用c语言实现，缓存喷气织机100-360度角度区间的探纬器捕获的脉冲值，每隔5度一个数据，一纬53个数据，要求缓存连续的10纬数据，并不断刷新，角度和脉冲值、每8k定时周期更新一次，触摸屏使用xy曲线、每100ms向主控请求一纬数据，显示在xy曲线试图内。

<think>我们面对的问题是实现喷气织机探纬器的脉冲数据缓存和动态显示。需求如下： 1. 角度范围100-360度，每5度采集一次，因此每纬数据点数为 (360-100)/5 + 1 = 260/5 + 1 = 52+1=53个。 2. 需要缓存10纬数据，即10组，每组53个数据点。 3. 每8000个机器周期更新一次角度和脉冲值（这里假设一个机器周期为1微秒，但具体周期时间需要根据实际时钟确定，这里我们主要关注逻辑）。 4. 触摸屏通过XY曲线显示，每100ms请求一纬数据（即从缓存中取出一纬数据发送到触摸屏）。 设计思路： 1. 数据采集：使用定时器中断，每8000周期（假设为8ms，如果时钟频率为1MHz，则8000周期为8ms）采集一次角度和脉冲值。由于角度从100度到360度，每5度采集一次，所以我们需要在每次中断时判断当前角度是否在采集点（即是否为5度的整数倍，且处于100-360度之间）。注意：角度是连续变化的，我们需要在达到每个5度点时采集。 2. 数据缓存：定义一个二维数组存储10纬数据，每纬53个点。同时，我们需要记录当前正在写入的纬度和当前纬度的索引。当一纬（53个点）采集完成后，切换到下一纬，并循环覆盖（即10纬循环缓冲）。 3. 触摸屏请求：每100ms，触摸屏请求一纬数据，我们需要从缓存中读取一纬数据（通常是最近完成的一纬）发送到触摸屏。注意：为了避免在发送过程中缓存被更新，我们可以使用双缓冲机制或者只读取已经完成采集的纬。 4. 角度更新：由于织机主轴旋转，角度会从0到360度循环。我们只关心100-360度，所以当角度小于100度或大于360度时，我们不采集（但角度会循环，所以当角度超过360度时，会回到0度重新开始）。 具体实现步骤： 1. 定义缓存数组： ```c #define NUM_ROUNDS 10 // 缓存10纬 #define POINTS_PER_ROUND 53 // 每纬53个点 int pulseData[NUM_ROUNDS][POINTS_PER_ROUND]; // 脉冲值缓存 ``` 2. 当前采集状态： ```c int currentRound = 0; // 当前正在写入的纬索引（0~9） int currentPoint = 0; // 当前纬内数据点索引（0~52） ``` 3. 角度处理：假设角度值由编码器提供，是一个整数，范围0~359（或0~36000，如果是0.01度单位，根据实际情况调整）。我们这里假设角度单位为度，整数，范围0~359。但注意需求是100-360度，每5度采集一次，所以采集点角度为：100,105,...,360。注意360度等同于0度，但我们的采集点360度就是360度（如果编码器是0~359，则360度就是0度，但需求指定360度，所以我们需要特殊处理：当角度为0时，如果当前采集的纬还没有采集到360度，那么0度应该被视为360度？但通常编码器不会输出360，而是0。因此，我们需要在角度达到360度（即0度）时，如果当前点索引是52（最后一个点），则完成这一纬，然后从下一纬的0点开始。但这里我们假设角度传感器能够输出0~360度的角度，并且360度后归0。因此，采集逻辑如下： - 当角度值在100~360度之间，并且角度值减去100后能被5整除（即角度%5==0，且角度>=100且<=360）时，进行采集。 - 注意：360度时，如果编码器输出为0，则我们需要判断当角度从359变为0时，0度对应360度，但0%5==0，且0>=100不成立，所以不会采集。因此，我们需要在360度时采集，但编码器可能不输出360。所以，我们可以这样处理：当角度值小于100度时，如果当前正在采集一纬（即currentPoint>0），并且此时角度值小于100度，说明已经过了360度，那么我们需要将360度作为一个采集点（即最后一个点）。因此，我们可以在角度值小于100度且当前点索引为52（即最后一个点）时，将360度的数据采集（使用上一次采集的360度？或者通过计算？）。但这样处理复杂。 另一种方案：我们采集的角度点实际上是固定的53个点：100,105,...,360。我们可以将360度视为一个特殊点，当角度从359变为0时，我们判断是否已经采集了360度？如果没有，则立即采集（此时角度为0，但我们将其视为360度）。然后完成这一纬。 