儀表設(shè)計中的浮點數(shù)問題及解決辦法
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經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，問題出現(xiàn)在處理累積量的方法上。在前面的程序中直接通過每秒執(zhí)行一次語句“Cureulation=Cumulation+Instant；”來計算累積量。而參考文獻明確告訴我們，兩個浮點數(shù)相加時，其誤差隨著兩個數(shù)差別的增大而增大，表2中誤差的變化規(guī)律也證明了這一點。這是因為每次執(zhí)行語句“Cumulation=Cumulation+Instant；”時，Instant是不變的，而Cumulation在不斷增加。當兩者大小相差的數(shù)量級足夠大時，Instant與Cumulation相加會丟失Instant，致使流量計累積量讀數(shù)不再發(fā)生變化，這也是前面調(diào)試時出現(xiàn)問題的原因。
這個問題可以應(yīng)用匯編編程的處理方法來解決，但此種方法比較繁瑣，編程比較困難。本文給出了一種新的處理方法。上述大數(shù)加小數(shù)丟失小數(shù)的情況在整數(shù)相加時是不存在的，同時，流量計在運行時當測量的瞬時流量小于下限流量時會當作干擾信號切除掉，累積量無需累加。實驗數(shù)據(jù)表明，當瞬時流量在下限流量和上限流量限定的全量程范圍內(nèi)變化時，累積量小于4000時測量精度完全滿足技術(shù)指標的要求。我們采用的辦法是，將累積量分兩部分來存儲。為此，另定義一個unsigned long型變量HBCumu，每當Cumulation累加超過2000時執(zhí)行下述操作：
HBCumu=HBCumu+2000；
Cumulation=Cumulation-2000；
即每次將Cumulation中的2000轉(zhuǎn)存到HBCumu中，由于計算HBCumu時采用的是整數(shù)相加，因此不存在精度問題。同時通過此種操作，可以把Cumulation和Instant的大小差別限定在一個合適的范圍內(nèi)，從而保證計算Cumulation時精度滿足要求。在EEPROM中分別給HBCumu、Cumu-lation開辟有獨立的存儲單元，每個存儲周期分別存儲兩者的值。當前累積量的真實值等于HBCumu和Cumulation的和，顯示數(shù)據(jù)時先求兩者的和再進行顯示。采用新方法后，在與前述相同的測試條件下重新對流量計進行測試，實測數(shù)據(jù)如表3所列。測試開始時刻，流量計的初始讀數(shù)為86。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/151028.htm
比較表3和表2的數(shù)據(jù)可以看出，采用轉(zhuǎn)存方法對累積量進行存儲后，很好地解決了測量精度隨時間增加而變差的問題。我們對累積量計數(shù)滿99 999 999的前后階段也進行了測試，實驗結(jié)果表明，測量誤差與表3中的誤差一致，這表明在全量程范圍內(nèi)誤差都穩(wěn)定在一個令人滿意的范圍內(nèi)。此種方法與利用匯編編程處理的方法相比，避免了利用匯編代碼處理浮點數(shù)的繁瑣工作，保持了C語言的高效性和代碼的良好移植性。
2 存儲問題
項目要求在流量計正常運行時能夠隨時設(shè)定液體的密度、流量系數(shù)等參數(shù)，并且這些參數(shù)小數(shù)點后數(shù)據(jù)的位數(shù)固定。比如密度設(shè)定值，數(shù)據(jù)設(shè)定范圍為0．001～999．999，小數(shù)點后固定為3位數(shù)據(jù)。程序編制完畢在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的問題是，當把參數(shù)設(shè)置完畢存入EEPROM、再讀出來時，讀出的數(shù)據(jù)和存入的數(shù)據(jù)并不一致。比如設(shè)定密度值為123．456，設(shè)定完畢存入EEPROM，然后讀出來的數(shù)據(jù)是形如123．454這樣的數(shù)據(jù)。
經(jīng)過仔細研究最終發(fā)現(xiàn)，問題還是出現(xiàn)在對float型數(shù)據(jù)的處理上。由參考文獻可知，float型數(shù)據(jù)在存儲時，存儲的并不是精確值，而是近似值。而在設(shè)計程序時，定義密度設(shè)定值dEn為float型，并直接對其進行存取處理。針對這個問題的處理辦法是，定義dEn為unsigned long型的數(shù)據(jù)，其中存放的數(shù)據(jù)是密度實際設(shè)定值放大1000倍后的數(shù)據(jù)，在程序其他地方用到密度設(shè)定值時，只需要將其除以1000得到真實值即可。這樣在參數(shù)設(shè)定完畢存入。EEPROM及從EEPROM中讀出數(shù)據(jù)時，實際上都是以整數(shù)形式進行操作的，這樣就可以保證數(shù)據(jù)的正確性。為了給操作者一種仍舊是在設(shè)定一個小數(shù)點后有3位小數(shù)的參數(shù)的感覺，在設(shè)定和顯示參數(shù)過程中，始終點亮LCM141相關(guān)數(shù)據(jù)位的小數(shù)點。
結(jié)語
本文討論了筆者在設(shè)計流量計的過程中，利用C語言操作浮點數(shù)所遇到的問題，這種問題在其他儀表及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中也是普遍存在的。針對這些問題給出了解決方法，且已經(jīng)成功地在實際項目中得到應(yīng)用，具有一定的參考價值。
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