引言
    C語言以其編程效率高、代碼可移植性好、程序易于維護(hù)等特點(diǎn)，在儀表系統(tǒng)及其他嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中應(yīng)用十分廣泛。尤其在處理浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算過程中，C語言與匯編語言相比其優(yōu)勢更加明顯。因此，C語言深得項目開發(fā)人員的青睞。但是在浮點(diǎn)數(shù)處理過程中，若處理不當(dāng)，則會在系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)異常，致使系統(tǒng)無法工作。
    本文以筆者開發(fā)的某型號流量計為背景，討論了在儀表設(shè)計過程中應(yīng)用C語言處理浮點(diǎn)數(shù)時出現(xiàn)的問題及相應(yīng)的解決辦法，以供讀者在遇到類似的問題時參考。流量計的MCU為Microchip公司的PIC16F876A，集成開發(fā)環(huán)境是Microchip公司的MPLAB8．3，C編譯器選用HITECH公司的PICC9．5。

1 精度問題
    項目要求實(shí)時計算累積流量并刷新數(shù)據(jù)顯示，同時為防止掉電時累積量丟失，要求系統(tǒng)定時刷新EEPROM中累積量的值。為此，軟件設(shè)計時設(shè)置兩個變量Cumulation和Instant，分別用來存儲累計量和瞬時量。Instant根據(jù)相應(yīng)的計算公式計算得到，Instant每秒累加便得累積量Cumulation。累積量的數(shù)據(jù)顯示范圍為0～99 999 999，至上限值后回零，重現(xiàn)從零顯示，要求滿量程內(nèi)累積精度優(yōu)于0．3％。瞬時量的數(shù)據(jù)顯示范圍為0．000 1～99 999，需實(shí)時刷新，測量精度優(yōu)于0．5％。
    程序編制完畢，在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)下列問題：瞬時量測量精度高于指標(biāo)要求，累積量在程序運(yùn)行的開始階段精度也滿足要求，但隨著測量時間的增長，累積量的實(shí)際測量值和理論計算值之間的差別越來越大，超過了技術(shù)指標(biāo)的要求。若不加干涉任其運(yùn)行，當(dāng)時間足夠長時，顯示模塊顯示的數(shù)據(jù)不再發(fā)生變化，即流量計的累積量不再發(fā)生變化了，但此時瞬時量顯示的數(shù)據(jù)依舊正確。某次測試時，通過設(shè)置流量計參數(shù)，使瞬時量理論值為3600 m3／h，以10min為一個測量周期進(jìn)行測量，理論計算得累積量每個周期應(yīng)累加600。實(shí)測數(shù)據(jù)如表1所列。

    由表1中的數(shù)據(jù)可知，第1個測試周期精度滿足要求，從第2個周期開始誤差已經(jīng)超過了技術(shù)指標(biāo)要求，并且誤差隨著時間的增加而增大，在這種狀態(tài)下流量計是無法正常工作的。那么問題出現(xiàn)在什么地方呢?經(jīng)過查閱資料和仔細(xì)研讀程序發(fā)現(xiàn)，在定義累積量和瞬時量時采用了如下形式：
    double Cumulation；
    float Instant；
    使用了編譯器PICC 9．5的默認(rèn)編譯設(shè)置。查閱編譯器的使用手冊得知，HI-TECH公司的編譯器PICC 9．5的浮點(diǎn)數(shù)采用IEEE754規(guī)范，一個float類型數(shù)據(jù)占24位，同時支持以24位、32位兩種方式存儲一個double型數(shù)據(jù)，但為了節(jié)約存儲空間，在不對編譯器選項修改的情況下，double型數(shù)據(jù)采用的也是24位。顯然，在此默認(rèn)情況下累積量的計算精度不能滿足要求。
    通過修改編譯器選項，使double型數(shù)據(jù)以32位格式存儲，同時修改程序的其他相關(guān)地方后，重新進(jìn)行測試。測試時通過設(shè)置流量計參數(shù)，使瞬時流量理論值為3600m3／h，以1個小時為一測量周期，顯然累積量每小時的累積值理論上應(yīng)為3600。實(shí)測數(shù)據(jù)如表2所列，測試開始時刻Cumulation等于50。

    比較表1和表2的數(shù)據(jù)可知，修改效果十分明顯，在同等的測量條件下儀表連續(xù)運(yùn)行27小時后，累積量的測量精度仍然滿足技術(shù)指標(biāo)要求。但存在的問題也很明顯，通過對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，累積量的測量誤差是隨著時間的增加而增加的?？梢灶A(yù)見，當(dāng)運(yùn)行的時間足夠長時測量誤差最終會突破技術(shù)指標(biāo)的要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)也證明了這一點(diǎn)。[!--empirenews.page--]
    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(xiàn)明確告訴我們，兩個浮點(diǎn)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(diǎn)。這是因?yàn)槊看螆?zhí)行語句“Cumulation=Cumulation+Instant；”時，Instant是不變的，而Cumulation在不斷增加。當(dāng)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(yùn)行時當(dāng)測量的瞬時流量小于下限流量時會當(dāng)作干擾信號切除掉，累積量無需累加。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)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(biāo)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(dāng)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(dú)立的存儲單元，每個存儲周期分別存儲兩者的值。當(dāng)前累積量的真實(shí)值等于HBCumu和Cumulation的和，顯示數(shù)據(jù)時先求兩者的和再進(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(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。

    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(jìn)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(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(yùn)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(diǎn)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(diǎn)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(dāng)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(xì)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(xiàn)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)際上都是以整數(shù)形式進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)亮LCM141相關(guān)數(shù)據(jù)位的小數(shù)點(diǎn)。

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(diǎn)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(shí)際項目中得到應(yīng)用，具有一定的參考價值。