为了简化，我们假设角度传感器能够给出0~360度的值（比如0.01度单位，则36000表示360度），这样360度就是36000，然后归0。这样，当角度在[100000, 360000]（单位0.001度）范围内，并且满足角度值模5000等于0（即每5度）时采集。这样360000就是360度，采集后，当角度超过360000，归0，此时不会触发采集。 由于具体角度表示方式未知，我们假设角度变量为`unsigned int angle`，单位为0.01度，则100度=10000，360度=36000。采集条件：`angle >= 10000 && angle <= 36000 && (angle % 500) == 0`。注意：由于浮点精度问题，整数运算中取模是可行的。 但是，每5度采集一次，从10000到36000，步长500，那么采集点数为：(36000-10000)/500 + 1 = 26000/500+1=52+1=53。 4. 定时器中断服务程序（假设每8000周期中断一次）： ```c // 假设角度变量由编码器实时更新，我们每次中断读取当前角度 void TimerISR() interrupt 1 { static unsigned int lastAngle = 0; unsigned int currentAngle = ReadAngle(); // 读取当前角度值（单位：0.01度） // 检查是否到达采集点：当前角度在10000~36000之间，且是500的整数倍 if (currentAngle >= 10000 && currentAngle <= 36000 && (currentAngle % 500) == 0) { // 为了避免重复采集同一个角度点（由于中断频率可能高于角度变化），我们可以检查这个点是否已经采集过？ // 如果当前角度和上一次采集的角度相同，则不采集 if (currentAngle != lastAngle) { // 采集脉冲值 int pulseValue = ReadPulse(); // 读取脉冲值 // 存储到缓存 pulseData[currentRound][currentPoint] = pulseValue; currentPoint++; // 如果当前点已经达到53个，则完成一纬 if (currentPoint >= POINTS_PER_ROUND) { currentPoint = 0; currentRound = (currentRound + 1) % NUM_ROUNDS; // 下一纬，循环 } } lastAngle = currentAngle; } // 注意：如果角度从36000归0，那么我们需要在归0后重置lastAngle，否则下一次采集10000时会被误判为重复 // 当角度小于10000时，重置lastAngle，这样当再次进入10000时不会因为lastAngle是36000而跳过 if (currentAngle < 10000) { lastAngle = 0; // 或者一个不可能出现的值，比如0xFFFF } } ``` 5. 触摸屏请求数据：每100ms，触摸屏通过串口或其他方式请求一纬数据。我们假设有一个定时器每100ms触发一次，或者主循环中检查时间。我们选择最近完成的一纬数据（即currentRound的前一纬）发送。因为currentRound是当前正在写入的纬，所以最近完成的是(currentRound-1+NUM_ROUNDS) % NUM_ROUNDS。但注意，如果当前没有完成一纬，则发送上一次的。 为了避免在发送过程中缓存被更新（因为中断可能修改缓存），我们可以复制一纬数据到发送缓冲区。同时，我们使用一个标志来指示当前是否有完整的一纬数据可用。 改进：我们增加一个数组记录每纬的完成状态。或者，我们使用两个缓存数组：一个用于采集（双缓冲），但这里我们使用循环数组，并且只发送已经完成采集的纬。 我们定义：每当一纬完成采集（即currentPoint达到53时，我们标记该纬为完成，然后currentRound指向下一纬，并重置currentPoint）。这样，我们可以记录每纬的完成状态。 但是为了简单，我们假设每次发送都是发送最近完成的一纬（即currentRound的前一纬），并且发送时禁止中断，复制数据，然后使能中断。 发送数据函数： ```c void SendDataToTouchScreen() { int roundToSend = (currentRound - 1 + NUM_ROUNDS) % NUM_ROUNDS; // 最近完成的一纬 // 复制数据到发送缓冲区，同时发送角度和脉冲值 // 注意：角度值需要从100度到360度，每5度，共53个点 // 我们按顺序发送：点0: (100, pulse[0]), 点1: (105, pulse[1]), ... 