儀表設計中的浮點(diǎn)數問(wèn)題及解決辦法
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經(jīng)過(guò)研究發(fā)現，問(wèn)題出現在處理累積量的方法上。在前面的程序中直接通過(guò)每秒執行一次語(yǔ)句“Cureulation=Cumulation+Instant；”來(lái)計算累積量。而參考文獻明確告訴我們，兩個(gè)浮點(diǎn)數相加時(shí)，其誤差隨著(zhù)兩個(gè)數差別的增大而增大，表2中誤差的變化規律也證明了這一點(diǎn)。這是因為每次執行語(yǔ)句“Cumulation=Cumulation+Instant；”時(shí)，Instant是不變的，而Cumulation在不斷增加。當兩者大小相差的數量級足夠大時(shí)，Instant與Cumulation相加會(huì )丟失Instant，致使流量計累積量讀數不再發(fā)生變化，這也是前面調試時(shí)出現問(wèn)題的原因。
這個(gè)問(wèn)題可以應用匯編編程的處理方法來(lái)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。上述大數加小數丟失小數的情況在整數相加時(shí)是不存在的，同時(shí)，流量計在運行時(shí)當測量的瞬時(shí)流量小于下限流量時(shí)會(huì )當作干擾信號切除掉，累積量無(wú)需累加。實(shí)驗數據表明，當瞬時(shí)流量在下限流量和上限流量限定的全量程范圍內變化時(shí)，累積量小于4000時(shí)測量精度完全滿(mǎn)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(lái)存儲。為此，另定義一個(gè)unsigned long型變量HBCumu，每當Cumulation累加超過(guò)2000時(shí)執行下述操作：
HBCumu=HBCumu+2000；
Cumulation=Cumulation-2000；
即每次將Cumulation中的2000轉存到HBCumu中，由于計算HBCumu時(shí)采用的是整數相加，因此不存在精度問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)此種操作，可以把Cumulation和Instant的大小差別限定在一個(gè)合適的范圍內，從而保證計算Cumulation時(shí)精度滿(mǎn)足要求。在EEPROM中分別給HBCumu、Cumu-lation開(kāi)辟有獨立的存儲單元，每個(gè)存儲周期分別存儲兩者的值。當前累積量的真實(shí)值等于HBCumu和Cumulation的和，顯示數據時(shí)先求兩者的和再進(jìn)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(jìn)行測試，實(shí)測數據如表3所列。測試開(kāi)始時(shí)刻，流量計的初始讀數為86。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/151028.htm
比較表3和表2的數據可以看出，采用轉存方法對累積量進(jìn)行存儲后，很好地解決了測量精度隨時(shí)間增加而變差的問(wèn)題。我們對累積量計數滿(mǎn)99 999 999的前后階段也進(jìn)行了測試，實(shí)驗結果表明，測量誤差與表3中的誤差一致，這表明在全量程范圍內誤差都穩定在一個(gè)令人滿(mǎn)意的范圍內。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(diǎn)數的繁瑣工作，保持了C語(yǔ)言的高效性和代碼的良好移植性。
2 存儲問(wèn)題
項目要求在流量計正常運行時(shí)能夠隨時(shí)設定液體的密度、流量系數等參數，并且這些參數小數點(diǎn)后數據的位數固定。比如密度設定值，數據設定范圍為0．001～999．999，小數點(diǎn)后固定為3位數據。程序編制完畢在調試階段發(fā)現的問(wèn)題是，當把參數設置完畢存入EEPROM、再讀出來(lái)時(shí)，讀出的數據和存入的數據并不一致。比如設定密度值為123．456，設定完畢存入EEPROM，然后讀出來(lái)的數據是形如123．454這樣的數據。
經(jīng)過(guò)仔細研究最終發(fā)現，問(wèn)題還是出現在對float型數據的處理上。由參考文獻可知，float型數據在存儲時(shí)，存儲的并不是精確值，而是近似值。而在設計程序時(shí)，定義密度設定值dEn為float型，并直接對其進(jìn)行存取處理。針對這個(gè)問(wèn)題的處理辦法是，定義dEn為unsigned long型的數據，其中存放的數據是密度實(shí)際設定值放大1000倍后的數據，在程序其他地方用到密度設定值時(shí)，只需要將其除以1000得到真實(shí)值即可。這樣在參數設定完畢存入。EEPROM及從EEPROM中讀出數據時(shí)，實(shí)際上都是以整數形式進(jìn)行操作的，這樣就可以保證數據的正確性。為了給操作者一種仍舊是在設定一個(gè)小數點(diǎn)后有3位小數的參數的感覺(jué)，在設定和顯示參數過(guò)程中，始終點(diǎn)亮LCM141相關(guān)數據位的小數點(diǎn)。
結語(yǔ)
本文討論了筆者在設計流量計的過(guò)程中，利用C語(yǔ)言操作浮點(diǎn)數所遇到的問(wèn)題，這種問(wèn)題在其他儀表及嵌入式系統設計中也是普遍存在的。針對這些問(wèn)題給出了解決方法，且已經(jīng)成功地在實(shí)際項目中得到應用，具有一定的參考價(jià)值。
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