适。
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第六章应用程序设计与实现技术
模块化程序设计的优点 单个模块结构的程序功能单一，因而易于编写、 调试和修改。 便于分工，可由多个程序设计人员同时进行编写、 调试，可加快软件研制进度。 使用频繁的子程序可以汇编成子程序库，以便于 多个模块调用。 程序的修改可局部进行，而其它部分则可以相对 保持不变。 程序可读性好，便于功能扩充和版本升级。
计算机控制系统应用工程中，还需考虑以下几个问 题：人机对话程序、输入信号的预处理、故障检测与报警、 系统运行状态的显示及记录、数制及代码转换程序等。
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第六章应用程序设计与实现技术
6.1.2 高级语言与汇编语言混合编程
1、汇编语言编程
汇编语言编写的程序，比用高级语言编写的程序执行 速度快，要求硬件资源少，常用来编写时钟管理、中断管 理、和I/O程序,实时功能强。
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第六章应用程序设计与实现技术
基于智能仪表的监控系统。智能仪表是集遥测、遥控、 遥信于一体的多功能监控装置，由软件算法和硬件电 路组成，具有完备的通信联网功能，能通过网络传输 数据。这类系统一般由监控主机、CPU模块、I/O模块、 智能仪表、带电执行机构、MODBUS网络等组成。
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引言
第六章应用程序设计与实现技术
一、计算机应用系统中的软件 软件是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分，
它是包括程序、数据及其相关文档的完整集合。 ➢ 程序是按事先设计的功能和性能要求执行的指令序 列； ➢ 数据是使程序能正常操纵信息的数据结构； ➢ 文档是与程序开发，维护和使用有关的图文材料。
上的各元素关联起来；
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第六章应用程序设计与实现技术
报表输出：各类报表的生成和打印输出； 数据存储：存储历史数据并支持历史数据的查询 系统保护：自诊断、掉电处理、备用通道切换和为提
高系统可靠性和维护性所采取的措施； 通信功能：各控制单元间、操作站间、子系统间的数
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第六章应用程序设计与实现技术
实时控制程序的基本流程：
以单通道为例，由两部分组成： 1、初始化程序：用于设置控制参数、采样周期及I/O控制 方式。 2、控制服务程序（control service routine）：指在一个控 制步中需要完成的操作。基本操作为数据采集与输入、控 制算法、控制量的输出与存储。
B
A
EXP
A
选择结构 IF-THEN-ELSE
循环结构 DO-WHILE
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第六章应用程序设计与实现技术
应用程序的质量指标：
1、时间指标：主要关心执行控制服务程序所 需的时间，直接关系到计算时延，影响系统的 性能。
2、空间指标：指程序所占的容量，与之有关 的因素有所确定的运算程序、所选数字信号的 数制、所选择程序实现语言（汇编语言编程比 高级语言占的容量小）。
这种方法是汇编语言设计中常用的方法或 是用于解决较小的问题。两种方法各有优缺点， 实际工作中，将两种方法结合使用。
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第六章应用程序设计与实现技术
2、结构化程序设计
结构化设计是一种程序设计技术，采用自顶向下逐步 求精的设计方法和单入口单出口的控制结构。它是从整个 程序的结构出发，突出了程序模块的一种设计方法，它利 用程序结构图表达程序模块之间的关系。
人机接口是否良好，有丰富的画面和报表形式，较多的 操作指导信息。另外操作要方便、灵活。
系统的可扩展性能如何，即是否能不断地满足用户的新 要求和一些特殊的需求。
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第六章应用程序设计与实现技术
六、程序设计步骤
问题定义：明确计算机要完成那些任务、执行什么程序、决 定输入输出的形式，与接口硬件电路的连接配合及出错处理 方法。 程序设计：利用程序对任务进行描述，使用的方法有模块程 序设计法和结构化程序设计法； 编码：选用一种适当的高级语言(或汇编语言)书写程序； 调试：利用各种测试方法检查程序的正确性； 改进和再设计：根据调试中的问题队员设计作修改，并对程 序进行改进设计和补充。
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第六章应用程序设计与实现技术
支持软件辅助软件开发人员进行软件开发工作使 用的各种工具软件，借以完成软件开发工作，提 高软件生产效率，改善软件产品的质量等，它主 要包括软件开发工具、软件评测工具、界面工具、 转换工具、软件管理工具、语言处理程序、数据 库管理系统、网络支持软件以及其他支持软件。
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第六章应用程序设计与实现技术
6.1 程序设计技术
6.1.1 模块化与结构化程序设计 6.1.2 高级语言与汇编语言混合编程 6.1.3 工业控制组态软件
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第六章应用程序设计与实现技术
2、高级语言编程
高级语言用来编写计算、图形绘制、显示、打印程序， 运算功能强。
在控制系统的应用程序编程中，常采用高级语言与汇 编语言混合编程，混合编程的具体实现细节取决于所采用 的集成编译环境。
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第六章应用程序设计与实现技术
6.1.3 工业控制组态软件
第六章应用程序设计与实现技术
三、最基本的计算机控制系统应用软件
1、直接（控制）程序 参与系统的实际控制过程，完成各类信号的采集、处
理和各类控制信号的输出任Leabharlann Baidu。 2、规范服务性程序
