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郑州大学 测试计量 智能技术与仪器 测试计量技术与仪器 王昆朋 第八章智能仪器中数据处理及算法 数据处理技术是智能仪器设计的软件基础之一 算法(Algorithm)是程序设计的核心。 在智能仪器中，算法是指对输入信息进行必要的分析处理，甚至包括显示与控制的过程等，即为了解决一个问题或完成一个任务而规定的一套无二义的详细过程，这一般也可以用数字模型或操作流程来表达 本章结构 8.1常用算术运算程序 8.2仪器中常用函数的算法 8.3测量结果的非数值处理 8.4测量结果的数值处理 8.5常用数字滤波处理 8.1常用算术运算程序 （复习汇编语言） 8.1.1数值转换 8.1.2二进制算术运算程序 8.1.3十进制算术运算程序 8.1.1数值转换 式8.1即为数值转换计算的通用公式: 比如,(1)十进制整数转换为二进制公式: 其编程算法:初值: (8.3): 结束条件: (2)十进制小数转换为二进制 (3)二进制整数转换为十进制 (4)二进制小数转换为十进制 二进制转换到十进制ＢＣＤ码流程图: BCD到二进制转换程序流程图(相乘相加法): 二进制串每位转化为ASCII码的程序流程图: 十六进制转化为ASCII的程序流程图: ASCII转换为BCD的程序流程图: 8.1.2二进制算术运算程序 几个概念: 二进制算术运算包括二进制的无符号定点数、有符号定点数、无符号浮点数和有符号浮点数等四则运算。 在计算机中，小数点的表示有定点和浮点两种方式 对于有符号的二进制数可以有两种表示法，即“符号与模数”表示法和“2的补码”表示法 8.1.2 (1)无符号二进制算术运算程序(乘,除) (2)有符号二进制算术运算程序(乘,除) 单字节有符号数计算二进制补码的流程图: 8.1.3十进制算术运算程序 用二—十进制码(BCD码)表示的十进制数的运算在智能仪器中是经常碰到的。但绝大多数微处理器没有十进制运算指令(仅有十进制调整指令)，这就需要把十进制数转换成二进制数进行运算后再将二进制数转换成十进制数。 十进制BCD码的十进制算术运算程序 有符号十进制减法运算流程: 有符号十进制加法运算流程: 8.2仪器中常用函数的算法 在数据处理中除进行四则运算外，还经常碰到一些基本函数的计算，计算常用函数经常采用两种方法: 一是查表法，把大量函数值列表存于计算机存储器内，编制相应的查表程序以查找相应的函数值； 二是按照幂级数展开或其他算法，编制直接计算函数值的程序。 查表法的缺点是当要求精度很高时，表的长度将很长，占用内存空间过大．本节采用第二种 方法来计算几个常用的基本函数。 8.2.1泰勒公式(8.6),令a=0，则得到 麦克劳林公式.(8.6): 8.2.2三角函数的计算(8.9):注：先将x化为(0, ) 8.2.3指数函数的计算 8.2.4自然对数的计算:用修正式简易计算，可速度快并可达到高精度。 8.2.5平方根的计算∶迭代法，牛顿迭代法。 8.2.6其它几种常用数值计算：比例运算，偏移运算，最大、小值运算，统计运算，百分率误差运算。 计算lnx流程图 迭代法流程图 8.3测量结果的非数值处理 8.3.1 查找：又名检索，指从存于存储器中的大量数据中，按关键字找出某个特定的数据，确定其(或记录)在表中的位置具体方法. 顺序查找，适用于任何数列。查找最大数的流程图:对分查找，适用于有序数列的快速查找。 对分检索的流程图: 8.3.2排序 排序:也叫分类，是指按照关键字的数字或字母次序把记录排成有序的序列。 外部排序 内部排序 排序方法: 直接插入排序 稳定的 气泡排序 不稳定的 归并排序 下页图为气泡排序流程图 气泡排序流程图: 8.4测量结果的数值处理 智能仪器的主要特点之一是利用微型计算机对数据加工与处理，减小误差，提高精度。 系统误差：相同条件下多次测量同一量,绝对值和符号恒定或按某一确定规律变化的误差. 随机误差：相同条件下多次测量同一量，绝对值和符号的变化没有确定规律的误差. 疏忽误差：测量过程中由于操作人员主观原因, 测量结果明显偏离实际值的误差. 8.4.1克服系统误差的方法 （1）系统误差模型修正法：x=b1*y+b0，若能求出两系数,则可修正 系统误差。 系数求法：根据修正图列出两式联立求解 （2）分段拟合修正法 （3）校准数据表修正法 （2）分段拟合修正法 A)校正函数:R=g(y)=g[f(x)],R与g成线性关,g(x)即为校正函数。 B)分段拟合：分段直线拟合，分段抛物线拟合 （3）校准数据表修正法： 如果对误差机理一无所知，可以在输入端逐次加入已知电压，得到输出，将这些值在仪器内存中建立校准数据表。 但要求作内插计算，而不能仅仅查表。 8.4.2克服随