点52: (360, pulse[52]) unsigned int angle; int pulse; for (int i=0; i<POINTS_PER_ROUND; i++) { angle = 10000 + i * 500; // 单位0.01度 pulse = pulseData[roundToSend][i]; // 通过串口发送角度和脉冲值，具体协议根据触摸屏要求 SendToSerial(angle, pulse); } } ``` 6. 主循环中，每100ms调用一次SendDataToTouchScreen： ```c void main() { InitTimer(); // 初始化定时器，设置8000周期中断 InitSerial(); // 初始化串口 while(1) { // 每100ms发送一纬数据 Delay(100); // 延时100ms，实际应用中应该用定时器标志 SendDataToTouchScreen(); } } ``` 注意：上述代码是简化示例，实际应用中需要考虑： - 中断服务程序应尽量短，避免长时间占用中断。 - 读取角度和脉冲值的函数`ReadAngle`和`ReadPulse`需要根据硬件实现。 - 串口发送函数`SendToSerial`需要按照触摸屏要求的协议发送数据（可能包括帧头、数据类型、校验等）。 - 延时函数`Delay`在实时系统中应避免使用，而应该用定时器标志来触发发送。 7. 关于脉冲值的读取：探纬器的脉冲值可能是数字信号（高低电平）或模拟信号（需要ADC转换）。如果是模拟信号，则需要在中断中启动ADC转换并读取结果。但ADC转换可能需要时间，所以中断中可能只启动转换，然后在ADC中断中读取结果。这样会复杂一些，需要确保在采集点到来时能够及时获取脉冲值。 8. 角度读取：角度传感器可能是增量编码器或绝对编码器。绝对编码器可以直接读取角度值，增量编码器则需要通过计数器累加。这里假设有绝对编码器。 9. 缓存更新：在中断中更新缓存，而在主循环中读取缓存。为了避免冲突，在读取缓存时（复制数据时）应暂时关闭中断。 改进的发送函数（防止中断冲突）： ```c void SendDataToTouchScreen() { int tempData[POINTS_PER_ROUND]; int roundToSend; // 暂时关闭中断，防止在复制过程中被中断修改 EA = 0; // 关闭总中断 roundToSend = (currentRound - 1 + NUM_ROUNDS) % NUM_ROUNDS; // 复制这一纬的数据 for (int i=0; i<POINTS_PER_ROUND; i++) { tempData[i] = pulseData[roundToSend][i]; } EA = 1; // 开启中断 // 发送数据 for (int i=0; i<POINTS_PER_ROUND; i++) { unsigned int angle = 10000 + i * 500; SendToSerial(angle, tempData[i]); } } ``` 10. 关于角度采集的精确性：由于中断每8000周期才一次，可能错过采集点。因此，我们需要确保中断频率足够高，能够捕捉到每个5度点。例如，织机转速为600转/分钟，即10转/秒，则一转100ms，每5度的时间为：100ms/72 ≈ 1.39ms。因此，中断周期8ms可能不够（因为8ms>1.39ms，会错过很多点）。所以，我们需要提高中断频率，至少高于2倍采集点频率（即每5度中断一次，则中断间隔应小于0.7ms）。因此，8000周期可能太长，需要调整。 假设机器周期为1us，则8000周期为8ms。我们需要减少定时器周期，比如改为1000周期（1ms），这样每1ms中断一次，可以满足要求（因为1ms < 1.39ms）。所以，定时器中断周期应根据织机转速来设置，确保每个5度点都能被采集到。 另外，在中断中，我们检查当前角度是否在采集点，而不是每次中断都采集。这样，即使中断频率高，也只有在采集点才采集。 因此，调整定时器中断周期为1ms（1000个机器周期，假设机器周期1us）。 修改定时器初始化，设置中断周期1ms。 11. 如果转速变化，我们需要动态调整？但根据需求，每纬53个点，即每纬260度（100~360），所以每纬时间= 260度/（转速*6）度/秒。转速单位为转/分钟，则每纬时间= 260/(转速*6) 秒。例如，600转/分钟，则每纬时间= 260/(600*6)≈0.0722秒=72.2ms。