如报表打印输出、报警输出、算法运行、各种画面显 示等。 3、辅助程序
接口驱动程序、检验程序、设备自诊断程序等。
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第六章应用程序设计与实现技术
应用软件是软件公司或用户为解决某类应用问题 而专门研制的软件。主要包括科学和工程计算机 软件、文字处理软件、数据处理软件、图形软件、 图象处理软件、应用数据库软件、事务管理软件、 辅助类软件、控制类软件等。
计算机控制系统软件属于应用软件，它主要 实现企业对生产过程的实时控制和管理以及企业 整体生产的管理控制。
第六章应用程序设计与实现技术
四、计算机控制系统软件功能 实时数据采集：采集现场控制设备的数据，过程
控制参数； 控制策略：为控制系统提供可供选择的控制策略
方案； 闭环输出：在软件支持下进行闭环控制输出，以
达到优化控制的目的； 报警监视：处理数据报警及系统报警； 画面显示：使来自设备的数据与计算机图形画面
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第六章应用程序设计与实现技术
主模块
模块A
模块B
模块C
模块E
模块B
模块D
模块F
模块G
模块D
模块M
相同的子模块可以出现在不同的层次上。如图中模 块B和模块C。
每个模块应有模块说明，它包括实现模块功能所用 的基本算法，模块入口参数与出口参数，模块的数 据结构及调用子程序等。
第六章应用程序设计与实现技术
1、组态软件的基本概念
组态软件是监控系统的指挥中心，是监控系统发展的 产物。经历了下面五种发展形式：
集中式监控系统。以单板机为控制装置，与上位机通过 串行口相连，所有模块集中在若干个机柜中。
基于模拟仪表的监控系统。这类系统以“集散式控制系 统DCS”为理论基础，采用成熟的模拟仪表，以“传感器、 变送器、控制器和执行机构”为系统模型构成。一个变 送器或执行机构用一对传输线来单向传送一个4~20mA或 1~5V模拟信号。控制器可以是工控机、PLC、直接现场 控制器和其他A/D采集设备。
计算机控制技术
Computer Controlled System
中南大学信息科学与工程学院 袁艳
2021年4月26日
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第六章应用程序设计与实现技术
第六章 应用程序设计与实现技术
6.1 程序设计技术 6.2 数据结构及其应用技术（自学） 6.3 测量数据预处理技术 6.4 数字控制器的工程实现（自学） 6.5 系统的有限字长数值问题 6.6 软件抗干扰技术
据通信功能； 数据共享：具有与第三方程序的接口，方便数据共享。
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第六章应用程序设计与实现技术
五、衡量一个控制系统软件性能优劣的主要指标
系统功能是否完善，能否提供足够多的控制算法（包括 若干种高级控制算法）。
系统内各种功能能否完善地协调运行，如进行实时采样 和控制输出的同时，又能同时显示画面，打印管理报表 和进行数据通信操作。
代替未编码的底层模块； ② 对底层模块进行程序设计； ③ 对最后形成的整个程序进行测试。 此法适合于用高级语言来设计程序。
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(3) 自底向上设计方法 首先对最低层模块进行编码、测试和调试；
在这些模块正常工作的基础上，就可以用它们 来开发较高层的模块。
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第六章应用程序设计与实现技术
二、计算机控制系统中软件的发展 1、小规模的、解决单一问题的应用程序。 2、用于满足工业过程计算机控制系统不同控制规模 的商品化软件。 3、规范化、系统化的软件工程程序设计方法。
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第六章应用程序设计与实现技术
(2) 自顶向下设计的方法
程序设计者在开始设计时就有全局观点，对欲开发的软 件有全面的了解；然后由顶层起逐层向下分解，直至所有 的模块都达到便于管理的目的为止。
设计的大概步骤： ① 设计高层管理程序并进行测试，用“结点”
6.1.1 模块化与结构化程序设计
设计过程：通过对软件的需求分析，要明确 需要软件解决什么问题；而设计的作用，就是 使开发出来的软件能够适用并真正解决问题。 设计的两大过程： 总体设计：决定软件的总体结构； 详细设计：决定软件中每一模块内部的逻辑过 程。
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第六章应用程序设计与实现技术
1、模块化程序设计
(1) 概念：按适当的原则把一个复杂的软件划分 为若干个相关而又相对独立的模块，每个模块 执行单一的功能，并且具有单入口单出口结构。
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第六章应用程序设计与实现技术
软件划分模块时的原则 每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的 结果，即模块的高内聚性； 模块之间的控制耦合应尽量简单，数据耦合应尽 量少，即模块间的低耦合性；
传统的控制系统设计方法：
硬件设计：芯片选择 电路设计
系统组装
调试 ……
模块制作
软件设计：手工编程，工作量大，软件通用性差，可 靠性低。
目前较复杂的控制系统设计常采用硬件组态和软 件组态的方法。
软件组态用工业控制组态软件来实现。工业控制组态 软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。
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主要包括系统软件、支持软件、应用软件。
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第六章应用程序设计与实现技术
系统软件用来管理计算机系统的资源，并以尽可 能简便的形式向用户提供使用资源的服务，包括 操作系统、系统实用程序、系统扩充程序（操作 系统的扩充、汉化）、网络系统软件、设备驱动 程序、通讯处理程序等。操作系统是最基本的系 统软件，操作系统是一个功能强、规模大的管理 程序。