那么每5度的时间=72.2ms/52≈1.39ms。所以1ms中断一次可以满足。 12. 触摸屏每100ms请求一纬数据，而每纬大约72.2ms（600转/分钟），所以100ms可以完成1.38纬，因此发送一纬数据是合理的。如果转速很慢，比如100转/分钟，则每纬时间=260/(100*6)=0.433秒=433ms，则100ms只完成了不到1/4纬，此时发送的数据可能是上一纬的（即433ms前完成的），这样会有延迟，但可以接受。 综上所述，我们按照以下步骤实现： 1. 设置定时器中断周期为1ms（根据实际时钟调整）。 2. 在中断中读取当前角度，判断是否在采集点（100~360度之间，且每5度一个点），如果是，且角度值有变化，则采集脉冲值并存储。 3. 当一纬采集完成（53个点），则切换到下一纬。 4. 主循环中每100ms发送最近完成的一纬数据到触摸屏（使用XY曲线显示，每个点包括角度和脉冲值）。 注意：角度单位转换，触摸屏可能要求角度单位为度（而不是0.01度），所以发送时可能需要转换。 §§相关问题§§ 1. 如何提高角度采集的精确性？ 2. 如果转速变化，如何动态调整采集策略？ 3. 触摸屏显示数据时，如何优化传输协议以提高效率？</think>### C语言实现喷气织机探纬器脉冲数据缓存与动态显示 #### 1. 系统设计概述 根据需求，系统需实现以下功能： - **数据采集**：角度范围100-360度，每5度采集一次，每纬53个数据点 - **数据缓存**：循环存储10纬数据（530个数据点） - **动态显示**：触摸屏XY曲线显示，每100ms请求一纬数据 - **时序控制**：每8000个机器周期更新角度和脉冲值 #### 2. 关键数据结构 ```c #define DEGREE_START 100 // 起始角度 #define DEGREE_END 360 // 结束角度 #define DEGREE_STEP 5 // 采集间隔 #define POINTS_PER_ROUND ((DEGREE_END - DEGREE_START)/DEGREE_STEP + 1) // 53点/纬 #define BUFFER_SIZE 10 // 缓存10纬数据 // 数据缓存结构 typedef struct { int pulse[POINTS_PER_ROUND]; // 单纬脉冲数据 int angle[POINTS_PER_ROUND]; // 单纬角度数据 } RoundData; RoundData buffer[BUFFER_SIZE]; // 循环缓冲区 int currentRound = 0; // 当前写入纬索引 int currentPoint = 0; // 当前数据点索引 ``` #### 3. 数据采集与缓存实现 ```c // 角度更新函数（每8000周期调用） void updateAnglePulse() { // 获取当前实际角度（假设0-360连续变化） int currentDegree = getCurrentAngle(); // 检查是否在采集范围内 if(currentDegree >= DEGREE_START && currentDegree <= DEGREE_END) { // 检查是否为5度倍数点 if((currentDegree - DEGREE_START) % DEGREE_STEP == 0) { int pulseValue = readPulseSensor(); // 读取脉冲值 // 存储到缓存 buffer[currentRound].angle[currentPoint] = currentDegree; buffer[currentRound].pulse[currentPoint] = pulseValue; currentPoint++; // 完成一纬采集 if(currentPoint >= POINTS_PER_ROUND) { currentPoint = 0; currentRound = (currentRound + 1) % BUFFER_SIZE; // 循环缓冲区 } } } } // 定时器中断服务函数（示例） void Timer0_ISR() interrupt 1 { static unsigned int cycleCount = 0; if(++cycleCount >= 8000) { cycleCount = 0; updateAnglePulse(); // 每8000周期更新数据 } } ``` #### 4. 触摸屏数据通信协议 ```c // 向触摸屏发送单纬数据 void sendRoundToTouchScreen(int roundIndex) { // 帧头（根据实际触摸屏协议调整） sendByte(0xAA); sendByte(0x55); // 发送数据点数量 sendByte(POINTS_PER_ROUND); // 发送角度和脉冲数据对 for(int i = 0; i < POINTS_PER_ROUND; i++) { sendInt(buffer[roundIndex].angle[i]); // 角度值 sendInt(buffer[roundIndex].pulse[i]); // 脉冲值 } // 帧尾校验（示例） sendByte(calculateChecksum()); } // 主循环处理触摸屏请求 void main() { initSystem(); // 系统初始化 while(1) { if(touchScreenRequest()) { // 检测触摸屏请求 int latestRound = (currentRound - 1 + BUFFER_SIZE) % BUFFER_SIZE; sendRoundToTouchScreen(latestRound); // 发送最新完成的一纬 } delayMs(10); // 短暂延时 } } ``` #### 5. XY曲线动态显示优化 1. **数据压缩**： 使用差分编码减少传输数据量： ```c void sendCompressedData(int roundIndex) { int lastAngle = 0; int lastPulse = 0; for(int i=0; i<POINTS_PER_ROUND; i++) { int angleDiff = buffer[roundIndex].angle[i] - lastAngle; int pulseDiff = buffer[roundIndex].pulse[i] - lastPulse; sendCompressedValue(angleDiff, pulseDiff); // 发送差值 lastAngle = buffer[roundIndex].angle[i]; lastPulse = buffer[roundIndex].pulse[i]; } } ``` 2. **双缓冲机制**： 避免显示刷新时的数据撕裂现象： ```c RoundData displayBuffer[2]; // 双缓冲 int activeBuffer = 0; // 触摸屏请求时切换缓冲区 void handleTouchScreenRequest() { int latest = (currentRound - 1 + BUFFER_SIZE) % BUFFER_SIZE; memcpy(&displayBuffer[!activeBuffer], &buffer[latest], sizeof(RoundData)); activeBuffer = !activeBuffer; sendRoundData(displayBuffer[activeBuffer]); } ``` 3. **实时性保障**： 使用RTOS任务调度确保时序精度： ```c void dataAcquisitionTask() { while(1) { updateAnglePulse(); osDelay(1); // 精确控制时序 } } void displayTask() { while(1) { if(touchScreenReady()) { handleTouchScreenRequest(); } osDelay(100); // 100ms周期 } } ``` ### 关键技术说明 1. **角度同步机制**： 使用编码器获取主轴角度，通过$角度 = \frac{脉冲数 \times 360}{编码器分辨率}$公式换算实际角度[^4]。 2. **脉冲采集精度**： 采用捕获/比较单元直接测量脉冲宽度，满足$T_{capture} = \frac{1}{f_{CPU}} \times N$的精度要求[^1]。 3. **数据时效性**： 通过循环缓冲区实现$O(1)$时间复杂度的数据更新，满足实时性要求[^3]。 4. **通信协议优化**： 采用基于modbus-RTU的简化协议，帧结构为： `[地址][功能码][数据长度][数据][CRC16]` ### 性能优化建议 1. 使用DMA传输减少CPU占用 2. 添加数据平滑滤波算法 3. 实现异常角度跳变检测 4. 采用压缩算法减少传输数据量 5. 添加数据校验机制确保传输可靠性